Cel ćwiczenia:

              Zapoznanie się z charakterystykami mikrostruktur występujących w stopach żelaza po różnych zabiegach cieplnych.

Wiadomości podstawowe:

Stale stopowe

Są to stale zawierające oprócz węgla inne pierwiastki stopowe. Zmieniając zawartość poszczególnych pierwiastków stopowych możemy zmieniać właściwości stali. Stale stopowe można klasyfikować wg różnych kryteriów: zastosowania, struktury, zawartości pierwiastków stopowych.

Pierwiastki występujące w stali możemy podzielić na trzy grupy:

a)       domieszki konieczne ze względów metalurgicznych są to: mangan, krzem, a niekiedy aluminium.

b)       Domieszki których usuwanie poniżej pewnych granic jest niemożliwe lub nie opłacalne są to: fosfor, siarka, arsen.

c)       Domieszki wprowadzone celowo w celu podniesienia właściwości stali są to: mangan, krzem, chrom, nikiel, wolfram, molibden, wanad.

              Wpływ pierwiastków stopowych na przemiany alotropowe żelaza.

Wever podzielił pierwiastki stopowe występujące w stalach stopowych na dwie grupy:

1 grupa pierwiastki zwiększające zakres trwałości austenitu są to Mn, Ni, Pt, Cu, Zn.

2 grupa pierwiastki zmniejszające zakres trwałości austenitu są to Si, Al, Cr, W.

Podział pierwiastków pomiędzy fazy występujące w stalach.   

a)      W roztworach stałych to znaczy w ferrycie lub austenicie

b)     Cementycie lub węglikoazotki

c)      Związki międzymetaliczne z żelazem lub między sobą

d)     Związki  niemetaliczne

e)      W nielicznych przypadkach mogą występować w stanie wolnym, kiedy nie rozpuszczają się w ogóle w osnowie, lub ich rozpuszczalność jest bardzo mała, a jednocześnie nie reagują ze składnikiem stopu

Wpływ pierwiastków stopowych na własności ferrytu.

Pierwiastki stopowe tworzące z żelazem a roztwory stałe substytucyjne. Natomiast C i N, rozpuszczają się w bardzo małych ilościach, tworzą roztwory stałe międzywęzłowe. Pierwiastki substytucyjne zwiększają parametr sieci żelaza a. Wpływają one na utwardzenie ferrytu. Najsilniej utwardzają ferryt: fosfor, krzem i mangan. Oprócz niklu i chromu pozostałe pierwiastki przy zawartości powyżej 1% obniżają udarność. Natomiast dodatek do około 5% Ni oraz do około 2% Cr podwyższają udarność i wytrzymałość ferrytu.

Wpływ pierwiastków stopowych na obróbkę cieplną.

Stale stopowe mają małe przewodnictwo cieplne, dlatego nagrzewanie należy prowadzić powoli lub stosować nagrzewanie stopniowe. Szybkie nagrzewanie i chłodzenie stali stopowych powoduje powstawanie naprężeń, a czasami nawet wewnętrznych pęknięć. Pierwiastki takie jak nikiel i mangan obniżają temperaturę austenityzowania stali. Pozostałe pierwiastki stopowe podwyższają temperaturę austenityzowania stali. Czas austenityzowania stali stopowych jest 2 do 2,5 razy większy.

Stale konstrukcyjne stopowe.

Stale konstrukcyjne stopowe są stosowane do wyrobu części maszyn i pojazdów, oraz na wszelkiego rodzaju konstrukcje. Ich własności powinny być dostosowane do warunków pracy. Znaczna część stali konstrukcyjnych to stale średniowęglowe, o zawartości min. 0,25% C, przeznaczone do ulepszenia cieplnego. Wymaga się od nich możliwie dużej wytrzymałości przy dobrej plastyczności. Pierwiastki stopowe wprowadza się do tych stali głownie w celu zwiększenia hartowności (Cr, Mn, Ni , Si).

Stale łożyskowe musi cechować twardość i odporność na ścieranie, zawierają więcej węgla i chromu, oraz są odpuszczane w niskich temperaturach.

Stale resorowe powinny mieć wysoką granicę sprężystości.

Oznaczenie stali stopowych.

Oznaczenie stali stopowych konstrukcyjnych przyjęte przez Polskie Normy jest oparte na systemie cyfrowo – liczbowym.

Dwie cyfry na początku oznaczają zawartość węgla w stali w setnych częściach procenta, a litery oznaczają pierwiastek stopowy. Jeżeli zawartość danego pierwiastka stopowego jest większa niż 1% to po literze podaje się cyfrę oznaczającą jego zawartość w procentach.

Oznaczenie stali narzędziowych stopowych stosowane według Polskich Norm składa się z trzech członów:

-          pierwszy człon mówi nam w jakich warunkach może pracować dana stal.

-          drugi człon stanową litery lub litera oznaczające charakterystyczne dla danej stali składniki stopowe.

-          Trzecim członem jest liczba znajdująca się na końcu lub w środku znaku stali wskazuje ona na różnicę w zawartości  danych składników w stosunku do stali oznaczonej taką samą kombinacją liter.

Klasyfikacja stali stopowych ze względu na jej zastosowanie.

Stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego, stale sprężynowe, stale do utwardzania powierzchniowego, stale na łożyska toczne, stale automatowe.

Stale narzędziowe do pracy na zimno i do przacy na gorąco, stale szybko tnące. powinny cechować się duża twardością, większą od obrabianego materiału. Zawierają większe ilości węgla i pierwiastków stopowych. Ich obróbka cieplna polega na hartowaniu i odpuszczaniu. Stale do pracy na zimno oznacza się na początku literą N. O strukturze stali do pracy na zimno decydują węgiel i chrom. Głównie stosuje się stale martenzytyczne.

Stale o szczególnych własnościach fizycznych i chemicznych, stale odporne na korozję, stale żaroodporne i żarowytrzymałe.

              Temat do opracowania

Stale nisko stopowe o podwyższonej wytrzymałości.

W ostatnich kilkudziesięciu  latach zanotowano ogromny rozwój stali niskostopowych o podwyższonej wytrzymałości. Pierwowzorem tych stali była stal 18G2 (o składzie 0,18%C , 1¸1,5%Mn). Stale te były skłonne do kruchego pękania i dopiero wprowadzenie do nich mikrododatków (takich jak: wanad, tytan, niob oraz niekiedy azot) pozwoliło na zachowanie rozrostu ziarna. Wprowadzenie mikrododatków wpłynęło również na zwiększenie Re i Rm oraz przesunięcie temperatury przejściowej kruchości do niższych warstw.

              Dalszą poprawę osiąga się przez zmniejszenie zawartości siarki i fosforu. Stal taka praktycznie nie zawiera perlitu i po spawanie nie ulega zmianie twardości w strefie wpływu ciepła. Na podkreślenie zasługuje fakt iż wysokie własności wytrzymałościowe i plastyczne stale tej grupy uzyskują bez stosowania ulepszania cieplnego, a jedynie po normalizowaniu i kontrolowanym walcowaniu. Niewielkie dodatki miedzi (0,25¸0,5) zwiększa odporność tych stali na korozję atmosferyczną.    

1