Stale staliwa i zeliwa - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki z Materiały inżynieryjne

Pobierz Stale staliwa i zeliwa - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2 i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity! 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 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 na podwy 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, Nb i 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 Re w 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