Materiały lotnicze WBMiL 1 MDLiK (PRz 2012/2013) dr inż. Maciej Motyka (26/04/13) 1 Stal niestopowa, staliwo i żeliwo konspekt Podział czynników determinujących mikrostrukturę i właściwości 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. 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). Techniczne stopy żelaza: SURÓWKA stop żelaza 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.
Materiały lotnicze WBMiL 1 MDLiK (PRz 2012/2013) dr inż. Maciej Motyka (26/04/13) 2 Klasyfikacja stopów żelaza I. wg metody wytapiania: martenowskie (wycofywane ze względu na energochłonność) konwertorowe tlenowe (obecnie stosowane) powietrzne (metoda Bessemera lub Thomassa) elektryczne łukowe indukcyjne próżniowe elektrożużlowe 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 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 V. wg składu chemicznego: węglowe (niestopowe) nisko, średnio, wysokowęglowe stopowe nisko, średnio, wysokostopowe
Materiały lotnicze WBMiL 1 MDLiK (PRz 2012/2013) dr inż. Maciej Motyka (26/04/13) 3 VI. wg jakości: podstawowe jakościowe specjalne VII. wg mikrostruktury w stanie użytkowym: ferrytyczne perlityczne austenityczne martenzytyczne bainityczne ledeburytyczne o mieszanej mikrostrukturze VIII. wg kontroli składu chemicznego i właściwości: bez lub o określonym składzie chemicznym bez lub o określonych właściwościach mechanicznych o określonym składzie chemicznym i właściwościach IX. wg właściwości technologicznych: podatności na obróbkę plastyczną głębokotłoczne plastyczne twarde spawalności spawalne trudno spawalne nie spawalne skrawalności łatwo skrawalne trudno skrawalne nie obrabialne X. wg możliwości stosowania obróbki cieplnej: do nawęglania do ulepszania cieplnego do hartowania do hartowania powierzchniowego do azotowania do przesycania XI. wg przeznaczenie: stale konstrukcyjne, stale narzędziowe, stale o szczególnych właściwościach fizycznych i chemicznych (specjalne).
Materiały lotnicze WBMiL 1 MDLiK (PRz 2012/2013) dr inż. Maciej Motyka (26/04/13) 4 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. Klasyfikacja stali stopowej wg składu chemicznego: l) stale odporne na korozję o zawartości 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. 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.
Materiały lotnicze WBMiL 1 MDLiK (PRz 2012/2013) dr inż. Maciej Motyka (26/04/13) 5 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 i stale stopowe (bez stali szybkotnących) o zawartości każdego pierwiastka stopowego < 5% np. 100CrMnSi6 4; stale stopowe (bez stali szybkotnących) zawierające przynajmniej jeden pierwiastek stopowy w ilości > 5% np. X5CrNiMo17 12 2; stal szybkotnące np. HS2 9 1 8. Stal niestopowa Wpływ węgla na właściwości mechaniczne stali węglowych. Charakterystyka podstawowych grup stali niestopowej (konstrukcyjna i maszynowa, do ulepszania cieplnego, sprężynowa, automatowa, narzędziowa). Staliwo Podział: Żeliwo 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). 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: postać grafitu, rodzaj osnowy.
Materiały lotnicze WBMiL 1 MDLiK (PRz 2012/2013) dr inż. Maciej Motyka (26/04/13) 6 Wpływ grafitu na właściwości żeliw: zmniejszenie właściwości wytrzymałościowych; działa jako karb wewnętrzny (nieciągłość osnowy metalicznej) zmniejsza skurcz odlewniczy; polepsza skrawalność; zwiększa własności ślizgowe; sprzyja tłumieniu drgań; powoduje zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej. Wpływ zawartości C i Si oraz szybkości chłodzenia na krystalizację żeliwa. Charakterystyka żeliwa szarego zwykłego, sferoidalnego i ciągliwego. Zalecana literatura: 1. Rudnik S.: Metaloznawstwo. PWN, Warszawa 1998 2. Dobrzański L. A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WNT, Warszawa 1999 3. Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa 1999 4. Prowans S.: Struktura stopów. PWN, Warszawa 2000 5. Przybyłowicz K.: Podstawy teoretyczne metaloznawstwa. WNT, Warszawa 1999