4. Charakterystyka stali niestopowych. I. Stale niestopowe konstrukcyjne, maszynowe i na urzdzenia cinieniowe. Stal jest łatwospawalna gdy:

Transkrypt

1 4. Charakterystyka stali niestopowych I. Stale niestopowe konstrukcyjne, maszynowe i na urzdzenia cinieniowe 1. Stale niestopowe konstrukcyjne i maszynowe (PN-EN 1025:2002U) Wymagania: Łatwa spawalno Stal jest łatwospawalna gdy: CEV 0,45 przy g 20 mm CEV %C + %Mn 6 + %Cr + %Mo + %V 5 + %Ni + %Cu 15 W stalach niestopowych: max %C 0,25. Maksymalna twardo w strefie wpływu ciepła (SWC): HV max = 1200 C E Temperatura, C S 0 - strefa stopienia 1 - strefa wtopienia 2 - strefa przegrzania SWC 0,2 0,77 %C 3 - strefa normalizowania 4 - strefa czciowego przekrystalizowania 5 - strefa materiału rodzimego

2 Niska cena Okrelone minimalne własnoci wytrzymałociowe (R m, R e ), plastyczno (A) i udarno w temperaturach do -20 C. Wymagania dotyczce spawalnoci i udarnoci nie dotycz stali maszynowych. S to stale: - niskowglowe, jakociowe, - generalnie niepoddawane obróbce cieplnej, - dostarczane w postaci półproduktów długich i płaskich (blachy cienkie i grube, kształtowniki, tamy) w stanie po obróbce plastycznej na gorco, cz z nich - w stanie normalizowanym. Mikrostruktura: ferrytyczno- perlityczna Zastosowanie: stale konstrukcyjne: mało odpowiedzialne konstrukcje w budownictwie przemysłowym i ogólnym, stale maszynowe: mało odpowiedzialne elementy maszyn. Stale konstrukcyjne: Przykłady: S235J0, S355K2 (S355K2N) J0 - wymagana udarno (praca łamania, w J) w temperaturze 0 C. K2 - wymagana udarno (praca łamania, w J) w temperaturze -20 C. N - stan po wyarzaniu normalizujcym lub po walcowaniu normalizujcym Stale maszynowe: Przykłady: E295, E360 13

3 2. Stale niestopowe spawalne drobnoziarniste (PN-EN :1997, PN-EN :1998, PN-EN :1998) Wymagania: Łatwa spawalno Niska cena Okrelone minimalne własnoci wytrzymałociowe (R m, R e ), i plastyczne (A) oraz udarno w temperaturach do -50 C. Maksymalna warto równowanika wgla C E (CEV) 0,34 (do 0,43 w zalenoci od gatunku stali) R m A Wpływ wielkoci ziaren na własnoci mechaniczne stali R e d -1/2 S to stale: - niskowglowe, jakociowe, - dostarczane w postaci półproduktów długich i płaskich (blachy cienkie i grube, kształtowniki, tamy) w stanie wyarzonym normalizujco lub po regulowanym walcowaniu (termomechanicznym). Mikrostruktura: drobnoziarnista ferrytyczno- perlityczna. Zastosowanie: Elementy silnie obcionych konstrukcji (mosty, zbiorniki, luzy) pracujcych w temperaturach obnionych. Przykłady: S275N S355ML N - po wyarzaniu normalizujcym, M - po regulowanym walcowaniu, L - wymagana warto pracy łamania w temperaturze -50 C. 14

4 Regulowane walcowanie Regulowane walcowanie jest procesem cieplno-plastycznym majcym na celu takie przygotowanie mikrostruktury austenitu aby tworzcy si podczas chłodzenia ferryt miał moliwie najmniejsze ziarno, zapewniajce stali optymaln granic plastyczno- ci, cigliwo i udarno. W regulowanym walcowaniu cisłej kontroli i sterowaniu podlegaj: temperatura wlewka, temperatury pocztku i koca walcowania, wielko gniotów i odstpów czasowych midzy nimi. Odpowiednie przygotowanie mikrostruktury austenitu moe by realizowane nastpujco: moliwie najwiksze obnienie temperatury grzania do walcowania aby uzyska drobne ziarno austenitu przed rozpoczciem walcowania, sterowanie procesem walcowania wstpnego (powyej 900 C) tak, aby uzyska drobne ziarno dziki wielokrotnej rekrystalizacji, przeprowadzenie walcowania kocowego w temperaturze poniej temperatury rekrystalizacji aby zwikszy liczb miejsc zarodkowania ferrytu (zarodki ferrytu powstaj na granicach odkształconych ziaren austenitu oraz wewntrz ziaren - w pasmach cinania). Regulowane walcowanie konwencjonalne (RWK) Drobne ziarno ferrytu uzyskuje si z drobnoziarnistego i odkształconego austenitu. rekrystalizujce (RWR Drobne ziarno ferrytu uzyskuje si ze zrekrystalizowanego drobnoziarnistego austenitu. 15

5 T, C 950 koniec rekrystalizacji pocztek rekrystalizacji A r czas, sek Struktura γ przed przemian Struktura po czciowej przemianie γ wysoka WK rekrystalizacja γ ziarna osnowa γ Temperatura walcowania kocowego pasma cinania niska RWK regulowane chłodzenie powikszenie zarodki w osnowie dodatkowe zarodki ferrytu powstajce wskutek regulowanego walcowania lub regulowanego chłodzenia 16

6 3. Stale do ulepszania cieplnego (specjalne wg PN-EN A1:1999, jakociowe wg PN-EN A1:1999) Wymagania: Wysokie R m, R e oraz cigliwo, niemoliwe do osignicia przez stale o strukturze ferrytyczno-perlitycznej Odpowiednia hartowno zapewniajca po obróbce cieplnej struktur sorbitu odpuszczania Odpowiednia skrawalno: wszystkie gatunki stali w stanie zmikczonym s skrawalne (granica obrabialnoci ~ 36HRC). W przypadku wymaganej zwikszonej skrawalnoci mona zamówi stale zawierajce dodatek Pb oraz stale o podwyszonej zawartoci siarki z wymaganym steniem siarki (R) lub z wymagan maks. zawartoci siarki (E). %C = 0,17-0,65 Dobierajc stal na okrelony element naley: dobra zawarto wgla, która decyduje o R m i R e (R p0,2 ), dobra kierujc si jej hartownoci. Pasmo hartownoci dla stali C45 S to stale: - maszynowe, jakociowe lub specjalne, uspokojone, - przeznaczone do ulepszania cieplnego ale mona je stosowa w stanie normalizowanym, - dostarczane w postaci blach, tam, prtów, walcówki w stanie: normalizowanym (+N), zmikczonym (+A), wyarzonym sferoidyzujco (+AC), ulepszonym cieplnie (+QT). Obróbka cieplna: ulepszanie cieplne: 17

7 hartowanie: w/o C + odpuszczanie C mikrostruktura: sorbit odpuszczania Własnoci w stanie ulepszonym cieplnie: R m = MPa A =20-13% R e = MPa KV = J Krucho odpuszczania I rodzaju: nieodwracalna, nie zaley od szybkoci chłodzenia z temperatury odpuszczania, Naley unika odpuszczania w zakresie temperatur C. Zastosowanie: elementy maszyn równie hartowane powierzchniowo. Przykłady: C22 C60 C60+H+A C22E C60E C22R C60R oraz w przypadku stali o zawartoci Mn 1% 28Mn6. 4. Stale niestopowe na urzdzenia cinieniowe (PN-EN A1:1999, PN-EN 10120:2001 PN-EN :1999, Stale te stosowane na urzdzenia cinieniowe przenoszce małe obcienia: zwykłe zbiorniki cinieniowe (S), spawane butle gazowe (B), urzdzenia cinieniowe pracujce w temperaturach podwyszonych (H), i obnionych (L). 18

8 S to stale niskowglowe (%C < 0,2), spawalne, jakociowe stosowane w stanie: normalizowanym (N) o strukturze ferrytyczno-perlitycznej, ulepszonym cieplnie (Q) o strukturze sorbitu odpuszczania. Przykłady: P275SL P285NB P355QH 5. Stale niestopowe do nawglania (PN-EN :2002U, PN-EN :2002U, PN-EN :2002U) Wymagania: Wysoka twardo powierzchni (58-62) HRC i odpowiednie do warunków eksploatacji własnoci wytrzymałociowe oraz znaczna cigliwo nienawglonego rdzenia. Dobra skrawalno. S to stale niestopowe specjalne niskowglowe, o małej hartownoci. max 0,2% C, Stan dostawy: po wyarzaniu normalizujcym. Obróbka cieplna: Hartowanie (bezporednio z temperatury nawglania lub dwukrotne)+ niskie odpuszczanie. Struktura warstw powierzchniowych: drobnolistwowy martenzyt z cementytem w postaci ziarnistej. Zastosowanie: Elementy maszyn o małych przekrojach ze wzgldu na mał hartowno. Przykłady: 16MnCr5 C15E C15R 0,16%C Mn Cr 4 %Mn wymagane max stenie siarki wymagany zakres stenia siarki 19

9 6. Stale automatowe (PN-EN 10087:2000) Stale niestopowe jakociowe, o podwyszonej zawartoci siarki lub (i) ołowiu zapewniajcych bardzo dobr skrawalno. Przykłady: Stale nieprzeznaczone do obróbki ciepnej Stale do nawglania Stale do ulepszania cieplnego 11SMnPb30 15SMn13 44SMnPb28 Zastosowanie: Elementy maszyn kształtowane przez obróbk skrawaniem na automatach i szybkobienych obrabiarkach. Drobne wtrcenia ołowiu i siarczków w stali automatowej 20

10 II. Stale niestopowe niskowglowe do obróbki plastycznej na zimno Stale te produkowane s w postaci wyrobów płaskich walcowanych na zimno lub gorco, przeznaczonych do obróbki plastycznej (kształtowania) na zimno. S spawalne i mog by powlekane. Głównym kryterium klasyfikacji jest ich podatno na odkształcenia plastyczne; minimalne A i maksymalna R m. 1. Stale niskowglowe do obróbki plastycznej na zimno (PN-EN 10111:2001) S to stale jakociowe: walcowane na gorco DD11 (0,12%C, A min = 28%) DD14 (0,08%C, A min = 36%) walcowane na zimno DC01 (0,12%C, A min = 32%) DC06 (0,02%C, A min = 40%) Stan dostawy: po walcowaniu wygładzajcym lub utwardzonym przez gniot na zimno. 2. Stale niestopowe do ocynkowania i powlekania innymi metalami stale niskowglowe do powlekania ogniowego cigłego: - do maszynowego zaginania na zakładk, - do tłoczenia, - do głbokiego tłoczenia, - do specjalnie głbokiego tłoczenia. DX51D + DX54D + Wymagania dotycz A min, R elmax, R m max. stale konstrukcyjne do ocynkowania ogniowego S220GD + S550GD + Wymagania dotycz A min, R elmax, R m max. stale niestopowe o podwyszonej granicy plastycznoci, powlekane elektrolitycznie i przeznaczone do obróbki plastycznej H180BD + ZE Wymagania dotycz A min, R elmax, R m max. 21

11 stale w postaci cienkich (g<0,5 mm) blach do cynowania elektrolitycznego - jednokrotnie walcowane, klasyfikowane na podstawie twardoci HR30Tm, np. T50, T65, - dwukrotnie walcowane, klasyfikowane na podstawie R p0,2 oraz HR30Tm, np. DR550, DR Stale niestopowe do powlekania powłokami niemetalicznymi S to te same gatunki stali co wymienione w punkcie II-2, wytwarzane w postaci blach opakunkowych przewidzianych do kontaktu z ywnoci oraz blach na opakowania techniczne. W zalenoci od wymaga dotyczcych wygldu, podatnoci na kształtowanie plastyczne ogólne zachowanie si podczas eksploatacji stosowane s róne materiały powłokowe: organiczne nanoszone w postaci ciekłej, proszkowej lub folii, emalie. III. Stale narzdziowe S to stale przeznaczone na narzdzia nienagrzewajce si w czasie pracy do temperatur powyej 150 C. Stan dostawy: zmikczony, dla stali C45U - surowy. Wymagania: twardo HRC i wysoka odporno na cieranie. Zawarto wgla: 0,42-1, 25%. Stale specjalne o małej hartownoci i małej skłonnoci do przegrzewnoci. Obróbka cieplna: Hartowanie ( ) C + odpuszczanie ( ) C/2h. Mikrostruktura po obróbce cieplnej: drobnolistwowy martenzyt odpuszczania. np. C70U ( stal przeznaczona na narzdzia). Zastosowanie: proste narzdzia do drewna, tworzyw sztucznych i papieru, młotki, przecinaki, czci maszyn rolniczych. 22

12 Stan dostawy: sferoidyt Stan po hartowaniu i niskim odpuszczaniu: martenzyt odpuszczania 23