Stale staliwa i zeliwa - Notatki - Materiałoznastwo - Część 3, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Stale staliwa i zeliwa - Notatki - Materiałoznastwo - Część 3, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (398.0 KB)
10 strona
650Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: klasyfikacja stali i ich właściwości i zastosowanie; żeliwa.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 10
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
10_Stale_staliwa_i_zeliwa cz3.pdf

116 JW

Rys. 7.7. Pasmo hartowno ci dla próby hartowania od czo!a stali 40H

Rys. 7.6. Wp!yw temperatury odpuszczania oraz grubo ci wyrobu na w!asno ci

mechaniczne: a) stali w"glowej 40, b) stali stopowej 40HNMA

Rys. 7.8. Pasmo hartowno ci dla próby hartowania od czo!a stali 40HNMA

docsity.com

117 JW

7.4.6. Stale stopowe konstrukcyjne do naw glania

Naw"glanie ma na celu uzyskanie twardej i odpornej na cieranie warstwy wierzchniej elementu konstrukcyjnego, przy zachowaniu wysokiej udarno ci i ci#gliwo ci rdzenia. W!asno ci te uzyskuje si" przez odpowiedni# obróbk" ciepln#. Du$# twardo % osi#ga si" przez wzbogacenie warstwy powierzchniowej w w"giel i nast"pnie zahartowanie. Drugim zagadnieniem jest sprawa wytrzyma!o ci rdzenia naw"glonego przedmiotu. Na ogó! wymaga si" od rdzenia du$ej udarno ci i ci#gliwo ci, aby skompensowa% niebezpiecze&stwo, które przedstawia warstwa powierzchniowa o du$ej twardo ci i krucho ci. Z tego wzgl"du zawarto % w"gla w stalach do naw"glania jest niska i wynosi zazwyczaj 0,10 0,25%, natomiast wy$sz# wytrzyma!o % rdzenia uzyskuje si" dzi"ki obecno ci pierwiastków stopowych. W porównaniu ze stalami w"glowymi stale stopowe do naw"glania maj# wy$sz# wytrzyma!o % na rozci#ganie zarówno w stanie zmi"kczonym, jak i zahartowanym, a dzi"ki wi"kszej hartowno ci wysok# wytrzyma!o % mo$na uzyska% w elementach o wi"kszych przekrojach przy jednocze nie du$ej udarno ci, du$ym przew"$eniu i wyd!u$eniu. Przedmioty wykonane ze stali stopowej charakteryzuje wi"c po naw"gleniu i zahartowaniu du$a wytrzyma!o % rdzenia, której nie mo$na uzyska% przy u$yciu stali w"glowych. Z tego wzgl"du stal stopow# do naw"glania stosuje si" wy!#cznie na wysoko obci#$one, wa$ne elementy konstrukcyjne silników, pojazdów mechanicznych i samolotów oraz na inne odpowiedzialne cz" ci maszyn. Aby spe!ni% zasadniczy postulat uzyskania najwy$szej twardo ci powierzchniowej, nale$y warunki hartowania dostosowa% do sk!adu chemicznego warstwy naw"glonej, dla której w!a ciwa temperatura hartowania jest znacznie ni$sza ni$ temperatura hartowania w!a ciwa dla rdzenia. Poza tym temperatura odpuszczania po hartowaniu musi by% niska, gdy$ ju$ przy 150°C twardo % warstwy naw"glanej zaczyna si" zmniejsza%. Wobec tego, $e w!asno ci stali do naw"glania nie mo$na zmienia% przez odpuszczanie, sk!ad chemiczny stali jest zasadniczym czynnikiem rozstrzygaj#cym o w!asno ciach wytrzyma!o ciowych rdzenia. Wynika st#d, $e dobrawszy odpowiednio zawarto % pierwiastków stopowych mo$na uzyska% jednocze nie potrzebn# wytrzyma!o % rdzenia w wymaganym przekroju i po$#dan# twardo % powierzchniow# po naw"gleniu. Poniewa$ jednak ka$dy gatunek stali pozwala na osi#gni"cie tylko w#skiego zakresu wytrzyma!o ci rdzenia, aby uzyska% szeroki zakres wytrzyma!o ci Rm 700 1500 MPa i spe!ni% ró$norodne wymagania dotycz#ce twardo ci powierzchniowej, nale$y mie% do dyspozycji do % du$o gatunków stali do naw"glania.

Polskie Normy obejmuj# !#cznie 20 gatunków stali stopowych do naw"glania. W grupie stali stopowych konstrukcyjnych (PN-89/H-84030/02) Polskie Normy wyszczególniaj# 16 gatunków stali do naw"glania: 15H, 20H, 16HG, 20HG, 18HGT, 15HGM, 15HGMA, 18HGM, 17HGN, 15HGN, 15HN, 15HNA, 20HNM, 22HNM, 17HNM, 18H2N2 a w grupie stali stopowych

konstrukcyjnych przeznaczonych do wyrobu sprz"tu szczególnie obci#$onego (PN-72/H-84035) - 4 gatunki stali do naw"glania: 12HN3A, 12H2N4A, 20H2N4A, 18H2N4WA. Stale te odznaczaj# si" nisk# zawarto ci# w"gla ( rednio 0,12-0,22%), zawieraj# prawie zawsze 0,5 2% Cr oraz zale$nie od gatunku równie$ Mn, Ni, Mo oraz rzadziej Ti i W. Najni$sze w!asno ci mechaniczne rdzenia uzyskuje si" w przypadku stali chromowych i chromowo-manganowych (15H, 20H, 16HG, 20HG). Mangan w omawianych stalach sprzyja

niekorzystnemu rozrostowi ziarn. Przeciwdzia!a si" temu przez dodatek Ti, np. w stali 18HGT. Wobec mniejszej sk!onno ci do rozrostu ziarn, stal mo$e by% naw"glana w szerokim zakresie temperatury. Wytrzyma!o % rdzenia na rozci#ganie w tych stalach mo$e dochodzi% do ponad 1200 MPa.

Stale chromowo-niklowe (15HN, 17HNM, 18H2N2) uzyskuj# znacznie lepsze w!asno ci, ze wzgl"du jednak na drogi dodatek niklu zast"powane s# coraz cz" ciej stalami chromowo- manganowo-molibdenowymi (15HGM, 18HGM, 19HM) równie$ wykazuj#cymi wysokie w!asno ci mechaniczne i du$# hartowno %. Elementy maszyn wymagaj#ce wysokich w!asno ci plastycznych rdzenia i jednocze nie bardzo wysokiej wytrzyma!o ci (Rm = 1200 1400 MPa), jak np. cz" ci silników lotniczych, wykonuje si" ze stali chromowo-niklowych wy$szej jako ci: wi"kszej zawarto ci chromu (ok.

docsity.com

118 JW

1,5%) i niklu (3 4,5%) z dodatkiem Mo (0,2 0,3) lub W (ok. 1%) (np. stali 12HN3A,

12H2N4A, 20H2N4A, 18H2N4WA).

7 4.7. Stale do azotowania

Dzi"ki zawarto ci niektórych pierwiastków stopowych, a w szczególno ci aluminium, chromu i molibdenu stale stopowe do azotowania pozwalaj# na uzyskanie po azotowaniu najwi"kszej twardo ci i odporno ci na cieranie warstwy wierzchniej, bez potrzeby stosowania dodatkowej obróbki cieplnej. Twardo % warstwy naazotowanej nie tylko nie zmniejsza si" po nagrzaniu do temperatury dochodz#cej do 500°C, lecz tak$e pozostaje nie zmieniona podczas d!u$szego wygrzewania w tym zakresie temperatury.

W zwi#zku z tym stale do azotowania znajduj# du$e zastosowanie na cylindry, wa!y, sworznie t!okowe i inne cz" ci silników spalinowych, na cz" ci turbin, armatur" do pary przegrzanej, wrzeciona zaworów, sprawdziany itp.

Czynnikiem rozstrzygaj#cym o wysokiej twardo ci naazotowanej warstwy powierzchniowej jest niemal wy!#cznie sk!ad chemiczny stali, a mianowicie zawarto % pierwiastków tworz#cych trwa!e azotki (Al, Cr, Mo i V).

Polska Norma PN-89/H-84030/03 przewiduje 3 gatunki konstrukcyjnych stali stopowych do

azotowania: 38HMJ, 33H3MF i 25H3M.

Oprócz specjalnych gatunków do azotowania, równie$ niektóre stale chromowo- -molibdenowe i zawieraj#ce wanad (40HMF, 40HGM, 35HM) mog# by% stosowane do tego celu, nie pozwalaj#c jednak na uzyskanie maksymalnej twardo ci powierzchniowej. Przed azotowaniem stale ulepsza si" cieplnie, stosuj#c hartowanie w wodzie lub oleju i wysokie odpuszczanie, aby uzyska% mo$liwie wysokie w!asno ci wytrzyma!o ciowe rdzenia. Stale te dzi"ki wi"kszej zawarto ci w"gla i pierwiastków stopowych odznaczaj# si" du$# hartowno ci#.

7.4.8. Stale spr !ynowe

Stale konstrukcyjne przeznaczone do wyrobu spr"$yn i resorów powinny si" charakteryzowa% wysok# granic# spr"$ysto ci i plastyczno ci oraz du$# wytrzyma!o ci# na zm"czenie. Jednocze nie jednak stale te musz# mie% pewne minimalne w!asno ci plastyczne, aby w razie przekroczenia granicy spr"$ysto ci raczej nast#pi!o odkszta!cenie, a nie p"kni"cie. Du$a ilo % ró$norodnych spr"$yn i metod ich wytwarzania wymaga stosowania ró$nych materia!ów i ró$nych gatunków stali. Typowe stale spr"$ynowe cechuje zwi"kszona zawarto % w"gla, wynosz#ca zazwyczaj 0,5 0,7%. Stale te zawieraj# równie$ dodatki manganu, krzemu i chromu oraz wanadu. Wysok# granic" spr"$ysto ci tych stali osi#ga si" przez hartowanie (przewa$nie w oleju) i odpuszczanie w temperaturze 380 520°C. Ten zakres temperatury odpuszczania

zapewnia najkorzystniejszy stosunek granicy spr"$ysto ci Rsp (lub granicy plastyczno ci Re,) do wytrzyma!o ci na rozci#ganie Rm.

Stale spr"$ynowe s# znormalizowane. W tablicy 7.11 podano redni# zawarto % g!ównych dodatków stopowych oraz w!asno ci mechaniczne w stanie ulepszonym cieplnie wg PN-74/H- 84032. Pierwsze trzy gatunki s# stalami niestopowymi o zawarto ci w"gla 0,65 0,85% (±0,05%), podlegaj#cym hartowaniu w oleju i odpuszczaniu. Spr"$yny mniej odpowiedzialne wykonuje si" ze stali w"glowej równie$ w stanie surowym z ta m walcowanych na zimno lub drutu ci#gnionego. Spr"$yny bardziej odpowiedzialne wykonuje si" ze stali stopowych zawieraj#cych 0,4 2,0% Si z ewentualnym dodatkiem Mn, Cr i V. Krzem jest pierwiastkiem stopowym, który najintensywniej zwi"ksza Rsp , Re, i Rm i dlatego jest sk!adnikiem wi"kszo ci gatunków stali spr"$ynowych.

Stale spr"$ynowe krzemowe (45S, 50S, 40S2, 50S2, 55S2, 60S2, 60S2A) wykazuj# stosunkowo ma!# hartowno %, co ma jednak mniejsze znaczenie, gdy$ spr"$yny maj# zwykle ma!e przekroje. W przypadku wi"kszych przekrojów zaleca si" stale zawieraj#ce chrom oraz Si, Mn lub V zapewniaj#ce wi"ksz# hartowno %. Do wyrobu spr"$yn o szczególnie wa$nym przeznaczeniu stosuje si" stal chromowo-wanadow# 50HF, która charakteryzuje si" bardzo

docsity.com

119 JW

drobnym ziarnem oraz wykazuje mniejsz# sk!onno % do odw"glania powierzchniowego ni$ stale krzemowe

Tablica 7.11

Sk"ad chemiczny i w"asno#ci mechaniczne w stanie ulepszonym cieplnie

stali spr !ynowych (wg PN-74/H-84032)

Temp. hart.,

°C

Grupa

stali

Znak

stali'1

'rednia za- warto %

sk!adników Temp. odp., °C

Rm MPa

min

Re MPa

min

A5 %

min

Z,%min

65 0,65% C 840/480 980 780 10 35

C 75 0,75% C 820/480 1080 880 9 30

85 0,85% C 820/480 1030 980 8 30

Mn 65G 1,1% Mn 830/480 980 780 8 30

45S 1,15%Si 830/420 1180 980 6 - 50S 0,45% Si 800/380 1080 930 5 - 40S2 1,70%Si 840/430 1370 - 6 -

50S2 1,65%Si 870/460 1280 1080 6 30

Si 55S2 1,65%Si 870/460 1320 1180 6 30

60S2 1,65%Si 870/460 1370 1180 5 25 60S2A 1,80%Si 870/420 1520 1180 5 20

Mn-Si 60SG 0,95% Mn 860/460 1570 1370 6 25 1,55%Si

1,0% Mn

Si-Mn-Cr 60SGH 1,15%Si 850/480 1370 1230 7 -

0,50% Cr

Cr-Mn 50HG 1,05%Cr 840/440 1370 1180 7 35 0,95% Mn

Cr-Si 50HS 1,05%Cr 850/520 1320 1180 6 30

1,00%Si Cr-V 50HF 0,95% Cr 850/500 1280 1080 8 35

0,15% V Wiele spr"$yn wykonuje si" równie$ z innych stali, np. ze stali narz"dziowych w"glowych

lub stopowych, a do pracy w podwy$szonych temperaturach ze stali narz"dziowych szybkotn#cych. Natomiast spr"$yny pracuj#ce w rodowiskach korozyjnych wykonywane s# ze stali nierdzewnych hartowanych i odpuszczonych lub utwardzonych przez zgniot.

7. 4.9. Stal na "o!yska toczne

Stal do wyrobu !o$ysk tocznych (pier cieni !o$yskowych, kulek, wa!eczków itp.) powinna si" odznacza% wysok# twardo ci# i odporno ci# na cieranie, a tak$e du$# wytrzyma!o % na ciskanie i zginanie. W tym celu stosuje si" stale wysokow"glowe (ok. 1% C) z dodatkiem chromu (ok. 1,5% Cr) i ewentualnie manganu i krzemu, g!ównie w celu zwi"kszenia hartowno ci. Ze wzgl"du na warunki pracy oraz metody produkcji stalom tym stawia si" szczególne wymagania pod wzgl"dem czysto ci i struktury. Dopuszczalna zawarto % fosforu i siarki jest w nich bardzo ograniczona i wynosi wg PN-74/H-84041 max 0,027% P i max 0,020%

S. Ponadto w stalach tych kontroluje si" ci le stopie& zanieczyszczenia wtr#ceniami niemetalicznymi, pasmowo % u!o$enia w"glików (segregacj") oraz przeprowadza inne szczegó!owe badania mikroskopowe i makroskopowe.

W kraju stosuje si" dwa gatunki stali !o$yskowych (PN-74/H-84041): (H15 (1,0%C, 0,3% Mn, 0,25% Si, 1,50% Cr), (H15SG (1,0% C, 1,1% Mn, 0,55% Si, 1,5% Cr). Stal (H15SG ze wzgl"du na wy$sz# zawarto % manganu i krzemu ma wi"ksz# hartowno % i

jest stosowana do wyrobu pier cieni !o$yskowych o wi"kszej grubo ci (powy$ej 30 mm).

docsity.com

120 JW

Obróbka cieplna stali !o$yskowych polega na hartowaniu w oleju od temperatur 815 860°C (zale$nie od grubo ci wyrobu) i niskim odpuszczaniu w temperaturze ok. 160°C. Po obróbce cieplnej stal powinna mie% twardo % co najmniej 61HRC.

Struktura stali !o$yskowych w stanie obrobionym cieplnie sk!ada si" z drobnoziarnistego odpuszczonego martenzytu i drobnych wtr#ce& równomiernie roz!o$onych w"glików chromu (rys. 7.9).

Rys. 7.9. Mikrostruktura stali !o$yskowej (H15 po hartowaniu i niskim odpuszczaniu. Traw. 3% nitalem Powi"ksz. 630x

Na !o$yska toczne pracuj#ce w rodowiskach powoduj#cych korozj" stosuje si" najcz" ciej stal H 18 zawieraj#c# ok. 1% C i 18% Cr. Du$a zawarto % chromu w tej stali jest niezb"dna, by nada% jej znaczn# odporno % na korozj". Obróbka cieplna tej stali polega na hartowaniu w oleju od temperatury 1050°C, obróbce podzerowej w 70°C i odpuszczaniu w temp. ok. 160°C.

Twardo % stali po takiej obróbce wynosi 60 61 HRC.

7.5. Stale narz dziowe stopowe

Zale$nie od warunków pracy, od stali narz"dziowych wymaga si" wysokie twardo ci i hartowno ci, odporno ci na cieranie, odpowiedniej wytrzyma!o % i ci#gliwo ci (zw!aszcza w przypadku obci#$e& udarowych), odporno ci na odpuszczaj#ce dzia!anie ciep!a oraz twardo ci i wytrzyma!o ci w podwy$szonych temperaturach. W!asno ci te w decyduj#cej mierze zale$# od sk!adu chemicznego tych stali rodzaju i ilo ci dodatków stopowych), a tak$e od przeróbki plastycznej i obróbki cieplnej, które w istotny sposób wp!ywaj# na struktur" i w!asno ci stali. Twardo % stali zahartowanej zale$y przede wszystkim od zawarto ci w"gla, przy czym maksymaln# twardo % ok. 66 HRC osi#ga martenzyt przy zawarto ci w"gla ok. 0,8%. Pierwiastki stopowe nie powi"kszaj# twardo ci w sposób istotny, ale g!ównie zwi"kszaj# hartowno % i tworz# twarde w"gliki odporne na cieranie. Wi"ksza hartowno % jest wymagana w odniesieniu do stali narz"dziowych, szczególnie w

tych przypadkach, gdy podczas pracy narz"dzia wyst"puj# znaczne naciski. Wówczas warstwa zahartowana na martenzyt musi by% odpowiednio grubsza i potrzebna jest wi"ksza wytrzyma!o % rdzenia. Osi#ga si" to przez stosowanie stali narz"dziowych stopowych. Przy bardzo du$ych naciskach konieczne jest stosowanie stali hartuj#cych si" na wskro . Narz"dzia wykonane ze stali stopowych hartuje si" w oleju. (agodniejsze ch!odzenie (w porównaniu ze stalami narz"dziowymi w"glowymi, które hartuje si" w wodzie) zmniejsza niebezpiecze&stwo p"kni"% i odkszta!ce&, co jest bardzo istotne w przypadku narz"dzi o z!o$onych kszta!tach.

Wysoka odporno % na cieranie narz"dzi, zw!aszcza stosowanych do obróbki w produkcji seryjnej lub jako narz"dzia pomiarowe, staje si" parametrem decyduj#cym. Odporno % na cieranie stali narz"dziowych osi#ga si" przez zwi"kszenie ilo ci twardych w"glików stopowych w strukturze zahartowanej stali, a zw!aszcza w"glików chromu (typu M23C6) i wolframu (M6C). Klasyfikacja stali narz"dziowych stopowych opiera si" g!ównie na ich zastosowaniu. W szczególno ci mo$na wyró$ni% nast"puj#ce grupy obj"te normami: - stale narz"dziowe stopowe do pracy na zimno (PN-86/H-85023), - stale narz"dziowe stopowe do pracy na gor#co (PN-86/H-85021), - stale szybkotn#ce (PN-86/H-85022).

docsity.com

121 JW

Przyj"ty przez polskie normy sposób oznaczania stali narz"dziowych stopowych ró$ni si" od oznacze& stali stopowych konstrukcyjnych. Znak stali sk!ada si" z liter liczb, przy czym pierwsza litera oznacza zawsze grup" stali narz"dziowych:

N — stale narz"dziowe stopowe do pracy na zimno, W — stale narz"dziowe stopowe do pracy na gor#co, S — stale szybkotn#ce.

Nast"pna litera lub kilka liter okre laj# sk!adniki stopowe lub grup" sk!adników, przy czym symbolika jest tu nieco inna ni$ w przypadku stali konstrukcyjnych specjalnych, a mianowicie:

M - mangan, W - wolfram,

S - krzem, K - kobalt,

C - chrom, B - bor,

N - nikiel, P - chrom + nikiel + wanad,

L - molibden, Z - krzem + chrom + wolfram.

V - wanad,

Liczba znajduj#ca si" na ko&cu lub w rodku znaku s!u$y do odró$nienia poszczególnych gatunków stali zawieraj#cych te same sk!adniki stopowe. W stalach szybkotn#cych liczby te oznaczaj# redni# zawarto % g!ównego sk!adnika stopowego w procentach.

7.5.1. Stale narz dziowe stopowe do pracy na zimno

Ze stali narz"dziowych stopowych do pracy na zimno wykonuje si" narz"dzia s!u$#ce do obróbki materia!ów w temperaturze otoczenia. Stale te w porównaniu ze stalami narz"dziowymi w"glowymi maj# wi"ksz# hartowno %, wy$sz# wytrzyma!o % i ci#gliwo % oraz lepsz# odporno % na cieranie.

Polska Norma PN-86/H-85023 obejmuje 18 gatunków stali narz"dziowych stopowych do pracy na zimno:

NV (V 0,22) NW1 (W 1,25)

NWV (Mn 1,9, V 0,15) NZ2 (Si 0,95, Cr 1,05, W 1,85, V 0,22)

NCV1 (Cr 0.55, V 0,22) NZ3 (Si 0,95, Cr 1,05, W 1,85, V 0,22)

NCMS (Cr 1,45, Mn 1,1) NW1 (W 1,25)

NC5 (Cr 0,55) NWC (W 1,4, Cr 1,05)

NC6 (Cr 1,45, V 0,20) NPW (Cr 1,35, Ni 3, V 0,5)

NC4 (Cr 1,45) NMWV (Mn 1,2, W 0,6, V 0,2)

NC10 (Cr 12, C 1,65) NCLV (CR 5, V 0,4, Mo 1,0)

NC11 (Cr 12, C 1,95) NW9 (Cr 4,3, W 9, V 2).

NC11LV (Cr 11, Mo 0,85, V 0,75)

Obok znaku stali w nawiasie podano redni# zawarto % pierwiastków stopowych w procentach (liczby za symbolami pierwiastków).

Gatunki NZ2, NZ3 i NPW s# stalami redniow"glowymi o zawarto ci 0,40 0,55% C. Pozosta!e gatunki s# stalami wysokow"glowymi zawieraj#cymi 0,75 2,10% C. Stale redniow"glowe znalaz!y zastosowanie na narz"dzia, od których wymagana jest wi"ksza plastyczno % i odporno % na obci#$enia dynamiczne, jak np. matryce, stemple, t!oczniki, rolki do prasowania, wybijaki itp. Stale wysoko-w"glowe stosowane s# g!ównie do wyrobu narz"dzi skrawaj#cych.

Podstawowymi dodatkami stopowymi w stalach narz"dziowych do pracy na zimno s#: Cr, W, V oraz w stali NPW - Ni. Dodatki te nadaj# stali du$# hartowno % i drobnoziarnist# struktur", zapewniaj# wysokie w!asno ci wytrzyma!o ciowe, a w szczególno ci wysok# odporno % na cieranie wskutek tworzenia si" w"glików stopowych o du$ej twardo ci i dyspersji. W"gliki te nie ulegaj# ca!kowitemu rozpuszczeniu w czasie nagrzewania do hartowania, dzi"ki czemu przeciwdzia!aj# rozrostowi ziarn austenitu, zapewniaj#c tym samym drobnoziarnisto % stali.

Zale$nie od gatunku stale hartuje si" w wodzie lub oleju z temperatur) 780 1020°C, a stale wysokochromowe (NC10, NC11 i NC11LV) z temperatur) 970 1020°C. Po hartowaniu stosuje

docsity.com

122 JW

si" w zasadzie niskie odpuszczanie w temperaturze 150 350°C. Stale wysokochromowe odpuszcza si" w nieco wy$szych temperaturach w zakresie 220 450°C. Stal NW9 hartuje si" z temperatury 1200°C i odpuszcza w temperaturze 500 560°C.

Twardo % stali wysokow"glowych w stanie zahartowanym wynosi 60 68 HRC, natomiast stale redniow"glowe maj# po hartowaniu twardo % 50 57 HRC.

Nale$y podkre li%, $e w!asno ci stali narz"dziowych stopowych po hartowaniu i odpuszczaniu zale$# w du$ej mierze od temperatury austenityzowania, z któr# ci le wi#$e si" stopie& nasycenia roztworu sta!ego (austenitu) dodatkami stopowymi i pó)niejsze wydzielanie si" w"glików wtórnych podczas odpuszczania.

7.5.2. Stale narz dziowe stopowe do pracy na gor$co

Ze stali narz"dziowych do pracy na gor#co wytwarza si" narz"dzia s!u$#ce do przeróbki plastycznej materia!ów uprzednio nagrzanych do wysokich temperatur oraz formy do odlewania metali pod ci nieniem. W stanie nagrzanym przerabiane metale s# plastyczne, wi"c stale narz"dziowe do pracy na gor#co nie musz# mie% tak du$ej twardo ci w temperaturze otoczenia jak stale do pracy na zimno. Wymagania stawiane stalom do pracy na gor#co to przede wszystkim wysoka wytrzyma!o % i twardo % przy wy$szych temperaturach, wysoka udarno %, stabilno % struktury, odpowiednio wysoka hartowno % oraz mo$liwie ma!a sk!onno % do zm"czenia cieplnego i p"kni"% ogniowych. Odporno % na cieranie i erozj", któr# powoduje odkszta!cony plastycznie metal, jest równie$ wa$n# cech#, ale g!ówn# przyczyn# zu$ywania si" narz"dzi s# p"kni"cia ogniowe.

Odpowiednie w!asno ci osi#ga si" przez stosowanie stali o stosunkowo niskiej zawarto ci w"gla 0,25 0,60%, zawieraj#cych jako podstawowe dodatki stopowe wolfram, molibden, wanad i chrom, a tak$e czasem krzem i nikiel. Wolfram, molibden i wanad s# pierwiastkami silnie w"glikotwórczymi, które po rozpuszczeniu podczas austenityzacji i po zahartowaniu daj# podczas odpuszczania twardo % wtórn# lub znacznie hamuj# spadek twardo ci stali. Chrom silnie zwi"ksza hartowno %, a przy wy$szych zawarto ciach równie$ odporno % na utlenianie.

Polska Norma PN-86/H-85021 obejmuje 12 gatunków stali narz"dziowych stopowych do pracy na gor#co, a mianowicie:

WNLV (Cr 1,2, Ni 1,75, Mo 0,6, V 0,1),

WLV (Cr 3,0, Mo 2,75, V 0,55),

WLK (Cr 2,75, Mo 2,75, V 0,5, Co 3,0),

WCLV (Cr 5,25, Mo 1,35, V 1,0),

WCL (Cr 5,0, Mo 1,35, V 0,4),

WLB (Cr 2,4, Mo 0,4, B 0,003),

WNLB (Cr 1,1, Mo 0,3, B 0,003, Ti 0,03, A1 0,03),

WNL (Cr 0,7, Ni 1,6, Mo 0,22),

WNL1 (jak WNL + V 0,1),

WWS1 (Cr 2,5, V 0,5, W 4,5, Si 1,0),

WWV (Cr 2,7, W 9,0, V 0,3),

WWN1(jak WWV + Ni 1,4).

Obok znaku stali w nawiasach podano redni# zawarto % dodatków stopowych liczby za symbolami pierwiastków). Zawarto % w"gla w tych stalach wynosi rednio 0,3 0,6%.

Obróbka cieplna stali do pracy na gor#co polega na hartowaniu w oleju lub na powietrzu z temperatury w zakresie 840 1160°C (zale$nie od gatunku stali) i nast"pnym odpuszczaniu w zakresie 400 600°C, tj. w temperaturach wy$szych ni$ stali do pracy na zimno. Zapewnia to dobr# udarno %, niezb"dn# ze wzgl"du na charakter pracy oraz twardo % min 43 50 HRC. Temperatura odpuszczania stali powinna by% wy$sza od temperatury pracy, aby zapewni% stabilno % struktury i w!asno ci.

Ze wzgl"du na zastosowanie, stale do pracy na gor#co mo$na podzieli% na trzy grupy. Do pierwszej nale$# stale, z których wykonuje si" matryce do pras i formy dla odlewów pod ci nieniem. Wspóln# cech# tych zastosowa& jest stosunkowo d!ugi kontakt gor#cego materia!u z narz"dziem i zwi#zane z tym silniejsze nagrzewanie si" powierzchni pracuj#cej. S# to stale

docsity.com

123 JW

wolframowe (WWS1, WWV) i chromowo-molibdenowa (WCL). Zawarto % w"gla w tych stalach jest stosunkowo niska (0,3 0,4%), co zapewnia ci#gliwo %. Temperatura austenityzowania tych stali jest wysoka (950 1120°C) ze wzgl"du na konieczno % rozpuszczania w"glików zawieraj#cych W, Mo, V, Cr.

Drug# grup" stanowi# stale u$ywane przede wszystkim na matryce kuzienne i kowad!a do m!otów (WNL, WNLV). Matryce maj# stosunkowo krótki kontakt z gor#c# odkuwk#, natomiast w czasie pracy wyst"puj# du$e naciski i uderzenia zwi#zane z kuciem, co wymaga materia!u twardego, ale równocze nie bardzo ci#gliwego. W stalach tych bardzo wa$na jest hartowno %, poniewa$ wymiary matryc cz"sto s# znaczne.

Do trzeciej grupy zalicza si" stale u$ywane na walce do walcowania na gor#co oraz na wk!adki matrycowe do pras i ku)niarek, oraz stemple do wyciskania i sp"czania wyrobów ze stopów miedzi i aluminium.

7.5.3. Stale szybkotn$ce

Nazwa „stale szybkotn#ce" pochodzi st#d, $e s!u$# one do wyrobu narz"dzi skrawaj#cych, pracuj#cych przy du$ych pr"dko ciach skrawania lub przy du$ych przekrojach wióra. Praca w takich warunkach jest przyczyn# bardzo silnego rozgrzewania si" narz"dzia, nawet do temperatury czerwonego $aru, wskutek tarcia o skrawany materia!. Stale w"glowe i niskostopowe w tych warunkach szybko trac# twardo %, a narz"dzia t"pi# si", natomiast stale szybkotn#ce zachowuj# wysok# twardo % do znacznie wy$szych temperatur (rys. 7.10). Wysok# twardo % „na gor#co" oraz odporno % na cieranie nadaje stalom szybkotn#cym twarda i nie mi"kn#ca pod wp!ywem odpuszczania osnowa, w której rozmieszczone s# twarde w"gliki.

Rys. 7.10. Twardo % na gor#co ró$nych materia!ów narz"dziowych: l — stal narz"dziowa w"glowa, 2 — stal szybkotn#ca, 3 — w"gliki spiekane

Podstawowymi sk!adnikami stopowymi stali szybkotn#cych s# pierwiastki w"glikotwórcze: wolfram, wanad, chrom i molibden. Stale o najlepszych w!asno ciach zawieraj# równie$ znaczne dodatki kobaltu.

Sk!ad chemiczny stali szybkotn#cych produkowanych w kraju, podany jest w tabl. 7.12 (wg PN-86/H-85022).

Stale szybkotn#ce przyj"to zalicza% do tzw. stali ledeburytycznych, poniewa$ w stanie odlanym w ich strukturze wyst"puje cz" ciowo eutektyka, na skutek nie osi#gania stanu równowagi podczas krzepni"cia. Po przekuciu i wy$arzeniu struktura stali szybkotn#cych sk!ada si" z ferrytu stopowego i mniej lub wi"cej równomiernie rozmieszczonych w"glików.

O 100 200 300 400 500 600 700 800

Temperatura, o C

docsity.com

124 JW

Tablica 7.12

Stale szybkotn$ce (wg PN-86/H-85022)

'rednia zawarto %, %

'rednia tem- peratura,

o C

Twardo % w stanie harto

wania i odpu

Znak

stali

C

Cr

W

Mo

V

Co

hart.

odp.

szczania HRC,

min

SW18 0,8 4,0 18,0 — 1,3 1250 560 64

SW7M 0,87 4,0 6,5 5,0 2,0 - 1210 560 65

SW12 1,1 4,0 12,0 - 2,5 - 1190 560 64

SK5M 0,92 4,0 6,3 4,7 1,9 5,0 1200 560 65

SK8M 1,1 4,0 1,6 9,5 1,2 8,0 1190 560 66

SK5 1,1 4,0 12,0 - 2,3 5,0 1200 560 65

SK5V 1,38 4,0 12,8 1,0 4,5 5,5 1270 560 65

SK10V 1,22 4,0 10,0 3,3 3,0 10,0 1220 560 66

SW2M5 0,95 4,0 1,75 5,0 1,3 - 1160 560 64

SK5MC 1,1 4,0 7,0 4,0 1,9 5,0 1200 560 66

Obróbka cieplna narz"dzi ze stali szybkotn#cych polega na hartowaniu i odpuszczaniu. Do hartowania stale nagrzewa si" do wysokiej temperatury ok. 1160 1270°C (tabl. 7.12), aby zapewni% rozpuszczenie si" dostatecznie du$ej ilo ci w"gla i sk!adników stosowanych w austenicie, które tym samym, po hartowaniu zostan# w martenzycie. Ze wzgl"du na ma!e przewodnictwo cieplne oraz wysok# temperatur" hartowania, nagrzewanie stali szybkotn#cej przy hartowaniu prowadzi si" stopniowo wg schematu przedstawionego na rys. 7.11.

Odpuszczanie po hartowaniu przeprowadza si" w temperaturze ok. 560°C, przy czym zabieg ten powtarza si" dwu- albo trzykrotnie (rys. 7.11); drugie i ewentualne trzecie odpuszczanie przeprowadza si" w temperaturze ni$szej o 20 30°C od pierwszego odpuszczania. Podczas odpuszczania zachodzi wydzielanie si" w"glików wtórnych z martenzytu oraz austenitu szcz#tkowego, który ubo$eje w dodatki stopowe i podczas studzenia od temperatury odpuszczania przemienia si" w martenzyt.

Czas

Rys. 7.11. Schemat obróbki cieplnej stali szybkotn#cej

W wyniku odpuszczania w temperaturze 550-570°C pojawia si" w tych stalach efekt twardo ci wtórnej, tj. wzrost twardo ci na skutek wydzielania si" z przesyconego roztworu metastabilnych w"glików typu M3C i MC. Struktur" o najkorzystniejszych w!asno ciach u$ytkowych, tzn. o wysokiej twardo ci, bez austenitu szcz#tkowego i o odpowiedniej $arowytrzyma!o ci i ci#gliwo ci, uzyskuje si" po wielokrotnym odpuszczaniu w ci#gu ok. 2 godzin (rys. 7.11). Struktura stali szybkotn#cej po hartowaniu i odpuszczaniu pokazana jest na rys. 7.12.

docsity.com

125 JW

Rys. 7.12. Mikrostruktura stali szybkotn#cej SW7M hartowanej i odpuszczonej. W osnowie drobnoiglastego martenzytu widoczne jasne w"gliki. Traw. 5% nitalem. Powi"ksz. 650x

7.6. Stale stopowe odporne na korozj , !aroodporne, !arowytrzyma"e i o specjalnych

w"asno#ciach fizycznych

7.6.1. Stale odporne na korozj" (nierdzewne i kwasoodporne) Odporno % stali nierdzewnych na korozj" zwi#zana jest przede wszystkim z dzia!aniem

chromu, który powi"ksza zdolno % tzw. pasywacji stopów $elaza. Przej cie w stan pasywny zaznacza si" skokow# zmian# potencja!u elektrochemiczego metalu lub stopu na bardziej dodatni (rys. 7.13).

Rys. 7.13. Potencja! elektrochemiczny stopów $elaza z chromem

Zjawisko pasywowania si" metali polega na pokrywaniu si" ich powierzchni bardzo cienk#, szczelnie przylegaj#c# i odporn# warstewk# tlenków, która chroni metal przed korozj#.

Pasywacja jest zjawiskiem zale$nym od sk!adu chemicznego stopu i od zdolno ci utleniania jak# maj# ró$ne rodowiska. *elazo i mi"kka stal pasywuj# si" np. w st"$onym kwasie azotowym i w roztworach zwi#zków silnie utleniaj#cych. Pasywacja $elaza jest jednak bardzo nietrwa!a. Natomiast niektóre metale o wi"kszym powinowactwie do tlenu pasywuj# si" !atwiej, a ich stan pasywny jest znacznie trwalszy. Do takich metali nale$y chrom, którego odporno % na korozj" zwi#zana jest w!a nie z !atwo ci# pasywowania si". Chrom ma t" w!asno %, $e przenosi sk!onno % do pasywacji równie$ na stopy z innymi metalami. Stopy $elaza z chromem przy zawarto ci powy$ej 13 14% Cr pasywuj# si" pod wp!ywem tlenu zawartego w powietrzu, co zapewnia im odporno % chemiczn#.

Podstawowym sk!adnikiem wszystkich stali nierdzewnych jest wi"c chrom, przy czym jego zawarto % winna wynosi% co najmniej 12% (rys. 7.13). Oprócz chromu w sk!ad stali odpornych na korozj" cz"sto wchodzi nikiel jako drugi sk!adnik podstawowy. Na podstawie sk!adu chemicznego mo$na najogólniej podzieli% stale odporne na korozj" na: chromowe i chromowo- niklowe. Jednak cz" ciej stosuje si" klasyfikacj" tych stali wed!ug struktury i rozró$nia si" stale ferrytyczne, martenzytyczne i austenityczne.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome