STAL NIESTOPOWA, STALIWO I ŻELIWO Zakres tematyczny 1 KLASYFIKACJA I SYSTEMY OZNACZANIA STALI 2 1
Klasyfikacja stopów żelaza Podział czynników determinujących mikrostrukturę iwłaściwości użytkowe stopów żelaza: I - procesy metalurgiczne - sposób wytapiania, - sposób (stopień) odtlenienia, - sposób i stopień odsiarczenia, II - procesy technologiczne przetwarzania - przeróbka plastyczna (postać stali), - obróbka cieplna (stan stali), III - czystość i skład chemiczny -jakość, - dodatki stopowe. 3 Klasyfikacja stopów żelaza Występujące w technicznych stopach żelaza pierwiastki (inne niż Fe i C) można podzielić na: - zanieczyszczenia (P,S,O,H,N), - domieszki (Mn, Si oraz min. zawartości Cr, Ni, Cu), - dodatki stopowe (powyżej pewnej zawartości minimalnej określonej w normie). 4 2
Techniczne stopy żelaza SURÓWKA -stopżelaza z węglem i innymi pierwiastkami (głównie Si i Mn) zawierający powyżej 2% C, otrzymywany w stanie ciekłym w wyniku redukcji rudy żelaza w wielkim piecu (lub piecu niskoszybowym), przeznaczony do dalszej przeróbki na stal, staliwo i żeliwo; ŻELIWO - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami o składzie chemicznym zapewniającym krzepnięcie z przemianą eutektyczną i przeznaczony na odlewy; STALIWO - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami zawierający do około 2% C, otrzymywany w procesach stalowniczych w stanie ciekłym (przez wtórne przetopienie surówki, złomu i innych dodatków) i przeznaczony na odlewy; STAL - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami zawierający do około 2% C otrzymywany w procesach stalowniczych i przeznaczony na półwyroby oraz wyroby przerabiane plastycznie, ŻELAZOSTOPY - stopy metali lub niemetali z żelazem służące do wprowadzania dodatków stopowych do stali, staliwa lub żeliwa oraz jako odtleniacz, modyfikator itp. w procesach metalurgicznych 5 I. wg metody wytapiania: - martenowskie (wycofywane ze względu na energochłonność) - konwertorowe - tlenowe (obecnie stosowane) - powietrzne (metoda Bessemera lub Thomassa) - elektryczne - łukowe - indukcyjne - próżniowe - elektrożużlowe 6 3
II. wg sposobu i stopnia odtlenienia: - nieuspokojone (odtlenione Fe-Mn) - półuspokojone (częściowo odtlenione Fe-Si) - uspokojone (odtlenione Fe-Si) - specjalnie odtlenione (odtlenione Al) III. wg postaci: - lana (staliwo) -kuta - walcowana na gorąco - walcowana na zimno -ciągniona na zimno 7 IV. wg stanu kwalifikacyjnego obróbki cieplnej: - surowa (po przeróbce plastycznej na gorąco lub na zimno) -wyżarzona rekrystalizująco - wyżarzona odprężająco -wyżarzona ujednorodniająco -wyżarzona zmiękczająco -wyżarzona normalizująco - hartowana - odpuszczana - ulepszona cieplnie - przesycona - starzona - utwardzona wydzieleniowo 8 4
V. wg składu chemicznego: - węglowe (niestopowe) nisko-, średnio-, wysokowęglowe - stopowe nisko-, średnio-, wysokostopowe VI. wg jakości: - podstawowe - jakościowe - specjalne 9 VII. wg mikrostruktury w stanie użytkowym: - ferrytyczne - perlityczne - austenityczne - martenzytyczne - bainityczne - ledeburytyczne - o mieszanej mikrostrukturze VIII. wg kontroli składu chemicznego iwłaściwości: - bez lub o określonym składzie chemicznym - bez lub o określonych właściwościach mechanicznych -o określonym składzie chemicznym i właściwościach 10 5
IX. wg właściwości technologicznych: - podatności na obróbkę plastyczną -głębokotłoczne - plastyczne -twarde - spawalności - spawalne - trudno spawalne - nie spawalne - skrawalności - łatwo skrawalne - trudno skrawalne - nie obrabialne 11 X. wg możliwości stosowania obróbki cieplnej: - do nawęglania - do ulepszania cieplnego - do hartowania - do hartowania powierzchniowego - do azotowania - do przesycania 12 6
XI. wg przeznaczenie: - stale konstrukcyjne, - stale narzędziowe, - stale o szczególnych właściwościach fizycznych i chemicznych (specjalne). 13 Klasyfikacja i systemy oznaczania stali wg PN-EN Wg składu chemicznego: - stale niestopowe (węglowe), - stale stopowe. Klasy jakości stali niestopowych: stale niestopowe podstawowe, stale niestopowe jakościowe, stale niestopowe specjalne. Klasy jakości stali stopowych: stale stopowe jakościowe, stale stopowe specjalne. 14 7
Klasyfikacja i systemy oznaczania stali wg PN-EN stopowej wg składu chemicznego: l) stale odporne na korozję ozawartości węgla < 1,20% i chromu > 10,50%, które pod względem zawartości niklu dzieli się na zawierające: a) poniżej 2,50% Ni, b) nie mniej niż 2,50% Ni; 2) stale szybkotnące zawierające (wraz z innymi składnikami lub bez nich): - co najmniej dwa z trzech następujących pierwiastków: Mo, W lub V łącznie nie mniej niż 7% wagowych, - 0,60% lub więcej węgla, - 3 6% wagowych chromu; 3) inne stale stopowe specjalne. 15 Klasyfikacja i systemy oznaczania stali wg PN-EN Zasady ustalania głównych znaków stali W klasyfikacji oznaczeń gatunków stali przy użyciu systemu literowego i cyfrowego wyróżnia się dwie główne grupy znaków: - zawierające symbole wskazujące na zastosowanie oraz właściwości mechaniczne lub fizyczne stali; - zawierające symbole wskazujące na skład chemiczny stali. Oznaczanie stali wg zastosowania i właściwości Przykład symboli głównych: S stale konstrukcyjne, P stale pracujące pod ciśnieniem, L stale na rury przewodowe, E stale maszynowe za którymi umieszcza się liczbę będącą minimalną granicą plastyczności w MPa dla najmniejszego zakresu grubości wyrobu. 16 8
Klasyfikacja i systemy oznaczania stali wg PN-EN Oznaczanie stali wg składu chemicznego - stale niestopowe (bez automatowych) o średniej zawartości manganu < 1% np. C45 - stale niestopowe o średniej zawartości manganu 1%, niestopowe stale automatowe t i stale stopowe (bez stali szybkotnących) o zawartości ś każdego pierwiastka stopowego < 5% - np. 100CrMnSi6-4 - stale stopowe (bez stali szybkotnących) zawierające przynajmniej jeden pierwiastek stopowy w ilości > 5% - np. X5CrNiMo17-12-2 - stale szybkotnące np. HS2-9-1-8 17 STAL NIESTOPOWA STALIWO ŻELIWO 18 9
Wpływ węgla na właściwości stali węglowych Stal niestopowa: - konstrukcyjna i maszynowa, - spawalna drobnoziarnista, - do ulepszania cieplnego, - na urządzenia ciśnieniowe, - sprężynowa, - do nawęglania, - automatowa, - narzędziowa. 19 STALIWO Podział: - niestopowe (konstrukcyjne i maszynowe), - stopowe (konstrukcyjne, maszynowe, na urządzenia ciśnieniowe, do pracy w obniżonej lub podwyższonej temperaturze, odporne na ścieranie, odporne na korozję, żaroodporne i żarowytrzymałe, narzędziowe). 20 10
ŻELIWO Klasyfikacja żeliwa Ze względu na skład chemiczny: - niestopowe - stopowe Ze względu na postać węgla: - szare węgiel w postaci wolnej - grafitu, - białe węgiel w postaci związanej - cementytu, - połowiczne (pstre). Mikrostruktura żeliwa niestopowego 21 Wpływ grafitu na właściwości żeliw - Zmniejszenie właściwości wytrzymałościowych - Działajakokarbwewnętrzny (nieciągłość osnowy metalicznej) - Zmniejsza skurcz odlewniczy - Polepsza skrawalność, -Zwiększa własności ślizgowe, - Sprzyja tłumieniu drgań - Powoduje zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej 22 11
Krzepnięcie żeliwa - wykresy Maurera i Greinera-Klingesteina Żeliwo szare: - zwykłe, - sferoidalne, - ciągliwe. 23 Literatura źródłowa: 1. Rudnik S.: Metaloznawstwo. PWN, Warszawa 1998 2. Prowans S.: Struktura stopów. PWN, Warszawa 2000 3. Przybyłowicz K.: Podstawy teoretyczne metaloznawstwa. WNT, Warszawa 1999 4. Dobrzański L. A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WNT, Warszawa 1999 5. Dobrzański L. A.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, Warszawa 2006 Literatura uzupełniająca: Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa 1999 Ashby M. F., Jones R. H.: Materiały inżynierskie cz. I i II. WNT, Warszawa 1995 Błaż L.: Dynamiczne procesy strukturalne w metalach i stopach. Wyd. AGH, Kraków 1998 24 12