2. MATERIAŁY O SZCZEGÓLNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH
Stale o specjalnych właściwościach
STALE O SZCZEGÓLNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH
1. STALE ŻAROWYTRZYMAŁE
I ŻAROODPORNE
2. STALE ODPORNE NA KOROZJE
3. STALE O SZCZEGÓLNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH FIZYCZNYCH
4. STALE O SZCZEGÓLNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH MECHANICZNYCH
STALE ŻAROODPORNE I ŻAROWYTRZYMAŁE
Stale przeznaczone na elementy maszyn i urządzeń pracujących w podwyższonej i wysokiej temperaturze.
Stąd wynika ich podział na:
STALE ŻAROODPORNE I ŻAROWYTRZYMAŁE;
STALE STOPOWE DO PRACY W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE
ŻAROODPORNOŚĆ
Czyli odporność na korozyjne działanie gazów w wysokiej temperaturze; uzyskuje się przez utworzenie na powierzchni stali zwartej i dobrze przylegającej warstwy tlenków Cr2O3, Al2O3 lub SiO2, tak więc podstawowymi dodatkami stopowymi stali żaroodpornych są chrom, aluminium i krzem.
ŻAROWYTRZYMAŁOŚĆ
Zdolność do przenoszenia obciążeń mechanicznych w wysokiej temperaturze, zapewniają pierwiastki zwiększające energię wiązania atomów w sieci roztworu stałego, takie jak: Mo, W, V, Co oraz Ti, Cr i Si.
Od stali żarowytrzymałych oprócz żaroodporności wymaga się dobrych własności wytrzymałościowych przy podwyższonych temperaturach i tzw. odporności na pełzanie.
Do grupy stali żaroodpornych zalicza się również stale zaworowe.
Od stali tych oprócz dużej odporności na działanie gazów, ( wpływ pierwiastków stopowych Si, Cr) w których pracują, wytrzymałości przy wysokiej temperaturze wymaga się jeszcze wysokiej twardości i odporności na ścieranie.
Z tej też przyczyny posiadają one znacznie wyższą zawartość
węgla wynoszącą 0,3 ÷ 0,9%
STALE I STOPY OPOROWE - stanowią oddzielną grupę stopów żaroodpornych, przeznaczoną na elementy grzejne pieców i innych urządzeń nagrzewających do obróbki cieplnej. Produkowane są w postaci drutów i taśm.
Można je podzielić na trzy podstawowe grupy:
stale i stopy oporowe;
metale trudno topliwe, jak Mo, W, Ta, Pt;
materiały ceramiczne – w tym węglik krzemu (tzw. silit), dwukrzemek molibdenu (tzw. superkanthal) i węgiel (grafit)
NADSTOPY I STOPY WYSOKOŻAROWYTRZYMAŁE
stopy na osnowie Fe, zawierające Cr i Ni ,
stopy złożone Fe-Cr-Ni-Co;
stopy na osnowie Co bez Fe, zawierające Cr, Ni, Mo, W;
stopy na osnowie Ni, zawierające Cr, niekiedy Co, a także niewielkie dodatki Mo, Ti, Al, Zr, B
OBRÓBKA CIEPLNA I ZASTOSOWANIE
Temperatura pracy stopów : 750÷1000 ºC , obróbka cieplna polega na przesycaniu i starzeniu. Zwiększenie trwałości nadstopów uzyskuje się także w wyniku wytworzenia na ich powierzchni powłok żaroodpornych.
Zastosowanie : łopatki, wirniki, dysze turbin parowych i silników odrzutowych.
STALE STOPOWE DO PRACY W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE
Stosowane w energetyce na urządzenia ciśnieniowe, głównie na walczaki kotłów parowych, rury kotłowe i przegrzewaczowe, do budowy turbin parowych, wodnych i gazowych, na armaturę kotłów i turbin, zbiorniki ciśnieniowe itp. w energetyce konwencjonalnej i jądrowej do ok. 600°C.
STRUKTURA STALI STOPOWYCH DO PRACY
W PODWYŻSZONEJ TEMEPRATURZE
Ze względu na strukturę stale stopowe do pracy w podwyższonej temperaturze można podzielić na :
ferrytyczno – perlityczne
ferrytyczno – bainityczne
o strukturze martenzytu wysokoodpuszczonego.
Uzyskanie wymaganych właściwości oraz odpowiednich struktury staje się możliwe dzięki obróbce cieplnej polegającej
w zależności od gatunku stali na wyżarzaniu normalizującym, hartowaniu i odpuszczaniu lub wyżarzaniu normalizującym i odprężającym.
STALE DO PRACY W OBNIŻONEJ TEMPERATURZE
STALE DO PRACY W OBNIŻONEJ TEMPERATURZE - są stosowane
w zakresie od poniżej 0°C do temperatury wrzenia helu, tj. około -269°C, w chemii i petrochemii, chłodnictwie, przemyśle stoczniowym, lotniczym, nuklearnym i kosmonautyce, a także do wytwarzania zbiorników do magazynowania ciekłych gazów.
Głównym dodatkiem w stalach do pracy w obniżonej temperaturze jest Ni.
Wraz z obniżeniem temperatury pracy zwiększa się wytrzymałość, natomiast zmniejsza ciągliwość i odporność stali na kruche pękanie.
STALE I STOPY O SZCZEGÓLNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH FIZYCZNYCH
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA
W elektrotechnice i elektronice szerokie zastosowanie znajdują stale o szczególnych właściwościach magnetycznych. W zależności od kształtu pętli histerezy materiały te dzielimy na :
magnetycznie miękkie o dużej pozostałości magnetycznej Br i małym natężeniu koercji Hc
magnetycznie twarde o mniejszej pozostałości magnetycznej i znacznie większym natężeniu koercji
Materialny magnetycznie miękkie – stosowane są w postaci blach elektrotechnicznych prądnicowych zawierają poniżej 0,08%C
i 0,4÷3,4% Si. W technice prądów stałych sa stosowane stopy
Fe-Ni typu 64-36 i 22-78 zwane permalloyami, lub Ni-Fe-Mo typu 79-16-5 zwane supermalloyami.
Materiały magnetycznie twarde – stosowane są na magnesy trwale charakteryzuje moc właściwa (BH)maks, która powinna osiągać możliwie największe wartości. Wymagania te spełniają stale węglowe eutektoidalne zahartowane na martenzyt oraz stale stopowe zawierające W, Cr
i Co. Stosuje się również stopy Al- Ni-Co zwane Alnico.
Poszukiwania bardzo wytrzymałych materiałów, potrzebnych do budowy rakiet i statków kosmicznych doprowadziły do opracowania niskowęglowych stali stopowych, w których umocnienie jest wynikiem przemiany martenzytycznej i utwardzania wydzieleniowego.
Stale te nazwano stalami maraging.
Są to stale Ni‑Co‑Mo zawierające tytan, aluminium i niob, które to pierwiastki tworzą z niklem fazy międzymetaliczne, i wydzielając się podczas starzenia z martenzytu powodują umocnienie stali do poziomu ponad 2000 MPa, przy zachowaniu wysokiej plastyczności i ciągliwości.
STALE ODPORNE NA KOROZJĘ
Stale odporne na korozję posiadają struktury:
martenzytyczną, ferrytyczną, austenityczną,
ferrytyczno - austenityczną
STALE ODPORNE NA KOROZJĘ
STALE FERRYTYCZNE WYSOKOCHROMOWE
Stale te posiadają małe stężenie węgla więc wykazują dobra odporności na korozję i wytrzymałość na rozciąganie 380 ÷ 750 MPa. Obróbka cieplna tych stali polega na wyżarzaniu w temperaturze 680 ÷ 1000 ºC. Ze względu na obecność węgla w tych stalach ferrytycznych mogą występować węgliki które ulegają rozpuszczeniu pod wpływem wysokiej temperatury w roztworze stałym.
Przykład: X2CrNi12, X2CrTi12