WBM - Mechanika

Semestr: 3 Grupa: 1

LABORATORIUM Z MATERIAŁOZNASTWA

TEMAT: Stale węglowe zwykłej jakości.

1. Stale i ich podział

2. Wpływ węgla i pierwiastków stopowych na własności stali

3. Porównanie stali gatunku: 25 i 45

Stop żelaza z węglem, którego zawartość może wynosić do ok. 2%, nazywamy stalą. Oprócz węgla występują również inne pierwiastki jako pozostałości z przebiegu procesu metalurgicznego. Poza tym w stali występować mogą również pierwiastki celowo wprowadzane, dla polepszania jej własności chemicznych, fizycznych lub mechanicznych.

Ze względu na skład chemiczny stale dzieli się na dwie wielkie grupy, a mianowicie na węglowe i stopowe.

Stale węglowe:

Do stali węglowych zalicza się te stale, w których głównym składnikiem oprócz żelaza jest węgiel do zawartości ok. 2%. Występujące inne składniki pożądane lub nie pożądane nie powinny przekraczać ustalonych granic, a mianowicie:

Składniki	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	W	Co	Mo	V	Ti	Al	P	S
Zawartość do, %	0,8	0,4	0,3	0,3	0,2	0,2	0,2	0,05	0,05	0,05	0,1	Wg spec. wymagań

Stale węglowe w zależności od zawartości węgla dzielą się na:

1. Stale niskowęglowe o zawartości C do 0,25%

2. Stale średnio węglowe o zawartości C od 0,25% - 0,65%

3. Stale wysokowęglowe o zawartości C powyżej 0,65%

Stale stopowe:

Do stali stopowych zalicza się te stale, w których zawartość chociażby jednego pierwiastka - z wyjątkiem żelaza i węgla - przekracza granice określone dla stali węglowych.

Stale stopowe w zależności od zawartości składników stopowych dzielą się na:

1. Stale niskostopowe, jeżeli suma składników stopowych nie przekracza 1,5%

2. Stale średnio stopowe, jeżeli suma składników stopowych mieści się w granicach od 1,5% - 5,0%

3. Stale wysokostopowe, w których suma składników stopowych przekracza 5,0%

Rozpatrując skład chemiczny poszczególnych stali należy brać pod uwagę wpływ, jaki wywierają węgiel oraz pierwiastki stopowe na jakość i rodzaj stali.

Węgiel (C):

W stalach węglowych konstrukcyjnych zawartość węgla wynosi 0,05% - 0,9%, a w stalach węglowych narzędziowych 0,4% - 1,3%. Przy wysokich temperaturach wszystkie stale węglowe mają dobrą plastyczność, możne je dobrze walcować i kuć. Również dają się dobrze ciągnąć i walcować na zimno. Zgniot zachodzący przy obróbce na zimno wpływa na znaczne zwiększenie wytrzymałości stali. Wraz ze zwiększeniem zawartości węgla w stali, zwiększa się jej twardość i wytrzymałość na rozciąganie, pogarszają się natomiast własności plastyczne, zmniejsza wydłużenie, przewężenie i udarność. Węgiel pogarsza jednak spawalność stali. Stale o większej zawartości węgla są trudno spawalne. Ze zwiększeniem zawartości węgla zwiększa się hartowność stali. Im większa jest zawartość w stali, tym mniejsze jest przewodnictwo cieplne stali, dlatego stale o dużej zawartości węgla należy nagrzewać ostrożnie.

Mangan (Mn):

Ułatwia odsiarczanie stali oraz odtlenia stal wskutek swego dużego powinowactwa z tlenem. Mangan czyni stal bardziej ścisłą i polepsza jej jakość. Podobnie jak węgiel, mangan zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności. Mangan zwiększa znacznie hartowność stali. Przy zawartości 4% - 6% Mn i 0,70% - 0,80% C stal staje się krucha. Stal o zawartości 12% - 14% Mn jest nadzwyczaj odporna na ścieranie.

Krzem (Si):

Stale węglowe zawierające tylko ślady krzemu, nazywa się stalami nie uspokojonymi ze względu na ich wrzenie we wlewnicach przy krzepnięciu. Stale takie przy małej zawartości węgla (do 0,25%) mają dużą plastyczność i nadają się dobrze do przeróbki plastycznej na zimno. Stale zawierające 0,15% - 0,4% krzemu, nazywane stalami uspokojonymi, mają bardziej jednorodną strukturę i mniejszy stopień segregacji siarki, fosforu oraz węgla w całym przekroju. Krzem zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie a zwłaszcza sprężystość stali, wpływa natomiast niekorzystnie na wydłużenie, przewężenie i udarność. Stale bogatsze w krzem są wrażliwe na hartowanie. Znaczna zawartość krzemu pogarsza spawalność stali.

Chrom (Cr):

Chrom zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności i sprężystości. Chrom zmniejsza natomiast nieznacznie wydłużenie i przewężenie, a w większym stopniu udarność stali. Dzięki przeciwdziałaniu rozrostowi ziarn chrom znacznie zmniejsza wrażliwość stali na przegrzanie.

Stale chromowe odznaczają się dużą odpornością na ścieranie. Przy większych zawartościach chrom zapewnia odporność stali na rdzewienie.

Nikiel (Ni):

Nikiel zwiększa twardość i wytrzymałość stali oraz wpływa dodatnio na ciągliwość i udarność, zwłaszcza przy niskich temperaturach.

Nikiel opóźnia rozrost ziarn, zwiększa hartowność stali. Nikiel znalazł zastosowanie przy wyrobie stali kwasoodpornych i żaroodpornych.

Wolfram (W):

Wolfram zwiększa wytrzymałość stali na rozciąganie i pełzanie, nieznacznie zwiększa hartowność stali oraz jej twardość. Węgliki wolframu są bardzo twarde, dzięki czemu stale wolframowe odznaczają się dużą odpornością na ścieranie. Wolfram nadaje stali budowę drobnoziarnistą i znacznie zwiększa zdolność skrawania. Wolfram wpływa ujemnie na spawalność stali.

Wanad (V):

Wanad wpływa na własności stali tak jak wolfram lecz w stopniu znacznie silniejszym.

Molibden (Mo):

Molibden zwiększa znacznie hartowność stali oraz zwiększa wytrzymałość stali przy podwyższonych temperaturach i zmniejsza kruchość odpuszczania. Molibden jest dodatkiem, który najsilniej zwiększa wytrzymałość stali na pełzanie.

Kobalt (Co):

Polepsza zdolność skrawania i trwałość ostrza przy wyższych temperaturach.

Zwiększa nasycenie magnetyczne żelaza.

Tytan (Ti):

Tytan ze względu na jego wybitną skłonność do tworzenia węglików stosuje się w stalach kwasoodpornych, gdzie przeciwdziała korozji międzykrystalicznej.

Tantal (Ta) i Niob (Nb):

Oba te pierwiastki działają podobnie jak tytan. Niob poza tym zwiększa wytrzymałość stali na pełzanie.

Aluminium (Al):

Dodawane w mniejszych ilościach hamuje rozrost ziarn austenitu. W większych ilościach stosuje się go w stalach do azotowania i w stopach oporowych. Aluminium wpływa również na żaroodporność stali.

Ołów (Pb):

Ołów dzięki zwiększeniu łamliwości wióra stosuje się w stalach automatowych w ilości 0,2% - 0,5%.

Miedź (Cu):

Miedź dostaje się do stali ze złomu i znajduje się w każdej prawie stali w ilości 0,1% - 0,2%. Miedź zwiększa odporność stali na korozję. W stalach z dodatkiem chromu i niklu miedź podwyższa wytrzymałość na rozciąganie i granice plastyczności. Cu sprzyja pękaniu stali przy przeróbce plastycznej na gorąco i z tego powodu jest składnikiem niepożądanym.

Siarka (S):

Siarka dostaje się do stali ze złomu i surówki. Na własność stali działa szkodliwie. Siarka występuje w stali w postaci siarczkowych wtrąceń niemetalicznych i przy większej zawartości powoduje kruchość stali podczas obróbki na gorąco. Zawartość w stali siarki w granicach 0,02% - 0,035% polepsza skrawalność stali.

Fosfor (P):

Fosfor dostaje się do stali ze złomu i surówki i działa szkodliwie na plastyczność stali przy obróbce na zimno.

Gatunek: 25 Stal węglowa konstrukcyjna do ulepszania. Skład chemiczny, %: C - 0,22 - 0,30 Mn - 0,50 - 0,80 Si - 0,17 - 0,37 P - max. 0,04 S - max. 0,04 Cr - max. 0,25 Ni - max. 0,25 Cu - max. 0,25 Przykłady zastosowania: Niezbyt obciążone części maszyn, wały transmisyjne, wały wykorbione, korbowody, sworznie, piasty, łączniki, wsporniki rowerów itp.

Gatunek: 45 Stal węglowa konstrukcyjna do ulepszania. Skład chemiczny, %: C - 0,42 - 0,50 Mn - 0,50 - 0,80 Si - 0,17 - 0,37 P - max. 0,04 S - max. 0,04 Cr - max. 0,25 Ni - max. 0,25 Cu - max. 0,25 Przykłady zastosowania: Średnio obciążone części maszyn i odporniejsze na ścieranie np.: większe koła zębate, czopy, wrzeciona tokarek i wiertarek, wały mimośrodowe i korbowe pomp, pras, tłoczni, silników spalinowych, wały turbin, prądnic, osie, łopaty, trzony, noże i widelce, młotki itp.

---