🔥 Stale Stopowe i Niestopowe

Stale Konstrukcyjne Stopowe

Stosowane w budownictwie, budowie maszyn i urządzeń pracujących w zakresie 25-300C w środowiskach o niewielkim działaniu korozyjnym dostateczne własności wytrzymałościowe przy dobrych własnościach plastycznych, aby elementy maszyn i urządzeń wykonanych z tych stali mogły przynieść obciążenia zarówno o charakterze statycznym jak i dynamicznym.

Własności stali konstrukcyjnych

Stopowych zależą od stężenia węgla i pierwiastków stopowych. Główne znaczenie Cr, Mn, Si, Ni, Mo i innych dodatków stopowych w stalach konstrukcyjnych polega na polepszaniu hartowności stanowiącej podstawowe kryterium doboru tych stali. Pierwiastki węglikotwórcze, takie jak: Cr, V, Mo, W, zwiększają także twardość i odporność na ścieranie, w wyniku tworzenia węglików wpływają na zmniejszenie wielkości ziaren, przeciwdziałają kruchości odpuszczania (Mo, W) oraz powodują polepszenie wielu innych własności technologicznych i użytkowych stali konstrukcyjnych.

Niskostopowe stale konstrukcyjne spawalne z mikro dodatkami

Zastosowanie: elementy konstrukcji przemysł, mostów, statków, do zbrojenia betonu, rury do rurociągów
Własności: większa wytrzymałość od węglowych, dobra spawalność, duża granica plastyczności, niska temp przejścia w stan kruchy
Ze względu na skład chem i strukturę można wyróżnić stale:
Zaw Mn i mikrododatki Al., V, Ti, Nb, N; struktura ferrytyczno-perlityczna
Zaw Mn i Mo z mikrododatkiem B; struktura bainityczna
Zaw Mn, Ni, Cr, Mo i mikrododatki V, Zr, B; struktura martenzytu wysokoodpuszczonego po ulepszaniu cieplnym

Obróbka cieplno – mechaniczna: przedmuchiwanie kąpieli stalowej sprężonym N i następnie walcowanie wstępne w wysokiej temp i wykańczające w niskiej; obróbka cieplna: stale bainityczne chłodzone w powietrzu bezpośrednio z temp końca walcowania, do ulepszania cieplnego: hartowanie z chłodzeniem w powietrzu i następnie wysokim odpuszczaniu – najwyższe własności.

Stale konstrukcyjne stopowe do ulepszania cieplnego

Własności

Materiał łączący dużą wytrzymałość z dużą plastycznością
Odporność na pękanie przy obciążeniach dynamicznych

Skład chem:
Zaw C: 0,25-0,5% (własn wytrzym)
Gł dodatek stopowy Cr (zwiększa hartowność, wytrzym, ciągliwość) stale Cr stos na obciążone wały 1-2%
Ni (intensywnie zwiększa hartowność, obniża temp przejścia w stan kruchy, poprawia ciągliwość) 1-4%
Mn zwiększa hartowność, max stęż 1,8%, stale Mn są najtańsze
Si sprzyja drobnoziarnistości, zwiększa granicę sprężystości, zastępuje częściowo Mn
Mo przeciwdziała kruchości odpuszczania i zwiększa hartowność (0,2%)
V,W zwięsza hartowność i opóźnia procesy zachodzące podczas odpuszczania (0,2 i 1%)

Obróbka cieplna:
Hartowanie: 830-900C / olej
Odpuszczanie: wysokie 500-650C
Struktura: martenzyt wysokoodpuszczony
Zastosowanie: koła zębate, wały, sworznie, śruby

Stale konstrukcyjne stopowe sprężynowe

Własności:
Bardzo dobre własności sprężyste (wysoka granica sprężystości)
Duża wartość stosunku Rsp do Re i Rm
Duża wytrzymałość na zmęczenie

Skład chem:
C: 0,5-0,7% (własn wytrzym i granica sprężystości)
Si: 0,3-1,7% (podstawowy pierw zwiększający Rsp, Re i Rm)
Mn: 0,5-1,1% (zwiększa hartowność)
Cr: w stalach Cr 0,5-1,1% (intensywnie zwiększa hartowność i odporność na odpuszczanie, hamuje relaksację naprężeń)
V: w stalach V 0,15 (drobnoziarnistość, zmniejsza skłonność do odwęglania)
Podział: Si, Mn, Si-Mn, Si-Mn-Cr, Cr-Mn, Cr-Si, Cr-V

Obróbka cieplna:
Austenityzowanie 800-870C
Hartowanie: 830-870C / olej lub woda
Odpuszczanie: średnie 380-520C / powietrze
Struktura: martenzyt odpuszczony
Zastosowanie: sprężyny i resory

Stale konstrukcyjne stopowe na elementy łożysk tocznych

Własności:
Bardzo duża twardość
Jednorodność struktury
Wysoki stopień czystości
Hartowność
Odporność na ścieranie
Duża wytrzymałość zmęczeniowa i statyczna
Odpowiednia ciągliwość

Skład chem:
C: 1% (twardość i odporność na ścieranie)
Cr: 1,5% (wymagana hartowność)
Si 0,3-0,6% i Mn 0,4-1,1% (zapewniają większą hartowność)
Wysoka czystość i jednorodna struktura- duża wytrzymałość zmęczeniowa

Obróbka cieplna:
Hartowanie: 830-840C / olej
Odpuszczanie: niskie 180C przez 1-2h
Twardość: powyżej 62 HRC
Struktura: martenzyt drobnolistwowy z równomiernie rozmieszcz drobnymi ziarnami cementytu stopowego
Zastosowanie: elementy łożysk tocznych

Stale konstrukcyjne stopowe do nawęglania
Własności

Dobra skrawalność
Odporność na przegrzanie
Mała skłonność do odkształceń podczas obróbki cieplnej
Hartowność
Wysoka wytrzymałość nawęglonej powierzchni i duża ciągliwość rdzenia

Skład chem:
C: do 0,25% ()
Cr: 1-2% oraz Mn 0,4-1,2, Ni (zwiększają hartowność, wytrzymałość, zmniejszają naprężenia hartownicze w warstwie nawęglonej, w wyższych stężeniach powodują spadek twardości powierzchni)
Mo: w Mo 0,25% (sprzyja drobnoziarnistości)
Podział: Cr, Cr-Mn, Cr-Mn-Mo, Cr-Ni-Mn, Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-W

Obróbka cieplna:
Hartowanie: z temperatury właściwej dla rdzenia (wyższa od AC3, 860-950C) i ponowne hartowanie z temp właściwej dla warstwy nawęglanej (wyższej od AC1, 790-860)
Odpuszczanie: niskie 160-180C przez 1-2h
Twardość: 60 HRC, Rm=700-1200MPa, Re=500-1080MPa
Struktura: martenzyt drobnolistwowy z węglikami w postaci ziarnistej w warstwie powierzchniowej
Zastosowanie:

Stale konstrukcyjne stopowe do azotowania

Własności:
Bardzo twarda i odporna na ścieranie warstwa wierzchnia
Rdzeń o dużej wytrzymałości przy możliwie dużej ciągliwości
Wytrzymałość i twardość większa od nawęglanych

Skład chem: (zbliżony do stali do ulepszania cieplnego)
C: 0,25-0,5%
Mn, Cr, Mo, V, Al., dodatek V lub Ti (pierw stopowe: wpływają na hartowność, odporność na kruchość odpuszczania, tworzą dyspersyjne i twarde azotki)

Obróbka cieplna:
Hartowanie: 880-960C / olej
Odpuszczanie: wysokie 570-700C
Szlifowanie wykańczające powierzchni do azotowania
Azotowanie w temp niższej od temp uprzedniego odpuszczania
Rm=850-1080MPa, Re=680-980MPa dla rdzenia
Struktura:
Zastosowanie: korbowody, tuleje, cylindry, wały rozrządowe

Stale Niestopowe

Stop Fe z C zawierający również inne pierwiastki chem w stężeniach mniejszych od wartości granicznych

Własności:
małe stęż C – 0,1% : struktura ferrytyczna
większe stęż C : struktura ferrytyczno-perlityczna, (0,4% C: równowaga ferrytu i perlitu)
stęż 0,77% : struktura czysto perlityczna
­ stęż C powoduje: wzrost udziału twardego i kruchego cementytu a spadek ilości miękkiego i plastycznego ferrytu, dlatego wzrasta twardość, wytrzym na rozciąganie, granica plast, spadek własności plast, ciągliwości (wydłużenia i przewężenia), udarności stęż C stal ma większy współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej i mniejszą przewodność cieplną – naprężenia cieplne, skłonność do pęknięć, pogorszenie podatności na obróbkę cieplną na zimno i gorąco.

Stale niestopowe konstrukcyjne

Ogólnego przeznaczenia: St0S, St3S, St4S, St5, St6, St7; na mało odpowiedzialne konstrukcje, nie podlegają obr cieplnej; zaw C- St0 do 4=0,2% reszta 0,26-0,6%; Rm=280-870 MPa, Re=165-365 MPa, A5=8-26% stale niestopowe do normalizowania, ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego- zaw C: 0,22-0,7%; Rm=550-1000 MPa, Re=355-580 MPa, A5=11-20% stale niestopowe do nawęglania: zaw C: 0,07-0,24, Rm=400-900 MPa, Re=200-340 MPa, A5=11-31% stale niestopowe o określonym przeznaczeniu: druty patentowe(D35), druty na sprężyny(DS55G), na łańcuchy techniczne i okrętowe (St1Z, St1E), kolejnictwo (P55G, St90PA), rury kotłowe(K10), do pracy w podwyższonej temp (St36K), automatowe(A10X).

Stale niestopowe narzędziowe

Duża twardość mała hartowność i skłonność do rozrostu ziarna austenitu płytko hartujące się stosowane są na narzędzia o grubości do 20mm

hartowanie: 770-800°C (woda)
odpuszczanie: niskie 180-260°C z wygrzaniem przez 2h
twardość: 55-63 HRC
stale płytko hartujące się – E : N7E 0,7% C; (N7 – N13)
stale głęboko hartujące się: N5 – N13
Zastosowanie: narzędzia tnące do drewna, papieru i tworzyw sztucznych, kosy, młotki, przecinaki.