STALE STOPOWE
Stale stopowe są to stale, które poza żelazem i węglem oraz zwykłymi domieszkami (Mn, Si, P, S, Cu) zawierają inne celowo wprowadzone składniki lub podwyższone zawartości manganu i krzemu. Składniki te noszą nazwę dodatków stopowych, które oddziałowując na węgiel, żelazo i wzajemnie na siebie powodują zmiany w strukturze i własności stali.
Mogą one występować w stali pod różnymi postaciami:
w roztworze stałym,
węglików,
wtrąceń niemetalicznych,
związków międzymetalicznych,
w postaci wolnej
Decydujący wpływ na własności stali z powyższych postaci ma występowanie dodatków w postaci roztworu stałego oraz węglików.
Poprzez wprowadzenie dodatków stopowych uzyskuje się materiały posiadające:
wymagane własności fizyko-chemiczne,
wysoką twardość i odporność na ścieranie,
wysokie własności mechaniczne,
wysokie własności technologiczne,
lepszą hartowność.
Oznaczenia oraz wpływ pierwiastków na własności stali stopowych:
W - wolfram: nadaje drobnoziarnistość, zwiększa hartowność, twardość i odporność na zużycie
V - wanad (F): przeciwdziała rozrostowi ziarna w wysokich temperaturach, zwiększa głębokość hartowania
Cr - chrom (H): zwiększa twardość stali, odporność na ścieranie, rozdrobnienie ziarna, polepsza hartowność
M - mangan (G): polepsza hartowność, zwiększa wytrzymałość na rozciąganie i odporność na uderzenia
S - krzem: polepsza własności mechaniczne
L - molibden (M): zwiększa hartowność, zmniejsza kruchość odpuszczania
K - kobalt: stosowany w stalach szybkotnących zwiększa trwałość ostrza
N - nikiel: polepsza hartowność, własności mechaniczne
Ti - tytan: przeciwdziała rozrostowi ziarn
P - grupa: chrom+nikiel+wanad
Z - grupa: krzem+chrom+wolfram
A - wyższa jakość stali
Są to stale droższe od stali węglowych i stosowane są wtedy, gdy nie mogą być użyte stale węglowe.
Konstrukcyjne stale stopowe:
Stale używane do wyrobu części maszyn i konstrukcji pracujących w zakresie temperatur
od -40 do 300oC, w środowiskach o niewielkim oddziaływaniu korozyjnym. Kryterium przydatności stanowią głównie ich własności mechaniczne (granica plastyczności, wysoka wytrzymałość zmęczeniowa, duża twardość i odporność na ścieranie).
Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości
Znajdują zastosowanie do budowy konstrukcji przemysłowych, mostów statków, do zbrojenia betonu, na rury do rurociągów. Są dostarczane w postaci kształtowników, blach, taśm, rur i drutów, które łączy się poprzez spawanie. Cechują się one podwyższoną granicą plastyczności (Remin = 300÷460 MPa), i wytrzymałości na rozciąganie, niską temperaturą przejścia w stan kruchy oraz dobrą spawalnością. Zawartość węgla nie przekracza więc 0,22%, czyli podwyższenie własności mechanicznych realizowane jest poprzez dodatki stopowe oraz odpowiednią technologię wytwarzania, obróbkę plastyczną i cieplną.
Spawalność stali określa zdolność materiału do uzyskiwania wysokich własności mechanicznych po spawaniu. O spawalności decydują następujące czynniki:
spawalność metalurgiczna (zależy od składy chemicznego i określa zachowanie materiału podczas spawania i jego wpływ na własności spawanego materiału i złącza)
spawalność technologiczna (technologia spawania i jej wpływ na własności złącza)
spawalność konstrukcyjna ( ujmuje znaczenie rozwiązania konstrukcyjnego węzła oraz wpływ grubości materiału na jakość i własności złącza)
Stale konstrukcyjne stopowe do nawęglania
Cechuje je dobra skrawalność, odporność na przegrzanie, mała skłonność do odkształceń podczas obróbki cieplnej, dobra hartowność, wysokie własności wytrzymałościowe nawęglonej powierzchni i duża ciągliwość rdzenia.
Charakteryzują się one małą zawartością węgla (0,10÷0,25%) i dodatkiem (1÷2%) Cr. W zależności od gatunku zawierają jeszcze Mn, Ni, Mo, Ti, Mo. Dodatki Cr, Mn i Ni zwiększają hartowność, zapewniają wymagane własności rdzenia i zmniejszają naprężenia hartownicze w warstwie nawęglonej. Na mniej obciążone części maszyn stosuje się stale chromowe, a w przypadku wymaganych wysokich własności mechanicznych do produkcji ważnych części w precyzyjnych urządzeniach i silnie obciążonych części maszyn stale chromowo-niklowe.
Stale konstrukcyjne stopowe do ulepszania cieplnego
Stanowią one podstawowy materiał konstrukcyjny w przemyśle maszynowym. Charakteryzują się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i plastycznymi. Są to najczęściej stale niskostopowe o łącznym stężeniu pierwiastków stopowych nie przekraczającym 3% lub średniostopowe o łącznej zawartości 3÷5% dodatków stopowych. Stężenie węgla, które decyduje o własnościach wytrzymałościowych wynosi (0,25÷0,50%). Obróbka cieplna tych stali polega na hartowaniu z wysokim odpuszczaniem w celu otrzymania odpowiedniej struktury sorbitycznej. W zależności od temp. odpuszczania można uzyskać lepsze własności wytrzymałościowe i gorszych plastycznych lub odwrotnie. Stale te poddaje się obróbce skrawaniem w stanie ulepszonym cieplnie. Ponieważ własności wytrzymałościowe stali zależą głównie od ilości i stopnia dyspersji węglików, zawartość węgla jest podstawowym czynnikiem od którego zależy jej wytrzymałość. Dodatki stopowe zapewniają jej odpowiednią hartowność oraz inne wymagane własności (np. plastyczność) wynikające z zastosowanych dodatków stopowych. Podstawowym dodatkiem stopowym tych stali jest chrom. W celu możliwości hartowania przedmiotów o dużych przekrojach dodaje się nikiel, który dodatkowo zwiększa własności plastyczne. Do najdroższych należą stale chromowo-niklowo-molibdenowo-wanadowe stosowane na elementy o bardzo dużych przekrojach i konieczności uzyskania wysokich własności wytrzymałościowych.
Stale do azotowania:
W celu podwyższenia powierzchniowych własności mechanicznych (twardości) lub podwyższenia odporności na korozję (stale stopowe i węglowe) stosuje się proces azotowania. Do azotowania stosuje się stal chromowo-molibdenowo-aluminiową 38HMJ, która po azotowaniu wykazuje najlepsze własności warstwy dyfuzyjnej, Przed azotowanie poddaje się ja ulepszeniu cieplnemu. Składniki stopowe tej stali tworzą z azotem azotki, które odznaczają się dużą trwałością, twardością i dużym stopniem dyspersji, przy czym najefektywniej działa aluminium. Stale przeznaczone do azotowania oprócz dużej twardości powierzchniowej powinny się wykazywać wysoką wytrzymałością rdzenia, dlatego zawierają do 45% węgla.
Stale sprężynowe:
Stanowią one szczególną grupę stali stopowych poddawaną ulepszaniu cieplnemu. Charakteryzują się one bardzo dobrymi własnościami sprężystymi Rsp, oraz dużą wartością stosunków tej wielkości do granicy plastyczności Re i wytrzymałości na rozciąganie Rm. Pożądana jest ponadto duża wytrzymałość na zmęczenie oraz odpowiednie własności plastyczne, aby w przypadku przekroczenia granicy sprężystości nastąpiło jedynie trwałe odkształcenie elementy bez jego zniszczenia. Bardzo duże znaczenie dla eksploatacji ma stan powierzchni, ponieważ wszelkie wady powodują miejscową koncentrację naprężeń, co prowadzi do pęknięcia zmęczeniowego. Obróbka cieplna stali sprężynowych polega na hartowaniu i odpuszczaniu, przy czym szczególną uwagę należy zwrócić na powierzchnię. Konieczne jest zabezpieczenie sprężyn przed odwęglaniem poprzez zastosowanie atmosfer ochronnych lub kąpieli solnych. Dotyczy to szczególnie odpowiedzialnych sprężyn. Pióra resorów dodatkowo umocnienia się zgniotowo przez młotkowanie lub śrutowanie.
Stale te zawierają około 0,5÷0,7% węgla a głównymi składnikami stopowymi jest krzem, mangan, chrom i wanad. Stale krzemowe można stosować na sprężyny o małych przekrojach (mała hartowność). Na silnie obciążone sprężyny o dużej wytrzymałości i większych przekrojach stosuje się stale chromowe z dodatkami manganu, krzemu i wanadu.
Stale łożyskowe:
Do budowy części łożysk wykorzystuje się stale charakteryzujące się bardzo dużą twardością, jednorodnością struktury, wysokim stopniem czystości, dużą hartownością, nie paczące się podczas hartowania i dobrą obrabialnością. Warunki te spełniają stale chromowe z dużą zawartością węgla w ilości około 1%. W przypadku dużych części w celu zwiększenia hartowności dodaje się krzem i mangan. Obróbka cieplna tych stali polega na hartowaniu w oleju i niskim odpuszczaniu.
Stale do hartowania powierzchniowego:
Hartowanie powierzchniowe ma na celu uzyskanie wysokiej twardości powierzchni przy odpowiednich własnościach wytrzymałościowych rdzenia. Stosuje się tutaj stale do ulepszania cieplnego zarówno węglowe (45, 50, 55) jak i stopowe(40H, 40HM, 40H2MF, 50HM).
1
3