Klasyfikacja stali - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki'z Materiały Inżynieryjne. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Klasyfikacja stali - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki'z Materiały Inżynieryjne. Warsaw University of Technology

PDF (2 MB)
47 strona
1000+Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: klasyfikacja stali.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 47
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 47 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 47 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 47 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 47 pages
Pobierz dokument
materialoznawstwo-_skrypt cz3.pdf

101 JW

7.2.2. Domieszki zwyk e w stali

Za domieszki zwyk e stali uwa!a si" mangan, krzem, fosfor, siark" oraz wodór, azot i tlen, poniewa! te pierwiastki wyst"puj# zawsze w mniejszej lub wi"kszej ilo$ci w przemys owych gatunkach stali. Zawarto$% tych pierwiastków w stalach w"glowych nie przekracza zwykle nast"puj#cych granic: Mn do 0,8% (w niektórych gatunkach stali granica ta jest rozszerzona do 1,5%), Si do 0,5%, P do 0,05% (z wyj#tkiem stali automatowych), S do 0,05% (z wyj#tkiem stali automatowych).

Mangan wprowadza si" do wszystkich stali w procesie stalowniczym w celu ich odtlenienia, tj. usuni"cia szkodliwego tlenku !elazawego lub zwi#zania siarki w MnS, przez co zapobiega si" powstaniu FeS powoduj#cemu powstanie krucho$ci stali na gor#co. W ilo$ciach (1,0 ÷ 1,5)% Mn rozpuszczaj#c si" zarówno w ferrycie, jak i w cementycie umacnia roztworowo stal, zmniejsza wielko$% ziarna ferrytu w wyrobach walcowanych na gor#co oraz zwi"ksza hartowno$%. Poniewa! jednak wszystkie stale w"glowe maj# zazwyczaj mniej wi"cej tak# sam# zawarto$% manganu, to jego wp yw na w asno$ci ró!nych gatunków tych stali jest jednakowy.

Krzem w ilo$ciach do 0,5% jest dodawany do stali podczas jej wytapiania w celu odtlenienia. W ilo$ciach (0,5 ÷ 1,0)% jest dodawany w celu umocnienia ferrytu. W wi"kszych ilo$ciach (0,5 ÷ 4,5)% powoduje zwi"kszenie oporu elektrycznego oraz zmniejszenie stratno$ci stali magnetycznie mi"kkich. Zwi"ksza równie! !aroodporno$% stali. Krzem stabilizuje bardzo mocno ferryt, dlatego stale zawieraj#ce wi"cej ni! 3% Si zachowuj# struktur" ferrytyczn# od temperatury otoczenia do temperatury solidusu.Wp yw krzemu, który rozpuszcza si" w ferrycie, jest podobny do wp ywu manganu.

Fosfor dostaje si" do stali z rud !elaza, które zawieraj# ró!ne jego ilo$ci. Podczas wytapiania stali fosfor zostaje z niej usuni"ty w mniejszym lub wi"kszym stopniu, zale!nie od rodzaju procesu stalowniczego. Fosfor rozpuszczony w ferrycie (graniczna rozpuszczalno$% w temperaturze pokojowej wynosi ok. 1,2%) zmniejsza bardzo znacznie jego plastyczno$% i podwy!sza temperatur", w której stal staje si" krucha, wywo uj#c tzw. krucho!" na zimno. Ten wp yw fosforu jest bardzo wyra&ny wówczas, gdy jego zawarto$% w stali jest wi"ksza ni! 0,1%. Jednak w stalach przeznaczonych na odpowiedzialne wyroby zawarto$% nawet 0,05% P jest niebezpieczna i nale!y jej unika%, poniewa! w czasie krystalizacji stali zachodzi silna segregacja fosforu, wskutek czego w pewnych miejscach zawarto$% fosforu b"dzie do$% znaczna i b"dzie powodowa% krucho$%.

W zale!no$ci od przeznaczenia stali ustala si" ostrzejsze wymagania dotycz#ce zawarto$ci fosforu (np. max 0,025%).

Nale!y zaznaczy%, !e w niektórych wyj#tkowych przypadkach zawarto$% fosforu w stali mo!e by% po!yteczna. Na przyk ad w stalach automatowych dodatek ok. 0,1% P polepsza skrawalno$%, za$ do ok. 0,35% - zwi"ksza odporno$% na $cieranie. Przy jednoczesnej zawarto$ci miedzi fosfor zwi"ksza odporno$% stali na korozj" atmosferyczn#.

Siarka podobnie jak fosfor dostaje si" do stali z rud !elaza, a ponadto z gazów piecowych, tzn. z produktów spalania paliwa zawieraj#cych dwutlenek siarki (SO2). Siark" mo!na w znacznej mierze usun#% ze stali, je!eli stosuje si" podczas wytapiana zasadowy proces martenowski lub zasadowy proces elektryczny. W stalach wysokojako$ciowych zawarto$% siarki ogranicza si" zazwyczaj do 0,02 0,03%. W stali zwyk ej jako$ci dopuszcza si" wi"ksz# zawarto$% siarki (do 0,05%). Siarka nie rozpuszcza si" w !elazie, lecz tworzy siarczek !elazawy FeS, który jest sk adnikiem eutektyki Fe + FeS o temperaturze topnienia 985°C. Wyst"powanie w stalach tej atwo topliwej i kruchej eutektyki, rozmieszczonej przewa!nie a granicach ziarn, powoduje krucho$% stali nagrzanych do temperatury 800°C i powy!ej. Zjawisko to nosi nazw" krucho!ci na gor#co. Wskutek tej wady stal zawieraj#ca wi"kszy procent siarki nie nadaje si" do przeróbki plastycznej na gor#co. W stali pojawiaj# si" naderwania i p"kni"cia, m.in. dlatego, !e podczas

docsity.com

102 JW

nagrzewania poczynaj#c od temperatury 985°C, zachodzi nadtapianie otoczek z siarczku !elazawego wokó ziarn. Z tego powodu nale!y uwa!a% siark" za szkodliw# domieszk" stali. Dodatek manganu do stali zmniejsza szkodliwe dzia anie siarki, gdy! wówczas w ciek ej stali nast"puje reakcja, w wyniku której tworzy si" siarczek manganawy MnS. Siarczek ten topi si" w 1620°C, a wi"c w temperaturze o wiele wy!szej ni! temperatura przeróbki plastycznej na gor#co (800 1200°C). Siarczki w temperaturze przeróbki plastycznej na gor#co s# plastyczne i ulegaj# odkszta ceniu, tworz#c wyd u!one wtr#cenia. Pogarszaj# one wytrzyma o$% na zm"czenie i obci#!enia dynamiczne stali. Siarka pogarsza równie! spawalno$% stali. Natomiast siarka, podobnie jak fosfor, polepsza skrawalno$% stali i w ilo$ci 0,15-0,30% jest wprowadzana celowo do stali automatowych.

Wodór, azot i tlen wyst"puj# w stali w niedu!ych ilo$ciach, a ich zawarto$% zale!y w du!ym stopniu od sposobu wytapiania.

W stali b"d#cej w stanie sta ym, gazy mog# wyst"powa% w kilku postaciach: w stanie wolnym, skupiaj#c si" w ró!nych nieci#g o$ciach wewn#trz metalu najcz"$ciej tworz#c tzw. p"cherze); mog# by% rozpuszczone w !elazie; mog# tworzy% zwi#zki (azotki, tlenki) wyst"puj#ce w stali jako tzw. wtr#cenia niemetaliczne.

Wp yw wodoru na w asno$ci stali jest zdecydowanie ujemny. Rozpuszcza si" on stosunkowo atwo w !elazie i to w ca ym zakresie temperatury, szczególnie za$ przy przej$ciu fazy ! w " oraz w stanie ciek ym. Zmniejsza on w znacznym stopniu w asno$ci plastyczne i technologiczne stali oraz powoduje wyst"powanie wielu wad materia owych, jak np. tzw. p atków $nie!nych (tj. wewn"trznych p"kni"% o jasnej powierzchni), odw"glania, sk onno$ci do tworzenia p"cherzy przy trawieniu itp.

Azot powoduje zwi"kszenie wytrzyma o$ci i zmniejszenie plastyczno$ci stali, co objawia% si" mo!e jako tzw. krucho ! na niebiesko. Niekorzystne dzia anie azotu przejawia si" tak!e zwi"kszeniem sk onno$ci stali do starzenia, powodowanym wydzielaniem si" azotków z przesyconego roztworu. Zjawisko to jest szczególnie niekorzystne w stalach w stanie

zgniecionym, gdy! wówczas wyst"puje ju! w temperaturze otoczenia. W niektórych stalach stopowych azot jest stosowany jako korzystny dodatek stopowy

stabilizuj#cy austenit, zast"puj#c drogi nikiel. Tlen wyst"puje w stali g ównie w postaci zwi#zanej, najcz"$ciej tlenków FeO, SiO2, Al2O3 i

in. Tlen powoduje pogorszenie prawie wszystkich w asno$ci mechanicznych i dlatego d#!y si" przez odpowiednie prowadzenie procesu metalurgicznego do obni!enia jego zawarto$ci w stali. Odtlenianie stali przeprowadza si" za pomoc# stopów krzemu, manganu i aluminium. Sposób odtleniania wywiera tak!e du!y wp yw na wielko$% ziarna stali w"glowej. Stale odtleniane !elazomanganem wykazuj# sk onno$ci do intensywnego rozrostu ziarn przy nagrzaniu ju! nieco powy!ej temperatury Ac3. W przeciwie'stwie do tego stale odtlenione aluminium, a tak!e !elazokrzemem wykazuj# wyra&ny wzrost ziarn dopiero w temperaturze 150-200°C powy!ej Ac3, co praktycznie wystarczy, aby przeciwdzia a% zjawisku przegrzania stali.

Bardzo skutecznym sposobem zmniejszania ilo$ci wodoru, azotu i tlenu oraz wtr#ce' niemetalicznych w stali jest wytapianie lub odlewanie jej w pró!ni. Mo!na w ten sposób otrzyma% stal o lepszych w asno$ciach dzi"ki wi"kszej czysto$ci i prawie zupe nemu brakowi rozpuszczonych w metalu gazów.

7.2.3. Stale niestopowe (w$glowe) podstawowe konstrukcyjne ogólnego zastosowania

Stale niestopowe podstawowe konstrukcyjne s# stosowane zazwyczaj w stanie surowym lub rzadziej w stanie normalizowanym.

Wed ug PN-88/H-84020 rozró!nia si" 6 podstawowych gatunków stali w tej grupie. w zale!no$ci od sk adu chemicznego i wymaganych w asno$ci mechanicznych. Znak gatunku stali sk ada si" z liter St oraz liczby porz#dkowej 0, 3, 4, 5, 6 lub 7.

docsity.com

103 JW

Gatunki stali przeznaczone na konstrukcje spawane o liczbie porz#dkowej 0, 3 i 4 oznacza si" dodatkowo liter# S (np. St0S, St3S, St4S) oraz w przypadku okre$lonej zawarto$ci miedzi (z wyj#tkiem St0S) dodatkowo literami Cu (np. St3SCu. St4SCu). Gatunki o liczbie porz#dkowej 3 i 4 o podwy!szonych wymaganiach jako$ciowych (o obni!onej zawarto$ci C oraz P i S) oznacza si" dodatkowo liter# V lub W (np. St3V, St4W). Znak gatunku stali St5, St6 i St7 w przypadku okre$lonej dodatkowo zawarto$ci w"gla, manganu i krzemu uzupe nia si" na pocz#tku liter# M (np. MSt5).

Gatunki stali o liczbie porz#dkowej 3 i 4 z liter# S lub V mog# by% dodatkowe oznaczane liter# X w przypadku stali nieuspokojonej (np. St3SX, St3VX, St3SCuXC lub liter# Y w przypadku stali pó uspokojonej (np. StSCuY, St4SY, St4W). Sk ad chemiczny i w asno$ci mechaniczne tych stali podane s# w tabl. 7.2.

Tablica 7.2

Sk ad chemiczny i w asno!ci mechaniczne stali w$glowych konstrukcyjnych ogólnego zastosowania (PN-88/H-84020)

Sk ad chemiczny, % Re* i

Rm ** A5

***Znak

stali C Mn Si P max S max MPa MPa %

StOS 0,23 max 1,30 0,40 max 0,070 0,065 185 300-540 W 20

P 18 St3S 0,22 max 1,10 0,10

0,35

0,050 0,050 225 360-490 W 26

P 24 St3W 0,17 max 1,30 0,10

0,35

0,040 0,040 225 360-490 W 26

P 24 St4S 0,24 max 1,10 0,10

0,35

0,050 0,050 265 420-550 W 22

P 20 St4W 0,20 max 1,30 0,10-

0,35

0,040 0,040 265 420-550 W 22

P 20 MSt5 0,26+0,37 0,80 0,35 max 0,050 0,050 285 470-640 W 20

P 18 MSt6 0,38+0,49 0,80 0,35 max 0,050 0,050 325 570-740 W 15

P 13 MSt7

0,50-0,62

0,80 0,35 max 0,050 0,050 355 670-840

W11

P9

* Dla wyrobów o grubo$ci lub $rednicy powy!ej 16 ÷ 40 mm. ** Dla wyrobów o grubo$ci lub $rednicy powy!ej 3 ÷ 100 mm. *** Dla wyrobów o grubo$ci lub $rednicy powy!ej 3 ÷ 40 mm. Kierunek osi próbki: W - wzd u!ny, P - poprzeczny (w stosunku do kierunku walcowania).

Gatunki stali o liczbie porz#dkowej 3 i 4 mog# mie% dodatkowo okre$lon# wymagan# udarno$% w temperaturze +20°C, 0°C i -20°C. Szczegó owe wymagania odno$nie do tych odmian stali i ich oznaczenia podane s# w PN-88/H-84020. Znaki gatunków tych stali uzupe nia si" na ko'cu znakiem odmiany plastyczno$ci B, C, D lub U,M, J (np. St3SYU, St4WD).

7.2.4. Stale niestopowe specjalne do ulepszania cieplnego i utwardzania powierzchniowego

Stale te nale!# do grupy stali o wy!szych wymaganiach w porównaniu do stali jako$ciowych i charakteryzuj# si" wy!szym stopniem czysto$ci. Zawarto$% fosforu i siarki nie mo!e w nich przekracza% po 0,040%. S# przeznaczone do wyrobu maszyn i urz#dze' i stosuje si" je w stanie ulepszonym cieplnie, normalizowanym, hartowanym powierzchniowo lub po naw"glaniu. Dzi"ki dok adnemu doborowi sk adu chemicznego oraz przez zastosowanie specjalnych warunków wytwarzania uzyskuje si" wymagane w a$ciwo$ci technologiczne i u!ytkowe cz"sto w kombinacji z wysok# lub w#sko ograniczon# wytrzyma o$ci# lub hartowno$ci#.

Znak tych stali wg PN-93/H-84019 sk ada si" z liczb dwucyfrowych, które mog# by% uzupe nione literami. Liczby te okre$laj# przybli!one $rednie zawarto$ci w"gla w setnych cz"$ciach procentu (np. 10, 15, 20, 25, 30 itd). Litery po liczbach oznaczaj#:

docsity.com

104 JW

G - stal o podwy!szonej zawarto$ci manganu, A - stal o podwy!szonej czysto$ci w zakresie fosforu i siarki, AA - stal o zaostrzonych wymaganiach w zakresie sk adu chemicznego (np. dotycz#cych

zawarto$ci w"gla, obni!onej zawarto$ci fosforu i siarki ograniczonej sumie zawarto$ci Cr+Mo+Ni, itp.),

rs - stal o regulowanej zawarto$ci siarki, h - stal o wymaganej hartowno$ci,

H - stal o podwy!szonej dolnej granicy twardo$ci w stosunku do wymaganego pasma hartowno$ci,

L - stal o obni!onej granicy twardo$ci w stosunku do wymaganego pasma hartowno$ci, przy czym cyfry (np. 4, 5, 15) po literach hH i hL oznaczaj# odleg o$ci od czo a próbki w milimetrach (4 mm, 5 mm, 15 mm). Sk ad chemiczny niektórych stali niestopowych do naw"glania oraz normalizowania, ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego podano w tabl. 7.3

Tablica 7.3.

Sk ad chemiczny niektórych gatunków stali niestopowej specjalnej do naw$glania oraz normalizowania, ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego (wg PN-93/H-840191

Znak Sk ad chemiczny, % wag.

gatunku C Mn Si P max S

stali Stale do naw"glania

10 0,07-0,14 0,35+0,65 0,15-0,40 0,040 max 0,040

15 0,12-0,19 0,35-0,65 0,15-0,40 0,040 max 0,040

14A 0,12-0,18 0,30+0,60 0,15+0,40 0,035 max 0,035 20 0,17-0,24 0,35+0,65 0,15+0,40 0,040 max 0,040

20G 0,17+0,24 0,70+1,00 0,15+0,40 0,040 max 0,040

Stale do normalizowania, ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego

25 0,22-0,29 0,40+0,70 0,10+0,40 0,040 max 0,040

26A 0,22+0,29 0,40+0,70 0,10+0,40 0,035 max 0,035 30 0,27-0,34 0,50+0,80 0,10+0,40 0,040 max 0,040 35 0,32-0,39 0,50+0,80 0,10+0,40 0,040 max 0,040 40 0,37+0,44 0,50+0,80 0,10+0,40 0,040 max 0,040 45 0,42-0,50 0,50+0,80 0,10-0,40 0,040 max 0,040

46A 0,42+0,50 0,50+0,80 0,10-0,40 0,035 max 0,035 46rs 0,42-0,50 0,50+0,80 0,10+0,40 0,035 0,020+0,040 45G 0,42+0,50 0,70+1,00 0,10+0,40 0,040 max 0,040 50 0,47+0,55 0,60+0,90 0,10+0,40 0,040 max 0,040 55 0,52+0,60 0,60+0,90 0,10+0,40 0,040 max 0,040 60 0,57-0,65 0,60+0,90 0,10+0,40 0,040 max 0,040 65 0,62+0,70 0,50+0,80 0,10+0,40 0,040 max 0,040

W asno$ci mechaniczne w stanie normalizowanym i dla porównania w stanie ulepszonym cieplnie (po hartowaniu i odpuszczaniu w temperaturze 550 660°C) niektórych stali podano w

tabl. 7.4. Nale!y zwróci% uwag", !e wytrzyma o$% na rozci#ganie Rm granica plastyczno$ci Re i udarno$% KCU2 s# znacznie wy!sze w stanie ulepszonym cieplnie, w porównaniu ze stanem normalizowanym, a dla stali o wi"kszej zawarto$ci w"gla (gatunku 55, 60) wi"ksze jest równie! wyd u!enie.

7.2.5 Stale niestopowe jako!ciowe i specjalne o okre!lonym zastosowaniu

W przemy$le, oprócz omówionych wy!ej stali w"glowych konstrukcyjnych ogólnego zastosowania, stosuje si" równie! wiele gatunków stali w"glowych o okre$lonym z góry zastosowaniu. Stale te z uwagi na konieczno$% zapewnienia szczególnych w asno$ci u!ytkowych lub technologicznych maj# sk ad chemiczny ró!ni#cy si" od sk adu stali w"glowych ogólnego zastosowania i to zarówno w odniesieniu do sk adników zasadniczych, jak i przypadkowych lub zanieczyszcze'. Poza tym w niektórych przypadkach stale te wykazuj# wy!sze lub ni!sze

docsity.com

105 JW

w asno$ci mechaniczne, w porównaniu do odpowiednich stali ogólnego zastosowania o zbli!onym sk adzie chemicznym, jednak!e zapewniaj# !#dane w asno$ci technologiczne i u!ytkowe.

Tablica 7.4

W asno!ci mechaniczne niektórych gatunków stali niestopowej specjalnej w stanie normalizowanym oraz ulepszanym cieplnie wg PN-93/H-84019 (dla wyrobów o !rednicy lub grubo!ci do 16 mm*)

Znak gatunku

stali

Stan obróbki

cieplnej

Rm

MPa

Re (ReH,R0,2)

MPa, min

A5, %

min

KCU 2, J/cm2

min

N**) min 470 275 22 60 25

T***) 550 ÷ 700 370 19 90

N min 510 295 20 60 30

T 600 ÷ 750 400 18 80

N min 550 315 18 50 35

T 630 ÷ 780 430 17 70

N min 580 335 16 50 40

T 650 ÷ 800 460 16 60

N min 620 355 14 40 45

T 700 ÷ 850 490 14 50

N min 680 380 11 - 55

T 800 ÷ 950 550 12 -

N min 710 400 10 - 60

T 850 ÷ 1000 580 11 -

* Dla wi"kszych warto$ci grubo$ci wyrobów w asno$ci wytrzyma o$ciowe s# odpowiednio ni!sze. ** N - normalizowanie.

*** T - ulepszanie cieplne (hartowanie i odpuszczanie wysokie).

W$ród stali w"glowych konstrukcyjnych o okre$lonym zastosowaniu mo!na wyodr"bni% nast"puj#ce wa!niejsze grupy gatunków: stale do wyrobu drutu do patentowania, na liny, na spr"!yny, do konstrukcji spr"!anych,

drutu ogólnego przeznaczenia i dla przemys u w ókienniczego (PN 91/H-84028); stale, dla kolejnictwa (PN-84/H-84027, PN-91/H-84027/03, PN-88/H-84027/04-05);

stale do wyrobu rur (PN-89/H-84023/07);

stale do wyrobu nitów (PN-89/H-84023/04-05);

stale na blachy kot owe (PN-81/H-92123); stale do budowy mostów (PN-89/H-84023/04);

stale na blachy grube i uniwersalne do budowy statków (PN-85/H-92147);

stale na blachy karoseryjne (PN-89/H-84023/03);

stale do wyrobu ogniw a'cuchów technicznych i okr"towych (PN-89/H-84023/08); stale automatowe ( atwo obrabialne mechanicznie) (PN-73/H-84026); stale magnetycznie mi"kkie (PN-89/H-84023/02).

Stale niestopowe przeznaczone na walcówk" do produkcji drutu s# wysokiej czysto$ci. Zawarto$% w"gla w tych stalach zawiera si" w granicach 0,33 ÷ 0,98%. W stalach o najwy!szej czysto$ci do wyrobu drutu na liny zawarto$% fosforu i siarki nie mo!e przekroczy% po 0,020%, ale #cznie zawarto$% P+S nie mo!e by% wy!sza ni! 0,035%.

Stale automatowe (oznaczone wg PN-73/H-84026 znakami A10X, A10XN, A11. A35, A45,

A35G2), a tak!e stal do wyrobu nakr"tek prasowanych (10P) s# stalami o podwy!szonej zawarto$ci fosforu i siarki (np. stal automatowa A10 zawiera 0,04 ÷ 0,08% P i 0,24 ÷ 0,34% S, a stal do wyrobu nakr"tek 10P - 0,20 ÷ 0,35% P i 0,06% S). Du!a zawarto$% tych pierwiastków zapewnia dobr# skrawalno$% stali, które dzi"ki temu nadaj# si" szczególnie dobrze do obróbki

docsity.com

106 JW

wiórowej na automatach i szybkobie!nych obrabiarkach do nacinania gwintów, gdy! obecno$% du!ej ilo$ci wtr#ce' niemetalicznych (siarczków i fosforków) u atwia amanie si" wióra podczas skrawania. Sk ad chemiczny i w asno$ci mechaniczne stali automatowych podano w tabl. 7.5. Stale w$glowe magnetycznie mi"kkie s# to stale o bardzo ma ej zawarto$ci w"gla (max 0,04%). Stale te odznaczaj# si" ma # koercj# i du!# przenikalno$ci# magnetyczn#. Stosuje si" je najcz"$ciej na rdzenie elektromagnesów. W asno$ci magnetyczne materia ów magnetycznie mi"kkich pogarszaj# si" ze wzrostem ilo$ci zanieczyszcze', zw aszcza C, S, P, O i N. Dlatego wymaga si", aby w tych stalach ich ilo$% by a jak najmniejsza.

Szczegó owe wymagania, dotycz#ce wymienionych wy!ej grup stali w"glowych o okre$lonym przeznaczeniu i o szczególnych w asno$ciach, podaj# Polskie Normy.

Tablica 7.5 Sk ad chemiczny i w asno!ci mechaniczne stali automatowych (wg PN-73/H-84026)

(rednia zawarto$%, % Znak stali

Stan** Rm***

MPa

Re***min

MPa

A5***min %

C Mn Si P S min min A10X 0,12 1,10 0,05 0,06 0,29 W 380 ÷ 510 - —

max max C 490 ÷ 740 390 8 A11 0,10 0,70 0,27 0,06 0,20 W 380 ÷ 510 — —

max C 490 ÷ 740 390 8

T 440 ÷ 740 260 14

A35 0,35 0,70 0,27 0,06 0,20 W 490 ÷ 660 —

max C 540 ÷ 740 310 8 TC 620 ÷ 770 500 12

A45 0,45 0,70 0,27 0,06 0,20 W 590 ÷ 770

max C 640 ÷ 830 370 7

TC 700 ÷ 890 580 10

A35G2 0,35 1,60 0,27 0,035 0,14 WN min 690 410 13

max C — - —

T 780 ÷ 930 590 12

* Wytwarzany jest równie! gatunek z azotem A10XN zawieraj#cy $rednio ok. 0,013% N. **W asno$ci mechaniczne podano dla grubo$ci wyrobów powy!ej 16 ÷ 40 mm; dla grubo$ci

mniejszej w asno$ci wytrzyma o$ciowe s# nieco wy!sze, a plastyczne nieco ni!sze, natomiast dla grubo$ci wi"kszej w asno$ci wytrzyma o$ciowe s# nieco ni!sze, a plastyczne wy!sze.

***W - walcowanie na gor#co, WN - walcowanie i normalizowanie, T – ulepszanie cieplne, TC - ci#gnienie po ulepszaniu cieplnym, C - ci#gnienie po walcowaniu.

7.3. Stale niestopowe (w$glowe) narz$dziowe

Stale narz"dziowe s u!# w g ównej mierze do wyrobu wszelkiego rodzaju narz"dzi w tym skrawaj#cych, na odpowiedzialne cz"$ci przyrz#dów mierniczych, uchwytów itd. Zasadnicze cechy, których wymaga si" od stali narz"dziowych, to: twardo$% po zahartowaniu, odporno$% na $cieranie i zu!ycie, ci#gliwo$%, niewra!liwo$% na przegrzanie, ma a odkszta calno$% przy hartowaniu - przy czym nie zawsze wszystkie cechy s# wymagane jednocze$nie. Podstawowym wymaganiem stawianym narz"dziom skrawaj#cym jest trwa o$% ostrza, która st"pia si" i zu!ywa podczas skrawania. Im bardziej stal jest odporna na zu!ycie i $cieranie, tym lepiej nadaje si" na narz"dzia skrawaj#ce. Aby stal by a odporna na $cieranie, powinna mie% du!# twardo$%, zazwyczaj powy!ej 60 HRC. Najwi"ksz# twardo$% po hartowaniu uzyskuj# stale o wi"kszej zawarto$ci w"gla i z tego wzgl"du stale narz"dziowe s# z regu y stalami wysokow"glowymi. Zawarto$% w"gla w stalach w"glowych narz"dziowych obj"tych Polsk# Norm# PN-84/H- 85020 wynosi 0,5 1,24. Stale te w porównaniu ze stalami w"glowymi konstrukcyjnymi charakteryzuj# si" wi"ksz# czysto$ci# (mniejsz# zawarto$ci# fosforu i siarki), mniejsz# zawarto$ci# manganu oraz drobnoziarnisto$ci#. Charakterystyczn# zalet# stali narz"dziowych w"glowych jest ma a g "boko$% hartowania, tzn. !e hartuje si" tylko warstwa wierzchnia narz"dzia, a rdze' pozostaje bardziej mi"kki i ci#gliwy.

docsity.com

107 JW

Daje to mo!liwo$% uzyskania narz"dzia twardego i odpornego na $cieranie, a jednocze$nie maj#cego dostateczn# odporno$% na uderzenia. Wed ug Polskich Norm PN-84/H-85020 stale w"glowe narz"dziowe dziel# si" na dwie grupy: - stale hartuj#ce si" p ytko, - stale hartuj#ce si" g "boko.

W tablicy 7.6. podano sk ad chemiczny tych stali oraz ich twardo$% w stanie zmi"kczonym i po hartowaniu. Stale hartuj#ce si" p ytko oznaczone s# liter# N (oznaczaj# stal narz"dziow#), liczb# oznaczaj#c# w przybli!eniu $redni# zawarto$% w"gla w dziesi"tnych cz"$ciach procentu oraz na ko'cu liter# E. Stale hartuj#ce si" g "boko s# oznaczone analogicznie, ale bez litery E.

Tablica 7.6 Sk ad chemiczny i twardo!" w stanie zmi$kczonym i po hartowaniu stali

w$glowych narz$dziowych (wg PN-84/H-85020)

Sk ad chemiczny, % Znak stali

C

inne pierwiastki

Twardo$% w stanie

zmi"kczony m HB, max

Temp.**)

hartowania, oC

Twardo$% w stanie harto-

wanym HRC,

min

Stale hartuj#ce si" p ytko

N7E 0,65 ÷ 0,74 Mn 0,15 ÷ 0,30 187 790 ÷ 810

N8E 0,75 ÷ 0,84 Si 0,15 ÷ 0,30 187 780 ÷ 800

61

N9E 0,85 ÷ 0,94 Pmax 0,025 197 770 ÷ 790

N10E 0,95 ÷ 1,04 Smax 0,025 197 770 ÷ 790

N11E 1,05 ÷ 1,14 Crmax 0,15 207 770 ÷ 790

62

1,15 ÷ 1,24 Nimax 0,20

Cu max 0,20

207 760 ÷ 780 63

Stale hartuj#ce si" g "boko

N5 0,50 ÷ 0,60 Mn 0,40÷0,60* 183 790 ÷ 810 58

N6 0,61 ÷ 0,70 Mn 0,30÷0,50* 183 790 ÷ 810 61

N7 0,65 ÷ 0,74 Mn 0,15 ÷ 0,35 187 790 ÷ 810

N8 0,75 ÷ 0,84 Si 0,15 ÷ 0,35 187 790 ÷ 800

61

N9 0,85 ÷ 0,94 Pmax 0,030 197 770 ÷ 790

N10 0,95 ÷ 1,04 S max 0,030 197 770 ÷ 790

N11 1,05 ÷ 1,14 Cr max 0,20 207 770 ÷ 790

62

N12

1,15 ÷ 1,24

Ni max 0,25 Cu

max 0,25

207 760 ÷ 780

63

* Pozosta e pierwiastki dla stali N5 i N6; Si max 0,15%, P max 0,035%, S max 0,035%, Cr, C, i Ni nie okre$la si". * Hartowanie w wodzie czystej lub s onej.

Stale p ytko i g "boko si" hartuj#ce, które maj# tak# sam# zawarto$% w"gla, ró!ni# si" tylko zawarto$ci# domieszek pochodz#cych z wytopu, które jednak wp ywaj# na ich hartowno$%.

Stale hartuj#ce si" p ytko s# stalami o ma ej hartowno$ci (g "boko$% zahartowania wynosi 2 5 mm w zale!no$ci od temperatury hartowania), wykazuj# ma # wra!liwo$% na przegrzanie i ze wzgl"du na ma # zawarto$% zanieczyszcze' nale!# do stali najwy!szej jako$ci.

Stale hartuj#ce si" g "boko s# bardziej wra!liwe na przegrzanie, tzn. !e hartowane z wy!szej temperatury wykazuj# wi"ksz# gruboziarnisto$% i wi"ksz# sk onno$% do rys i p"kni"%. Stale te odznaczaj# si" nieco wi"ksz# hartowno$ci# (g "boko$% zahartowania wynosi 5 12 mm, w zale!no$ci od temperatury hartowania) i maj# nieco wi"ksz# dopuszczaln# zawarto$% zanieczyszcze' (fosforu i siarki) i innych domieszek, co powoduje, !e s# stalami ni!szej klasy ni! stale hartuj#ce si" p ytko.

Stale hartuj#ce si" p ytko s# stosowane w zasadzie do wyrobu narz"dzi, których grubo$% nie przekracza 20 mm, natomiast stale g "boko hartuj#ce si" - do wyrobu narz"dzi, których grubo$% lub $rednica jest wi"ksza ni! 20 mm.

docsity.com

108 JW

Obróbka cieplna stali narz"dziowych w"glowych polega na hartowaniu i niskim opuszczaniu (ok. 180°C). Typowa struktura wysokow"glowej stali narz"dziowej przedstawiona jest na rys. 7.2. Nagrzewanie zahartowanych stali w"glowych powy!ej temperatury 180°C zaczyna powodowa% odpuszczanie martenzytu i obni!anie twardo$ci. Wra!liwo$% na podwy!szon# temperatur" jest g ówn# wad# stali w"glowych narz"dziowych, które z tego powodu s#

zakwalifikowane jako stale do pracy na zimno i do obróbki materia ów przy niewielkiej szybko$ci skrawania.

Rys. 7..2. Mikrostruktura stali w"glowej narz"dziowej N11E po hartowaniu i niskim odpuszczaniu (180°C). Widoczne jasne wydzielenia cementytu na tle drobnoiglastego

martenzytu. Traw. 2% nitalem. Powi"ksz. 630x

Rys.7.3. Stal narz"dziowa w"glowa w stanie zmi"kczonym. Widoczny cementyt kulkowy (sferiodyt) na tle osnowy ferrytycznej. Traw. 5% nitalem. Powi"ksz. 500x

Stal narz"dziowa jest dostarczana z huty w stanie zmi"kczonym i aby u atwi% dalsz# jej przeróbk" lub obróbk" skrawaniem, wy!arzana w celu uzyskania struktury cementytu kulkowego (rys. 7.3), gdy! stal maj#ca struktur" perlitu p ytkowego trudniej poddaje si" obróbce. Struktur" tak# otrzymuje si" najpro$ciej przez wy!arzanie sferoidyzuj#ce w temperaturze nieco wy!szej od Ac1

7.4. Stale stopowe

Stal# stopow# nazywa si" stal, do której celowo wprowadzono pierwiastki stopowe, aby nada% jej wymagane w asno$ci.

Wed ug Polskich Norm do stali stopowych zalicza si" gatunki stali, w których najmniejsza wymagana zawarto$% chocia!by jednego z pierwiastków jest równa lub wi"ksza ni! podano w tabl. 7.1.

Wprowadzenie do stali dodatków stopowych mo!e mie% na celu: # uzyskanie okre$lonych w asno$ci wytrzyma o$ciowych, # wywo anie po!#danych zmian strukturalnych, # uzyskanie specjalnych w asno$ci chemicznych lub fizycznych, # podwy!szenie hartowno$ci, # u atwienie technologii i polepszenie efektów obróbki cieplnej.

docsity.com

109 JW

Najcz"$ciej stosowanymi dodatkami stopowymi s#: mangan, krzem, chrom, nikiel, molibden, wanad, wolfram. Nieco rzadziej stosuje si" aluminium, kobalt, tytan i niob. Ponadto coraz cz"$ciej jako celowe dodatki stopowe zyskuj# na znaczeniu bor i azot.

7.4.1. Wp yw pierwiastków stopowych na struktur$ i w asno!ci stali

Pierwiastki stopowe dodawane do stali w procesie metalurgicznym w przewa!aj#cej ilo$ci przechodz# do roztworu ciek ego. Po skrzepni"ciu stali pierwiastki stopowe mog# wyst#pi% w nast"puj#cych fazach:

# w roztworach sta ych: ferrycie i austenicie; # w zwi#zkach z w"glem i azotem: w"glikach, azotkach i w"gliko-azotkach; # w zwi#zkach mi"dzymetalicznych; # w postaci wolnej (czystego pierwiastka).

Ze wzgl"du na ró!nice potencja u chemicznego pierwiastków w poszczególnych fazach, sk adniki stopowe nie s# równomiernie roz o!one we wszystkich sk adnikach strukturalnych stopu, ale wykazuj# tendencj" do skupiania si" w poszczególnych fazach. W"gliki s# w stalach tworzone przez metale po o!one w uk adzie okresowym na lewo od !elaza (Mn, Cr, V, Ti, Mo, Nb, Zr, W, Ta, Hf). Pierwiastki te nale!# podobnie jak !elazo, do metali przej$ciowych. Im dalej na lewo od !elaza znajduje si" w uk adzie okresowym pierwiastek w"glikotwórczy, tym aktywniej #czy si" z w"glem i trwa o$% utworzonych w"glików jest wi"ksza. Wed ug wzrastaj#cej sk onno$ci do tworzenia w stali w"glików, pierwiastki w"glikotwórcze mo!na uszeregowa% w nast"puj#cej kolejno$ci: Fe, Mn, Cr, W, Mo, V, Ti, Zr, Nb.

W stalach powstaj# najcz"$ciej nast"puj#ce w"gliki: w"gliki grupy I - Fe3C, Mn3C, Cr23C6, Cr7C3, Fe3Mo3C, Fe3W3C; w"gliki grupy II - VC, TiC, NbC, ZrC, WC, W2C, Mo2C, TaC, Ta2C.

W"gliki grupy I maj# z o!on# sie% krystaliczn# i charakteryzuj# si" tym, !e atwo si" rozpuszczaj# w austenicie podczas nagrzewania.

W"gliki grupy II maj# prost# sie% krystaliczn# (regularn# lub heksagonaln#) znacznie trudniej rozpuszczaj# si" w austenicie, tak !e przy nagrzewaniu nawet do wysokich temperatur mog# nie przej$% do roztworu sta ego.

W stalach jednak w"gliki z regu y nie wyst"puj# w postaci czystej. Zawieraj# zwykle rozpuszczone !elazo, a gdy w sk ad stali stopowej wchodzi kilka pierwiastków, to w"gliki zawieraj# równie! te pierwiastki w roztworze. Na przyk ad w stali chromowo-manganowej tworzy si" nie czysty w"glik chromu Cr23C6, lecz w"glik (Cr, Mn, Fe)23C6, zawieraj#cy w roztworze !elazo i mangan.

Dodatki stopowe rozpuszczaj#ce si" w !elazie wp ywaj# silnie na zmian" temperatury przemian alotropowych A3 i A4. Niektóre z pierwiastków w pewnym zakresie st"!e' albo podwy!szaj# temperatur" A3 i obni!aj# temperatur" A4, wskutek czego ulega rozszerzeniu obszar istnienia odmiany alotropowej $" np. (Ni, Mn), albo obni!aj# temperatur" A4 a podwy!szaj# temperatur" A3, zw"!aj#c obszar istnienia odmiany " (np. Cr, Si, W, Mo, V, Ti), wzgl"dnie mog# podwy!sza% (Co) lub obni!a%obie te temperatury jednocze$nie (Cr).

W wyniku oddzia ywania pierwiastków stopowych na temperatury przemian alotropowych !elaza oraz punkty krytyczne uk adu Fe-Fe3C, struktura stali stopowych mo!e ró!ni% si" zasadniczo od wyst"puj#cej w stalach w"glowych przy tych równowa!nych zawarto$ciach w"gla. Du!e znaczenie ma równie! wp yw pierwiastków stopowych na przemiany austenitu przech odzonego, w szczególno$ci na krytyczn# szybko$% ch odzenia oraz temperatur" przemiany martenzytycznej Ms.

Pierwiastki, które rozpuszczaj# si" jedynie w ferrycie lub cementycie, jak np. Mn, Ni, Si, Al, Cu, wp ywaj# na przemian" austenitu tylko ilo$ciowo, opó&niaj#c j# i przesuwaj#c krzyw# pocz#tku rozk adu austenitu (na wykresie CTP) w kierunku wi"kszych warto$ci czasu (rys. 7.4) w stosunku do stali w"glowej (wyj#tkiem jest jedynie Co, który przyspiesza przemian").

docsity.com

110 JW

Natomiast pierwiastki w"glikotwórcze wywo uj# w kinetyce przemiany izotermicznej austenitu zmiany nie tylko ilo$ciowe, ale i jako$ciowe. Krzywe pocz#tku przemiany ulegaj# nie tylko przesuni"ciu, lecz równie! zmienia si" ich kszta t (rys. 7.4d). Obszary przemian perlitycznej oraz bainitycznej zostaj# w tych stalach przedzielone zakresem o zwi"kszonej trwa o$ci przech odzonego austenitu

Rys.7. 4. Schemat krzywych izotermicznych przemian austenitu przech odzonego dla stali stopowych: a) stal w"glowa (0,45% C), b) stal manganowa (0,45% C, 0,2% Mn), c) stal chromowo-wanadowa (0,5%C, 1,0% Cr, 0,1% V), d) stal chromowo-niklowo-molibdenowa

(0,30% C, 1,5% Cr, 2,0% Ni, 0,35 Mo)

Najwa!niejszy dla praktyki wp yw pierwiastków stopowych polega na zmniejszeniu szybko$ci rozk adu austenitu w zakresie jego przemiany w struktury perlityczne. Zapewnia to wi"ksz# hartowno$% stali, a przech odzenie austenitu do zakresu przemiany martenzytycznej mo!na osi#gn#% stosuj#c powolniejsze ch odzenie, np. podczas ch odzenia w oleju lub w powietrzu.

Zwi"kszenie hartowno$ci jest szczególnie du!e, gdy stal zawiera jednocze$nie kilka pierwiastków stopowych, np. nikiel, chrom i molibden itp.

Stwierdzono równie!, !e bardzo ma e dodatki niektórych pierwiastków zwi"kszaj# bardzo wyra&nie hartowno$% stali, natomiast wi"ksza ich zawarto$% nie wywo uje tak skutecznego dzia ania. Do takich pierwiastków nale!y przede wszystkim bor (B). Optymalna zawarto$% boru w stali, zapewniaj#ca najwi"ksz# hartowno$% wynosi zaledwie 0,001 0,003%. W razie wi"kszej ilo$ci boru jego st"!enie na granicach ziarn austenitu przekracza maksymaln# rozpuszczalno$%, wskutek czego powstaj# odr"bne fazy zawieraj#ce bor (borki), które jako o$rodki krystalizacji u atwiaj# wykrystalizowanie struktur perlitycznych i hartowno$% zmniejsza si".

Wp yw pierwiastków stopowych na wykresy CTP stali zaznacza si" nie tylko zmian# po o!enia i kszta tu krzywych przemian, lecz równie! przesuni"ciem punktu przemiany martenzytycznej Ms. Wi"kszo$% pierwiastków obni!a punkt Ms, zwi"kszaj#c tym samym zawarto$% austenitu szcz#tkowego po zahartowaniu. Odwrotne dzia anie wywieraj# jedynie Al i Co.

7.4.2. Klasyfikacja stali wg struktury po wy%arzaniu i po ch odzeniu na powietrzu

Przyjmuj#c zasad" podzia u wg struktury w stanie wy!arzonym, mo!na wyró!ni% nast"puj#ce grupy stali stopowych:

# podeutektoidalne, w których strukturze obok perlitu wyst"puje wolny ferryt; # eutektoidalne, o strukturze perlitycznej;

# nadeutektoidalne, zawieraj#ce w strukturze wydzielone z austenitu w"gliki wtórne # ledeburytyczne, w których strukturze wyst"puje eutektyka - ledeburyt, zawieraj#ca

w"gliki pierwotne wydzielone z ciek ej stali; # ferrytyczne, ewentualnie z wydzieleniami w"glików; # austenityczne, mog#ce równie! zawiera% wydzielone w"gliki.

docsity.com

111 JW

Zgodnie z wykresem Fe-Fe3C stale w"glowe podeutektoidalne zawieraj# mnie ni! 0,8% C, eutektoidalne ok. 0,8% C, nadeutektoidalne 0,8 2,0% C, ledeburytyt natomiast pojawia si" powy!ej ok. 2% C. Poniewa! jednak wi"kszo$% pierwiastków stopowych przesuwa punkty S i E wykresu Fe-Fe3C w lewo, tj. w kierunku mniejszych zawarto$ci w"gla, wi"c granica mi"dzy stalami podeutektoidalnymi i nadeutektoidalnymi oraz nadeutektoidalnymi i ledeburytycznymi

odpowiada w stalach stopowych mniejszym zawarto$ciom w"gla ni! w stalach w"glowych. Stale ferrytyczna i austenityczna s# to najcz"$ciej stale o du!ej zawarto$ci dodatków

stopowych i niskiej zawarto$ci w"gla. Podzia stali stopowych ze wzgl"du na struktur" przeprowadza si" równie! w zale!no$ci od

tego, jak# struktur" otrzymuje si" po och odzeniu w spokojnym powietrzu próbek o niedu!ym przekroju. Struktura ta mo!e si" zasadniczo ró!ni% od struktury uzyskanej po wy!arzaniu. W tym przypadku mo!na rozró!ni% trzy podstawowe klasy stali:

# perlityczn#, # martenzytyczn#, # austenityczn#

(mog# tak!e wyst"powa% klasy po$rednie). Klas" perlityczn# cechuje do$% ma a zawarto$% pierwiastków stopowych, stale klasy martenzytycznej zawieraj# wi"cej, a klasy austenitycznej - najwi"cej tych pierwiastków.

Wytworzenie si" jednej z tych trzech struktur stali nast"puje wskutek tego, !e w miar" zwi"kszania si" zawarto$ci pierwiastków stopowych wzrasta trwa o$% przech odzonego austenitu (krzywe C na wykresie CTP przesuwaj# si" w prawo), za$ pocz#tek przemiany martenzytycznej obni!a si" w kierunku ni!szych temperatur. Nale!y podkre$li%, !e podana klasyfikacja jest umowna i ma znaczenie w przypadku ch odzenia w powietrzu próbek o do$% ma ych wymiarach. Zmieniaj#c warunki ch odzenia, mo!na oczywi$cie otrzyma% w tej samej stali ró!ne struktury.

7.4.3. Oznaczanie stali stopowych konstrukcyjnych i maszynowych

Sposób oznaczania ró!nych gatunków stali stopowych konstrukcyjnych zosta opracowany i uj"ty przez Polsk# Norm" PN-89/H-84030/01.

Stale stopowe konstrukcyjne oznaczane s# za pomoc# znaku sk adaj#cego si" z: cyfr i liter. Pierwsze dwie cyfry okre$laj# $redni# zawarto$% w"gla w setnych procenta. Litery oznaczaj# pierwiastki stopowe:

G — mangan,

S — krzem,

H — chrom,

N — nikiel,

M — molibden,

T - tytan,

F - wanad (tak!e V), J — aluminium.

Liczby wyst"puj#ce za literami oznaczaj# zaokr#glone do liczby ca kowitej $rednie zawarto$ci sk adnika w stali w przypadku, gdy jego $rednia zawarto$% przekracza 1,5% (w przypadku stali niskostopowych, gdy $rednia zawarto$% sk adnika przekracza 1%).

Stale o wy!szych wymaganiach co do sk adu chemicznego (np. co do zawarto$ci fosforu i siarki) oznacza si" na ko'cu znaku liter# A.

Stale przetapiane elektro!u!lowo oznacza si" przez dodanie na ko'cu znaku stali ). Stale modyfikowane zwi#zkami chemicznymi litu, sodu lub wapnia i innymi oznacza si" liter# D.

Wed ug takich samych zasad, jak stale stopowe konstrukcyjne, oznacza si" stale odporne na korozj" i stale !aroodporne. Natomiast stale stopowe narz"dziowe oznacza si" w odr"bny sposób wg dawnych cech hutniczych (patrz rozdz. 7.5).

docsity.com

112 JW

7.4.4. Stale niskostopowe o podwy%szonej wytrzyma o!ci

W wyniku d#!enia do obni!ania ci"!aru konstrukcji, zw aszcza budowlanych. i poprawy wska&ników u!ytkowych opracowanych zosta o szereg gatunków stali niskostopowych, które bez dodatkowej obróbki cieplnej odznaczaj# si" lepszymi w asno$ciami mechanicznymi ni! stale w"glowe. S# to stale zawieraj#ce niewielkie dodatki sk adników stopowych i wykazuj#ce w stanie dostawy podwy!szone w asno$ci wytrzyma o$ciowe i struktur" ferrytyczno-perlityczn#. Stale te s# stosowane g ównie na konstrukcje budowlane, mosty, siatki i pr"ty do zbrojenia betonu, na zbiorniki i rury ci$nieniowe. Od materia ów tych, oprócz odpowiednio du!ych war- to$ci Re i Rm, wymaga si" odpowiedniej plastyczno$ci, niskiej warto$ci temperatury progu krucho$ci, dobrej spawalno$ci oraz niskiej ceny. Du!e znaczenie przy opracowywaniu nowych gatunków stali o podwy!szone wytrzyma o$ci mia y osi#gni"cia w zakresie fizyki metali, a w szczególno$ci poznanie mechanizmów umocnienia metali i stopów. Stwierdzono, !e obok utwardzenia roztworu sta ego i udzia u perlitu w strukturze, cz"sto znacznie wi"kszy wp yw napodwy!szenie wytrzyma o$ci stali wywieraj# inne czynniki, w tym g ównie wielko$% ziarna i obecno$% w strukturze dyspersyjnych wydziele' w"glików i azotków lub innych faz.

Szczególne znaczenie w produkcji stali o podwy!szonej wytrzyma o$ci ma tzw. regulowane walcowanie, polegaj#ce na obni!eniu temperatury nagrzewania wsadu, na niewielkich, lecz licznych zgniotach, a przede wszystkim na obni!eniu temperatury ko'ca walcowania i przyspieszeniu ch odzenia wyrobów po walcowaniu. W efekcie ulega zahamowaniu rekrystalizacja zgniecionego austenitu, a uzyskane w wyniku jego przemiany drobne ziarno

ferrytu zapewnia odpowiednio wysokie w asno$ci wytrzyma o$ciowe i plastyczne. Zasadnicze znaczenie ma równie! obecno$% w stali mikrododatków Al, V, Ti, Nbi Zr, tworz#cych trudno rozpuszczalne dyspersyjne wydzielenia, które wp ywaj# na opó&nienie rekrystalizacji i rozrostu ziarn austenitu, oddzia uj#c tym samym na wzrost umocnienia i obni!enie progu krucho$ci.

Jedn# z grup stali spawalnych o podwy!szonej wytrzyma o$ci stanowi# stale niskostopowe o strukturze ferrytyczno-perlitycznej zawieraj#ce maksymalnie 0,20% C dodatek manganu max do ok. 1,8% oraz mikrododatki Al, V, Ti, Nb i N, tworz#ce dyspersyjne wydzielenia w"glików i azotków. Zawarto$ci tych pierwiastków na ogó nie przekraczaj# 0,02% Al, 0,15% V, 0,05% Nb oraz do ok. 0,025% N. Stale te stosowane po regulowanym walcowaniu lub normalizowaniu

zapewniaj# uzyskanie granicy plastyczno$ci Re 305 460 MPa (dla wyrobów o grubo$ci 3 16 mm).

Polska Norma PN-86/H-84018 obejmuje 11 gatunków stali niskostopowych podwy!szonej wytrzyma o$ci oznaczonych znakami:

09G2 18G2A

09G2Cu 18G2ACu

15GA 18G2ANb

15G2ANb 18G2AV

15G2ANNb 18G2AVCu

18G2

Stale te, w zale!no$ci od wymaganych w asno$ci wytrzyma o$ciowych na rozci#gnie i technologicznych na zginanie, dziel# si" na 7 kategorii oznaczonych symbolami E305, E325, E355, E390, E420, E440, E460. Trzycyfrowa liczba po literze E oznacza w przybli!eniu granic" plastyczno$ci Rew MPa. Granica ta wykazuje pewne niewielkie ró!nice w zale!no$ci od grubo$ci wyrobu (3 70 mm). Nale!y okre$li%, !e stale te maj# znacznie wy!sz# (o 50 80%) granic" plastyczno$ci porównaniu ze stalami w"glowymi zwyk ej jako$ci przeznaczonymi do spawania, co stwarza mo!liwo$% uzyskania znacznych oszcz"dno$ci materia owych. W zale!no$ci od wymaganej udarno$ci w temperaturze od +20 do -60°C stale te dziel# si" na odmiany.

Jak wspomniano ju! na wst"pie, omawiana grupa stali musi charakteryzowa% si" dobr# spawalno$ci#. Musz# to by% zatem stale o ograniczonej hartowno$ci, tj. mo!liwie niskim ekwiwalencie w"gla CE, który mo!na wyliczy% z zale!no$ci;

docsity.com

113 JW

Stale niskostopowe o podwy!szonej wytrzyma o$ci uj"te w PN-86/H-84018 maj# ekwiwalent w"gla CE nie przekraczaj#cy 0,44 0,52.

7.4.5. Stale stopowe konstrukcyjne i maszynowe do ulepszania cieplnego

W przypadkach nie pozwalaj#cych na u!ycie stali w"glowych ze wzgl"du na ma # hartowno$% lub te! zbyt niskie w asno$ci wytrzyma o$ciowe, stosuje si" stale stopowe konstrukcyjne i maszynowe do ulepszania cieplnego. Wykonuje si" z nich g ównie wysoko obci#!one i wa!ne elementy konstrukcyjne maszyn, silników, pojazdów mechanicznych itp., zw aszcza o du!ych przekrojach.

Grupa stali konstrukcyjnych stopowych do ulepszania cieplnego obejmuje znacz# ilo$% gatunków o bardzo zró!nicowanym sk adzie chemicznym. Polskie Normy wyszczególniaj# 35 gatunków stali stopowych konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego (PN-89/H-84030/04) oraz

ponadto 9 gatunków stali o wi"kszej zawarto$ci pierwiastków stopowych, przeznaczonych do wyrobu sprz"tu szczególnie obci#!onego PN-72/H-84035), np. sprz"tu lotniczego, cz"$ci silników spalinowych itp. Sk ad chemiczny tych dwóch grup stali oraz ich w asno$ci mechaniczne podano w tabl. 7.7 7.10.

Tablica 7.7 Sk ad chemiczny niektórych stali stopowych konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego (wg

PN-89/H-84030/04)

Grupa stali (rednia zawarto$%, %

Znak stali

C Mn Si Cr Ni Mo Inne

Mn 30G2

4502

0,30

0,45

1,60

1,60

0,27

0,27

Mn-Si 35SG 0,35 1,25 1,25

Cr

30H

40H

45H

50H

0,30

0,40

0,45

0,50

0,65

0,65

0,65

0,65

0,27

0,27

0,27

0,27

0,95

0,95

0,95

0,95

Cr-Si 37HS 0,37 0,45 1,15 1,45

Cr-Mn-Si

20HGS

30HGS

35HGS

0,20

0,30

0,35

0,95

0,95

0,95

1,05

1,05

0,15

0,95

0,95

1,25

Cr-Mo

25HM

30HM

35HM

40HM

0,25

0,30

0,35

0,40

0,55

0,55

0,55

0,55

0,27

0,27

0,27

0,27

0,95

0,95

1,05

0,95

0,20

0,20

0,20

0,20

Cr-Mo-V 40H2MF 0,40 0,65 0,27 1,75 0,35 V - 0,20

Cr-Ni 45HN 0,45 0,65 0,27 0,60 1,2

Cr-Mn-Ni-Mo 37HGN 0,37 0,95 0,27 0,55 0,55 0,20

Cr-Ni-Mo

36HNM

34HNM

40HNM

0,36

0,36

0,40

0,65

0,55

0,65

0,27

0,27

0,27

1,05

1,50

0,75

1,05

1,50

1,45

0,20

0,20

0,20

Cr-Ni-Mo-V 45HNMF 0,45 0,65 0,27 0,95 1,55 0,20 V-0,15

Zawarto$% fosforu i siarki max po 0,025-0,035%.

Obróbka cieplna stali stopowych konstrukcyjnych polega na hartowaniu w oleju z

temperatury 820-950°C oraz odpuszczaniu najcz"$ciej w zakresie 500-650°C. Uzyskuje si" wówczas sorbit z o!ony z ferrytu stopowego oraz bardzo drobnych w"glików (rys. 7.5).

15

CuNi

5

VMoCr

6

Mn CCE

% %

%% %%&

docsity.com

114 JW

W asno$ci mechaniczne zale!# od zawarto$ci w"gla i pierwiastków stopowych oraz od temperatury odpuszczania. Ni!sza temperatura odpuszczania pozwala uzyskiwa% wysokie w asno$ci wytrzyma o$ciowe przy gorszych plastycznych i odwrotnie, zale!nie od stawianych wymaga' (rys. 7.6).

Hartowno!" stali stopowych. Najistotniejszym kryterium stosowania poszczególnych gatunków stali stopowych konstrukcyjnych jest hartowno$%. W tablicy 7.8. podano dla poszczególnych gatunków stali wielko$ci $rednic krytycznych, tj. najwi"kszych $rednic wyrobów hartuj#cych si" na wskro$ z utworzeniem w rdzeniu struktury zawieraj#cej 50% martenzytu oraz 50% struktur perlityczno-bainitycznych.

Rys. 7..5. Mikrostruktura stali 30HGSA po ulepszaniu cieplnym. Sorbit. Traw. 3% nitalem. 300x

Tablica 7.8

W asno!ci mechaniczne w stanie ulepszonym cieplnie oraz hartowno!" (!rednica krytyczna) niektórych stali stopowych konstrukcyjnych

W asno$ci wytrzyma o$ciowe

Udarno$%

Znak stali

(rednica kry- tyczna (50%

martenzytu)

hartów. w

oleju, min

Rm MPa,

min

Re, MPa, min

A5, %

Z,%

KCU2,

J/cm2

30G2 20 780 540 14 50 80

45G2 25 880 690 10 40 - 35SG 30 880 690 15 40 60 30H 30 880 740 12 45 70 40H 40 980 780 10 45 60

38HA 40 930 780 12 50 90 45H 40 1030 830 9 45 50 50H 45 1080 930 8 40 40

37HS 80 930 740 12 50 70 20HGS 40 780 640 12 45 70 30HGS 65 1080 830 10 45 45 35HGS 90 1620 1280 9 40 40 25HM 50 740 590 15 55 100 30HM 55 930 740 11 45 80 35HM 55 980 780 12 45 80 40HM 65 1030 880 10 45 70

40H2MF 250 1230 1030 9 40 50 45HN 50 1030 830 10 45 70

37HGNM 60 930 780 13 50 80 36HNM 110 980 780 11 50 80 34HNM 160 1080 880 10 45 70

40HMNA 165 1080 930 12 50 90 45HNMF 180 1470 1320 7 45 40

Na rysunkach 7.7 i 7.8 przedstawiono przyk adowo pasma hartowno$ci dla prób hartowania od czo a dwóch gatunków stali o ma ej (40H) i bardzo du!ej hartowno$ci (40HNMA). Spo$ród stali o jednakowej hartowno$ci nale!y zawsze stosowa% najekonomiczniejsz#, oczywi$cie o ile dodatkowe wymagania (np. udarno$%) nie uzasadniaj# stosowania stali dro!szej, wy!ej stopowej.

docsity.com

115 JW

Stale manganowe (30G2, 45G2), krzemowo-manganowe (35SG) oraz chromowe (30H, 40H,

45H, 50H) charakteryzuj# si" stosunkowo niedu!# hartowno$ci# w porównaniu z innymi gatunkami stali stopowych. Znacznie wy!sz# hartowno$% wykazuj# stale chromowo- manganowo-krzemowe (30HGS, 35HGS). Zast"puj# one w wielu przypadkach drogie stale zawieraj#ce Ni, Mo, W i V.

Najwi"ksz# hartowno$% oraz najkorzystniejszy zespó w asno$ci wytrzyma o$ciowych po ulepszaniu cieplnym wykazuj# stale chromowo-niklowo-molibdenowe, ewentualnie z dodatkiem wanadu lub wolframu, a tak!e manganu i krzemu (40HNMA, 36HNM, 45HNMF, 30H2N2M, 30HGSNA, 25H2N4W, 30HN2MFA i inne). Stale te s# u!ywane na cz"$ci maszyn o najwi"kszych wymaganiach wytrzyma o$ciowych, jak wa y korbowe silników lotniczych, wa y nap"dowe, na cz"$ci turbin o du!ych przekrojach, na ko a z"bate i inne cz"$ci, gdzie wyst"puj# najwi"ksze i zmienne obci#!enia.

Tablica 7.9

Sk ad chemiczny stali stopowych konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego przeznaczonych do wyrobu sprz$tu szczególnie obci#%onego (wg PN-72/H-84035)

(rednia zawarto$%, % Znak stali

C Mn Si Cr Ni Mo inne

25HGS 0,25 0,95 1,05 0,95 - - -

30HGSNA 0,30 1,15 1,05 1,05 1,60 - - 20HN3A 0,20 0,45 0,27 0,75 3,00 - - 30HN3A 0,30 0,45 0,27 0,75 3,00 - - 37HN3A 0,37 0,40 0,27 1,40 3,25 - -

25H2NWA 0,25 0,40 0,27 1,50 4,20 - W-1,00 30H2N2M 0,30 0,45 0,27 1,95 1,05 0,30

30HN2MFA 0,30 0,45 0,27 0,60 2,00 0,20 V - 0,22 65S2WA 0,65 0,85 1,75 - 0,40 max - W-1,00

Tablica 7.10

W asno!ci mechaniczne stali stopowych konstrukcyjnych w stanie ulepszonym cieplnie,

przeznaczonych do wyrobu sprz$tu szczególnie obci#%onego (wg PN-72/H-84035)

Znak stali

Obróbka cieplna

hart. oC/odp. °C

RmMPa

min

ReMPa

min

A5, %

Z,%

KCU,

J/cm2

25HGS 880/480 1080 830 10 40 60

30HGSNA 900/200-300 1620 1370 9 45 60

20HN3A 820/500 930 780 12 55 100

30HN3A 820/530 1080 880 10 50 80 37HN3A 820/520 1130 980 10 50 60

25H2N4W 850/560 1080 930 11 45 90

30H2N2M A. 830/600 980 830 13 50 80

B. 830/530 1230 1030 9 40 50

30HN2MFA 860/680 880 780 10 40 90 65S2WA 850/420 1860 1670 5 20 -

Stale stopowe konstrukcyjne o zawarto$ci w"gla 0,4 0,6% mog# by% tak!e poddawane hartowaniu powierzchniowemu, co w wielu przypadkach jest korzystne, gdy! unika si" w ten sposób d ugotrwa ego i bardziej k opotliwego procesu naw"glania.

docsity.com

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.
3 shown on 47 pages
Pobierz dokument