Materiały metalowe. Wpływ składu chemicznego na struktur i własnoci stali. Wpływ składu chemicznego na struktur stali niestopowych i niskostopowych

Transkrypt

1 i własnoci stali

2 Prezentacja ta ma na celu zaprezentowanie oraz przyblienie wiadomoci o wpływie pierwiastków stopowych na struktur stali, przygotowaniu zgładów metalograficznych oraz obserwacji struktur stali na mikroskopie wietlnym.

3 Ogólna klasyfikacja stali Stal jest plastycznie i cieplnie obrabialnym stopem elaza z wglem, wraz z innymi pierwiastkami, wytwarzanym w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego gdzie zawartoci wgla nie przekracza 2%. Klasyfikacji stali mona dokona midzy innymi na podstawie kryteriów: skład chemiczny, jako, zastosowanie, sposób wytwarzania Sposób odtlenienia Rodzaj produktów Posta Stan kwalifikacyjny

4 Klasyfikacja stali wg składu chemicznego Zgodnie z norm PN-EN 10020:2003 wyrónia si nastpujce klasy stale niestopowe ( stenie pierwiastków stopowych jest mniejsze od wartoci granicznych) stale nierdzewne ( ponad 10,5% Cr i poniej 1,2% C) inne stale stopowe ( stenie co najmniej jednego pierwiastka jest >= od wartoci granicznej

5 Klasyfikacja stali ze wzgldu na sumaryczne stenie pierwiastków stale niskostopowe (stenie jednego pierwiastka < 2%, a suma pierwiastków <= 3,5%) stale redniostopowe (stenie jednego pierwiastka pomidzy 2%, a 8%, a suma pierwiastków <= 12%) stale wysokostopowe (stenie jednego pierwiastka > 8%, a suma pierwiastków < 55%)

6 Klasyfikacja stali ze wzgldu na jako Stale jakociowe Stale specjalne

7 Klasyfikacja stali ze wzgldu na podstawowe zastosowanie Stal konstrukcyjna Stal maszynowa Stal narzdziowa Stal o szczególnych własnociach

8 Klasyfikacja stali ze wzgldu na sposób wytwarzania Stal martenowska Stal elektryczna Stal konwertorowa Inne stale

9 Klasyfikacja stali ze wzgldu na rodzaj produktów Blachy Prty Druty Rury Odkuwki Inne

10 Klasyfikacja stali według stopnia odtlenienia stal nieuspokojona stal półuspokojona stale uspokojona

11 Struktura stali wglowych Struktura ferrytu (stenia wgla około 0,1%), Struktura ferrytyczno-perlityczna (stenie wgla do 0,7%), Struktura perlityczna (stenie wgla dokładnie 0,77%), Struktura perlitu i cementu (stenie wgla powyej 0,77%),

12 Wpływ wgla na własnoci stali wglowych Zwikszenie stenia wgla powoduje zwikszenie: twardoci, wytrzymałoci na rozciganie, granicy plastycznoci, współczynnika liniowej rozszerzalnoci cieplnej, Zwikszenie stenia wgla powoduje zmniejszenie: własnoci plastycznych, cigliwoci, przewodnoci cieplnej.

13 Rola pierwiastków stopowych w stalach Pierwiastki wprowadzane do stali celowo w iloci przekraczajcej minimalne stenie nazywa si dodatkami stopowymi. Dodatki stopowe wprowadza si do stali w celu: zwikszenia własnoci wytrzymałociowych, chemicznych lub fizycznych, otrzymania okrelonej struktury, ułatwienia obróbki cieplnej zwikszenia hartownoci Najpowszechniej stosowanymi pierwiastkami stopowymi s: mangan, krzem,nikiel, wolfram, molibden, wanad, tytan, aluminium, kobalt i chrom. Zawarto pierwiastka stopowego w stalach moe zawiera si w szerokich granicach od 0,01% do kilkudziesiciu procent. O zawartoci pierwiastka decyduje wpływ tego dodatku na odpowiednie własnoci stali.

14 Wpływ pierwiastków na niektóre własnoci stali Na zwikszenie twardoci wpływaj: Cr, Si, Mn p, Ni p, W, V, Co, Mo, Cu, P Na zmniejszenie twardoci wpływaj: Mn a, Ni a, Na zwikszenie wytrzymałoci wpływaj: Cr, Si, Mn p, Ni p, W, V, Co, Mo, Cu, P, Mn a, Ni a Na zwikszenie granicy plastycznoci wpływaj: Cr, Si, Mn p, Ni p, W, V, Co, Mo, Cu, P, Mn a, Ni a Na zmniejszenie granicy plastycznoci wpływaj: Mn a, Ni a a - w stalach austenitycznych; p w stalach perlitycznych.

15 Wpływ pierwiastków na niektóre własnoci stali Na zwikszenie wydłuenia wpływaj: Mn a, Ni a Na zmniejszenie wydłuenia wpływaj: Si, Cr, W, Co, Mo, S, P Na zwikszenie arowytrzymałoci wpływaj: Cr, Si, Mn p, Ni p, Ni a, W, V, Co, Mo, Cu Na zwikszenie przewenia wpływaj: Ni a Na zmniejszenie przewenia wpływaj: Cr, Al, W, Co, Mo, S, P a - w stalach austenitycznych; p w stalach perlitycznych.

16 Wpływ pierwiastków na niektóre własnoci stali Na zwikszenie sprystoci wpływaj: Si, Mn p, Cr, V Na zwikszenie udarnoci wpływaj: Ni a, V, Mo Na zmniejszenie udarnoci wpływaj: Si, Cr, Al, Co, S, P Na zwikszenie odpornoci na korozje wpływaj: Cr, Ni a, V, Cu Na zmniejszenie odpornoci na korozje wpływaj: S a - w stalach austenitycznych; p w stalach perlitycznych.

17 Wpływ pierwiastków na własnoci stali Na zwikszenie krytycznej szybkoci chłodzenia wpływa: Cu Na zmniejszenie krytycznej szybkoci chłodzenia wpływaj : Cr, Ni p, Mn a, Ni a, W, V, Mo, Si, Mn p Na zwikszenie wglikotwórczoi wpływaj: V, Mo, W, Cr Na zmniejszenie wglikotwórczoi wpływa: Si Na zwikszenie odpornoci na zuycie wpływaj: W, Co, V, Mo, Cr Na zmniejszenie odpornoci na zuycie wpływaj: Si, Mn p, Ni p a - w stalach austenitycznych; p w stalach perlitycznych.

18 Wpływ pierwiastków na własnoci stali Na zwikszenie podatnoci na obróbk plastyczn wpływaj: Mn p, V Na zmniejszenie podatnoci na obróbk plastyczn wpływaj: Mn a, Ni a, Cu, S, Al, W, Si, Cr, Ni p, Co, Mo, P Na zwikszenie skrawalnoci wpływaj: S, P Na zmniejszenie skrawalnoci wpływaj: Mn a, Ni a, W, Si, Mn p, Ni p, Mo a - w stalach austenitycznych; p w stalach perlitycznych.

19 Wpływ pierwiastków na własnoci magnetyczne stali Polepszaj własnoci magnetyczne: W, Co, Ni p, Al, Cr, Mo a - w stalach austenitycznych; p w stalach perlitycznych.

20 Wpływ pierwiastków stopowych na struktur roztworu stałego Pierwiastki austenitotwórcze: Co Mn Ni

21 Wpływ pierwiastków stopowych na struktur roztworu stałego Pierwiastki ferrytotwórcze: Al Si V Cr Mo W Ti

22 Wpływ pierwiastków stopowych na struktur roztworu stałego Pierwiastki sprzyjajce przemianie eutektoidalnej: C N Cu

23 Oznaczenie stali według norm europejskich Zgodnie z normami europejskimi obowizuj dwa systemy oznaczania stali: Znakowy (według PN-EN :1994); znak stali składa si z symboli literowych i cyfr, Cyfrowy (według PN-EN :1994); numer stali składa si tylko z cyfr.

24 Znak stali Znaki stali dziel si na dwie główne grupy: Znaki z symbolami wskazujcymi na zastosowanie oraz własnoci mechaniczne lub fizyczne stali (np. S235 stal konstrukcyjna z minimalna granic plastycznoci 235 Mpa) Znaki z symbolami wskazujcymi na skład chemiczny stali (np. C35 stal niestopowa o rednim steniu wgla w setnych czciach % i rednim steniu Mn < 1%)

25 Numer stali Numer stali zawiera 5 cyfr: 1.xxnn, gdzie: 1 oznacza stal xx dwie cyfry oznaczajce grup stali (np. stale odporne na korozje i aroodporne od 40 do 49) nn dwie cyfry wyróniajce konkretny gatunek w grupie

26 Badania metalograficzne na mikroskopie wietlnym Celem bada metalograficznych na mikroskopie wietlnym jest ujawnienie struktury stali oraz wad. Pozwalaj one na rozrónianie składników strukturalnych i okrelanie ich morfologii, iloci, wymiarów i rozmieszczenia. W ograniczonym zakresie moliwa jest take identyfikacja faz, badanie kinetyki przemian przy nagrzewaniu i chłodzeniu, badania przemian towarzyszcych dyfuzji, korozji, zmczeniu, pełzaniu, oraz innym zjawiskom i procesom. Badania te prowadzi si przy uyciu mikroskopu wietlnego w zakresie powiksze od 50 do 2000 x na odpowiednio przygotowanych próbkach.

27 Do bada wykorzystano nastpujce gatunki stali: 50HS, 100Cr6, C45, 42CrMo4, S235JRG2.

28 Rys.1. Struktura stali C45, hartowanej z 840 C, chłodzonej w wodzie i odpuszczanej w temp. 560 C: sorbit, pow x Rys.2. Struktura stali 42CrMo4, hartowanej z 840 C, chłodzonej w wodzie i odpuszczanej w temp. 560 C: sorbit, pow x Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali C45: C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,44 0,65 0,22 0,017 0,02 0,08 0,09 0,28 0,02 0,015 Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali 42CrMo4: C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,42 0,63 0,21 0,01 0,004 0,96 0,09 0,27 0,15 0,024

29 Rys.3. Struktura stali C45, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 680 C: ferryt i perlit, pow. 200 x Rys.4. Struktura stali 100Cr6, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 800 C: sferoidyt i perlit, pow. 200 x Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali C45 : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,44 0,65 0,22 0,017 0,02 0,08 0,09 0,28 0,02 0,015 Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali 100Cr6 : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,99 0,3 0,22 0,006 0,002 1,46 0,08 0,17 0,02 0,015

30 Rys.5. Struktura stali C45, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 680 C: ferryt i perlit, pow. 500 x Rys.6. Struktura stali 100Cr6, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 800 C: sferoidyt i perlit, pow. 500 x Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali C45 : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,44 0,65 0,22 0,017 0,02 0,08 0,09 0,28 0,02 0,015 Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali 100Cr6 : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,99 0,3 0,22 0,006 0,002 1,46 0,08 0,17 0,02 0,015

31 Rys.7. Struktura stali C45, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 680 C: ferryt i perlit, pow x Rys.8. Struktura stali 100Cr6, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 800 C: sferoidyt i perlit, pow x Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali C45 : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,44 0,65 0,22 0,017 0,02 0,08 0,09 0,28 0,02 0,015 Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali 100Cr6 : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,99 0,3 0,22 0,006 0,002 1,46 0,08 0,17 0,02 0,015

32 Rys.9. Struktura stali 50HS, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 680 C: perlit i ferryt, pow. 200 x Rys.10. Struktura stali 50HS, hartowanej z 800 C i chłodzonej w oleju: martenzyt, pow. 200 x Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali 50HS : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,51 0,54 1,06 0,009 0,005 1,04 0,08 0,2 0,03 0,023

33 Rys.11. Struktura stali 50HS, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 680 C: perlit i ferryt, pow. 500 x Rys.12. Struktura stali 50HS, hartowanej z 800 C i chłodzonej w oleju: martenzyt, pow. 500 x Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali 50HS : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,51 0,54 1,06 0,009 0,005 1,04 0,08 0,2 0,03 0,023

34 Rys.13. Struktura stali 50HS, wyarzanej zmikczajco w temperaturze 680 C: perlit i ferryt, pow x Rys.14. Struktura stali 50HS, hartowanej z 800 C i chłodzonej w oleju: martenzyt, pow x Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali 50HS : C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al 0,51 0,54 1,06 0,009 0,005 1,04 0,08 0,2 0,03 0,023

35 Rys.15. Struktura stali S235JRG2 : ferryt i perlit, pow. 200 x Rys.16. Struktura stali S235JRG2 : ferryt i perlit, pow. 500 x Skład chemiczny wytopu (stenie masowe pierwiastków %) dla stali S235JRG2 : C Mn Si P S Cr Ni Cu N 0,11 0,4 0,07 0,011 0,01 0,03 0,01 0,02 0,005