Rodzaje stali, oznaczenia stali.

 

Stal -  przerobiony plastycznie i cieplnie, obrabialny stop żelaza z węglem o zawartości węgla do 2,11% i innymi pierwiastkami, które wpływają na właściwości stali.

 

Rozróżniamy stale:

-        stale stopowe, zawierające oprócz pierwiastków pochodzących z przerobu hutniczego pierwiastki wprowadzone umyślnie,

 

-        stale węglowe, zawierające tylko pierwiastki pochodzące z przerobu hutniczego (węgiel, krzem, fosfor).

 

 

 

Wpływ węgla na własności stali

Węgiel bardzo silnie wpływa na własności stali nawet przy nieznacznej zmianie jego zawartości i z tego względu jest bardzo ważnym składnikiem stali.

Zwiększenie zawartości węgla powoduje, zmianę struktury stali. Jeżeli stal zawiera mniej niż 0,8% C, to jej struktura składa się ferrytu i perlitu. Struktura stali zawierającej 0,8% C składa się tylko z perlitu, natomiast w stali o zawartości powyżej 0,8% C oprócz perlitu występuje również cementyt wtórny.                       
Zmiana struktury stali spowodowana różną zawartością węgla wiąże się ściśle ze zmianą własności mechanicznych.

 

 



Wpływ węgla na właściwości stali węglowej przedstawia poniższy wykres:

 

7.1. Wpływ węgla na własności mechaniczne stali, gdzie: HB – twardość, Rm – rozciągalność, A5 – wydłużenie materiału

 

Jak widać zwiększenie zawartości węgla zwiększa wytrzymałość na rozciąganie Rm i zmniej­sza plastyczność stali. Maksymalną wytrzymałość osiąga stal przy zawartości ok. 0,85% węgla. Przy większej zawartości węgla wytrzymałość zmniejsza się na skutek pojawiania się coraz większej ilości cementu wtórnego, który wydziela się na granicach ziaren.

Zwiększenie zawartości węgla, oprócz obniżenia własności plastycznych, pogarsza również własności technologiczne stali węglowej; szczególne znaczenie ma pogorszenie spawalności.

Wzrost zawartości węgla powoduje zwiększenie twardości stali, przy wyższych liczbach od około 0,8 do 1,3% zawartości węgla zwiększa się wytrzymałość i zmniejsza wydłużenie.

 

 

 
Stal węglowa

 

Podział stali węglowej:

-      stal konstrukcyjna zwykłej jakościoznacza się przez ST0, ST3, ST4.

Zawartość C do 0,25% np.:

ST3S – stal spawalna,

ST3X – stal nieuspokojona – nieodtleniona,

Stal nieuspokojona zawiera mniej Si i posiada lepsze właściwości plastyczne i  nadaje się do wytłaczania karoserii.

ST5, ST6, ST7, o sprecyzowanych granicach zawartości C w stali:

ST5 – 0,25 ¸ 0,38% C

ST6 – 0,4   ¸ 0,5  % C

ST7 – 0,5   ¸ 0,65% C

Stal ta stosowana jest na elementy walcowane lub kute: pręty, kształtowniki, blachy, taśmy.

 

 

 

-      stal konstrukcyjna wyższej jakości odznacza się wąską granicą zawartości C oraz niskim udziałem S i P.        S (siarka) i P (fosfor) nie mogą przekraczać 0,4 %, stosuje się je do obróbki cieplnej.
Zastosowanie: części maszyn i urządzeń.

Stal tą oznacza się 2 cyframi, które mówią o udziale C w stali (setnych częściach  %) np.

stal typu 08 ® 0,05 ¸ 0,11% C – 300 MPa (Rm)

stal typu 40 ® 0,37 ¸ 0,45% C – 580 MPa

stal typu 65 ® 0,62 ¸ 0,70% C – 710 MPa

 

  

Stal stopowa

 

Stalami stopowymi nazywamy te stale, które oprócz C zawierają inne składniki w celu :

1.   Zwiększenia hartowności,

2.   Zwiększenie wytrzymałości,

3.   Nadanie specjalnych właściwości fizycznych i chemicznych – żaroodporność, kwasoodporność.

 

Do najczęściej stosowanych pierwiastków stopowych należą: nikiel, chrom, mangan, wolfram, molibden, wanad, kobalt, tytan, krzem.

 

Nikiel ( Ni ) – zwiększa hartowność stali,

Chrom ( Cr ) – zwiększa twardość stali i hartowność – bardziej niż Ni. Główny składnik stali stopowych narzędziowych 12¸30% - zastosowanie: do budowy stali kwasoodpornych i żaroodpornych.

Mangan ( Mn ) – wzmacnia ferryt bardziej niż Ni, niewielka jego ilość powoduje znaczny wzrost wytrzymałości i udarności. Stosuje się je na „odpowiedzialne” konstrukcje (mosty, szyny kolejowe, osie samochodów).

Wolfram ( W ) -  nadaje stali drobnoziarnistą budowę, zwiększa hartowność, twardość i odporność na ścieranie, dodatek 8¸20% wolframu sprawia że stal jest odporna na odpuszczanie aż do 600°C. Tą doskonałą własność wykorzystuje się do produkcji noży tokarskich, wykonanych ze stali szybkotnących.

Molibden ( Mo )  - 7,5¸9% w stali stopowej.

Wanad ( V ) – przeciwdziała rozrostowi ziarn w wysokich temperaturach, zwiększa HB stanu w stalach szybkotnących.

Kobalt ( Co ) – 5¸10% w stalach szybkotnących wysokiej jakości.

Tytan ( Ti ) – zwiększa wytrzymałość stali i odporność na korozje.

Krzem ( Si ) – 0,5¸2,5% stosunek do stali resorowych, zmniejsza straty energetyczne w Fe, wywołane prądami wirowymi.

 

Pierwiastki stopowe mogą rozpuszczać się w Fe, tworząc fazy – związki miedzymetaliczne, zwłaszcza węgliki, azotki – mogą występować w postaci wolnej lub wtrąceń nie metalicznych.

 

 

 

 

 

Rodzaje stali stopowych:

 

-        stal konstrukcyjna

q       stal niskostopowa – o zwiększonej wytrzymałości       ( udział poszczególnych dodatków >2% ). Zastosowanie w budownictwie ( mosty, zapory, zbiorniki ciśnień).

q       stal sprężynowa – wysoka grupa sprężystości. Stal ta zawiera do 2% Si, do 1% Mn i 0,5% Ni.

Po obróbce cieplej ma parametry jak niżej:

wytrzymałość Rm » 780¸1200 MPa

sprężystość     Rm » 980¸1300 MPa

q       stal łożyskowa – duża twardość, odporność na ścieranie 0,95¸1,15% C.

q       stal do ulepszenia cieplnego – stosowana do maszyn i urządzeń przenoszących duże obciążenia, udział C około 0,4%, główne składniki: Mn, Cr, Si, Ni.

 

 

-        stal narzędziowa podstawowy skład: Cr do 5%, W do 10%, Mo do 3%.

q       Średnio węglowa – 0,4¸0,55%

q       Wysoko węglowa – 0,75¸2,1%

 

Stale stopowe narzędziowe dzielimy na:

q       Niskostopowe – udział C 0,5¸0,6%, do pracy na zimno,

główny składnik Ni ok. 2%,

q       Wysokostopowa – udział C 0,25¸0,45%, do pracy na gorąco,

główny składnik W,

q       Szybkotnąca – udział C 0,75¸1,15%, zastosowanie – narzędzia skrawające z dużą szybkością.

 

-        stal do pracy w wysokich temperaturach

q       Stal żaroodporna – odporna na utlenianie w wysokich temperaturach, Cr do 25%, aluminium do 1%, Si 2,5%. Pierwiastki te mają większe powinowactwo do tlenu ( O ) od Fe i tworzą tlenki, które przylegają do powierzchni, chronią ją przed dalszym utlenianiem.

q       Stal żarowytrzymała – zachowuje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Udział węgla w stalach wysoko stopowych nie przekracza 0,5%.

-        stal odporna na korozje

q       stal chromowa ( chromówka ) – zawiera do 18% Cr, udział C < 0,15% ( 0,08¸0,1% ) np. H13.

q       stal kwasoodporna – stale chromowo-niklowe zawartość przynajmniej 9% Ni i 18% Cr ( węglik 0,1% ).

-        stal odporna na ścieranie ( zazwyczaj manganowe ) np. stal Ladfielda – 11G12 – cechuje ją wyjątkowa HB, która jest wynikiem umocnienia materiału, które powstaje w wyniku nacisku na materiał.