metaliczne materialy konstrukcyjne w.dudzinski
Post on 08-Mar-2016
245 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 1/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 2/360
Literatura podstawowa
1. Haimann R., Metaloznawstwo. OW PWr., Wrocław 2000, 1980,
2. Dobrzański L.A., Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo,WNT Warszawa 20023. Przybyłowicz K. i J., Materiałoznawstwo w pytaniach i odpowiedziach,
WNT, Warszawa, 2000,
Literatura dodatkowa
1. Ashby M.F., Jones D.R.H., Mat eriały inżynierskie t. 1 i 2 . WNTWarszawa, 1996.,
2
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 3/360
1. Układ Fe-Fe3C. Fazy i struktury oraz ich własności2. Stale niestopowe. Wpływ domieszek na własności stali3. Podział stali. Zasady znakowania stali. Staliwa i ich klasyfikacja4. Układ żelazo grafit. Wpływ domieszek na własności żeliw
5. Modyfikowanie żeliw. Klasyfikacja i zasady znakowania żeliw6. Podstawy teoretyczne obróbki cieplnej. Przemiana perlit-austenit,austenit-perlit
7. Przemiana martenzytyczna. Wykres CTPi i CTPc . Technologia obróbkicieplnej stali
8. Hartowanie powierzchniowe. Obróbka cieplno-chemiczna. Nawęglanie.
Azotowanie.9. Stale stopowe.10. Spawalność stali.11. Stale narzędziowe.12. Stopy miedzi.13. Stopy lekkie
14. Stopy łożyskowe i materiały spiekane 3
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 4/360
4
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 5/360
Wybrane właściwości czystego żelazapierwiastek polimorficzny - dwie odmiany alotropowe ( oraz ), trzecia ( ) tylko przy ciśnieniach 12GPa,gęstość ρ = 7,87 Mg/m 3, moduł Younga E = 206 10 5 Mpa,pierwiastek pospolity w przyrodzie (5,2 % wag.) – związany w tlenki, węglany, wodorotlenki, siarczki,
- duży problem z otrzymywaniem czystego żelaza (zwykle minimum ok. 0,1 % wag. domieszek),- najwięcej węgla (używany do redukcji rud), azotu, groźnej siarki, fosforu, itd.,
5
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 6/360
Fazy układu stabilnego Fe-C lub układu metastabilnego Fe-Fe 3Cferryt : Fe (C) - roztwór stały węgla w żelazie o strukturzeA2 (podstawowy,międzywęzłowy, graniczny),austenit : Fe (C) - roztwór stały węgla w żelazie o strukturzeA1 (podstawowy,międzywęzłowy, graniczny),grafit (odmiana alotropowa węgla) - faza stabilna,
cementyt (Fe 3C) - metastabilny węglik żelaza (faza pośrednia, międzymetaliczna,międzywęzłowa złożona),Sieć krystaliczna ferrytu RPC (A2)
lk = 8ww = 0,68
a = 0,286 nm (w temp. pokojowej)a = 0,293 nm (w 1394 C)
6 luk oktaedrycznych /komórkęspłaszczone luki oktaedryczne
(0,633x0,633x0,155d)mała rozpuszczalność węgla
(tetragonalne zniekształcenie komórki)- zajęta co 1650 luka w 727 C
(0,0218 % wag. C)płaszczyzny poślizgu {110}- nie są najgęściej upakowane,- tylko kierunki najgęstszego ułożenia 1116
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 7/360
Sieć krystaliczna austenitu RSC (A1)lk = 12
ww = 0,74
4 luki oktaedryczne/komórkę (średnica luki 0,414d)
znaczna rozpuszczalność węglaśrednica luki = 0,106 nm (w 916 C)średnica jonu węgla = 0,154 nm
- zajęta co 11 luka w 1148 C ( 2,11 %wag.C)- zajęta co 28 luka w 727 C ( 0,77 %wag. C)
płaszczyzna poślizgu {111}(jest najgęściej upakowana z możliwych)
7
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 8/3608
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 9/3609
odległość między atomami w warstwie= 0,142 nmodległość między warstwami= 0,340 nm
● właściwości wytrzymałościowe grafitu są takmałe, że traktujemy jego wydzielenia jakonieciągłość osnowy metalowej stopu,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 10/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 11/36011
Wykres równowagi metastabilnej Fe – Fe 3C (opis fazowy)fazy stałe: fer ry t , aus ten i t , cementy t
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 12/36012
Wykres równowagi metastabilnej Fe – Fe 3C (opis strukturalny)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 13/360
różny przebieg krystalizacji austenitu powoduje, w warunkach technicznych, odmienną segregację domieszekoraz dodatków stopowych i wpływa pośrednio również na właściwości stopów w temperaturze pokojowej
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 14/36014
przemiana
alotropowa
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 15/36015
struktura stopu 0,77%C – perlit(stal przeznaczona zwykle na
narzędzia po dalszej obróbce cieplnej)● płytkowa mieszanina ferrytu icementytu (grubości płytek 7:1),
- dyspersja i właściwości zależąod szybkości chłodzenia,- w jednym ziarnie austenitupowstaje bardzo wiele różniezorientowanych w przestrzeni
kolonii perlitu,
ferryt perlit płytkowy
R m [MPa] 300 800
R e (R 0,2) [MPa] 150 500
A10 [%] 40 8 10
HB 90 200 260
3% nital (Mi1Fe), 2000x
3% nital (Mi1Fe), 1000x 3% nital (Mi1Fe), 250x
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 16/360
16
3% nital (Mi1Fe), 100x
3% nital (Mi1Fe), 250x
siatka Fe 3CII
struktura stopu 1,2%C – perlit + Fe 3C II(stal zaeutektoidalna, przeznaczona zwykle na narzędzia ale poodpowiedniej obróbce cieplnej stanu wyjściowego i końcowego)
● Fe 3CII wydziela się na granicach ziaren austenituoraz może utworzyć ciągłą i kruchą otoczkę (siatkę),
● siatka cementytu dyskwalifikuje każdy użytkowy wyrób,● usuwanie siatki cementytu wymaga długotrwałego
wyżarzania sferoidyzującego (wydzielenia kulkowe Fe3C),
perlit
3% nital (Mi1Fe), 1000x
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 17/360
17
struktura stopu 0,65%C – perlit + ferryt● strukturalnie wolny ferryt (na granicach ziaren byłegoaustenitu),
- podwyższa ciągliwość oraz zdolność do odkształceńplastycznych,- obniża wskaźniki wytrzymałościowe,
● struktura wyjściowa na sprężyny, lemiesze pługów, szynykolejowe, itp.
3% nital (Mi1Fe), (A. Krajczyk)
struktura 0,4%C – ferryt + perlit
3% nital (Mi1Fe), (A. Krajczyk)
● około pół na pół strukturalnie wolnego ferrytu i perlitu,
● optymalne skojarzenie wytrzymałości i ciągliwości,● struktura wyjściowa stosowana na części maszyn,3% nital (Mi1Fe), (A. Krajczyk)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 18/360
18
3% nital (Mi1Fe) (A. Krajczyk)
3% nital (Mi1Fe) 3% nital (Mi1Fe)(A. Krajczyk) (A. Krajczyk)
struktura stopu 0,2%C – ferryt + perlit
● zdecydowana przewaga udziału ferrytu nad perlitem,- wysoka ciągliwość ale niska wytrzymałość,
● górna granica %C zapewniająca łatwą spawalność stali,
● struktura stali konstrukcyjnych (łatwo spawalnych)(podwyższanie wytrzymałości w inny sposób niż przezwzrost % C),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 19/360
19
Fe 3CIII
ziarna ferrytu
tiosiarczan sodu(barwi tylko ferryt)
3% nital (Mi1Fe)
3% nital (Mi1Fe), 2000x
struktura stopu 0,02%C – ferryt + Fe 3CIII● ferryt z wydzieleniami Fe 3C III na granicach ziaren,● stal konstrukcyjna najczęściej umacniana odkształceniowo,
np. gwoździe, wkręty, elementy karoserii pojazdów, itp.● przyśpieszone chłodzenie zabezpiecza zwykle przed
wydzieleniami cementytu – ferryt lekko przesycony węglem,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 20/360
20
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 21/360
21
Wpływ zawartości węgla na właściwości staliFe Fe 3C ferryt
austenitstopowy
perlit płytkowy
R m [MPa] 245 - 300 750 800
R e (R 0,2) [MPa] 137 - 150 300 500
A10 [%] 50 - 40 50 8 10
HB 75 800 90 200 200 260
(właściwości austenitu podano dla stali wysokostopowej,dla której jest on trwały w temperaturze pokojowej)
(R. Haimann)
][).(%650300 M Pa C wag R m
HB HB R m 310
4,3 m e R R 65,0
(dla stali przedeutektoidalnych) (M. Blicharski)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 22/360
22
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 23/360
23
Żeliwa białe – stopy układu Fe -Fe 3C powyżej 2,11 %C● stop eutektyczny (4,3 %C) - ledeburyt przemieniony (w temperaturze poniżej 727 °C)
- ciemny perlit , który powstał z austenitu (składnika ledeburytu),- jasny cementyt (drugi składnik ledeburytu),
- wydzielający sięcementyt drugo- i trzeciorzędowynie tworzy osobnych, strukturalnie wolnych wydzieleń(lokalnie pogrubiają się już wcześniej istniejące wydzielenia cementytu),
])[( 33 C Fe C Fe P
ledeburyt przemieniony
3% nital (Mi1Fe), 250x 3% nital (Mi1Fe), 500x
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 24/360
- dendrytycznie rozłożony perl i t (dendryty austenitu powyżej 727 C) na tle ledeburytu przemienion ego (cementyt drugorzędowy wyraźnie pogrubia cementyt eutektyczny wokół dendrytów byłego austenitu),
3% nital (Mi1Fe), 250x 3% nital (Mi1Fe), 63x
s top przedeutektyczny (ok. 3 ,5 %C) - w temperaturze poniżej 727 C
])[()( 333 C F e C F e C F e
P P
(znikoma ilość niewidocznego cementytu trzeciorzędowego )l edebu ry t p rzemien iony
(+)
własności żeliw białych przedeutektycznych oraz eutektycznych: - struktury twarde ( 450 600 HB, Rm = 300 450 MPa ), odporne na ścieranie ale kruche oraz źle obrabialne,- zastosowanie ograniczone:
- półprodukt przy wytwarzaniużeliwa ciągliwego (z grafitem kłaczkowym),- niektóre elementy odporne na ścieranie ale kruche,- zabielone fragmenty powierzchni odlewów zżeliw szarych (część węgla w postaci grafitu),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 25/360
s top zaeutek tyczny (powyżej 4,3 %C) - w temperaturze poniżej 727 C - cementyt pierwszorzędowy ( nazywany też p i e r wo t nym ) na tle l edeburytu przemienionego
(niewielka ilość cementytu drugorzędowego oraz znikoma trzeciorzędowego –praktycznie niewidoczne),- duże płytki kruchego cementytu pierwotnego uniemożliwiają zastosowanie takiego żeliwa,- struktura spotykana w surówkach na wstępnych etapach produkcji stopów żelaza,
3% nital (Mi1Fe), 500x 3% nital (Mi1Fe), 100x
])[(333
C F e C F e C F e P I
ledeburyt przemienion y
(+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 26/360
26
STALIWOStaliwo – stal w postaci lanej, nie poddana obróbceplastycznejWady staliw:Gruboziarnistość,cechy struktury Widmannstattena,skłonność do segregacji C, P, SObróbka cieplna staliw: wyżarzażanie:Ujednoradniające,NormalizująceOdprężające ( dla dużych odlewów)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 27/360
27
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 28/360
28
Definicje stal, staliwo, żeliwoStale - stopy żelaza z węglem zawierające do 2,11 % węgla, przeznaczone doprzeróbki plastycznej.
Staliwa - stopy żelaza z węglem zawierające do 2,11 % węgla, nie przerobioneplastycznie, lecz odlewane do form. Cechy staliw: gruboziarnistość, strukturaWidmannstattena , niejednorodność – skłonność do segregacji C, P, S.Własności mechaniczne niższe niż stali o takiej samej zawartości węgla.Obróbka cieplna w celu poprawy własności :Wyżarzażanie: ujednoradniające, normalizujące i odprężające (dla dużychodlewów)
Żeliwa – stopy żelaza z węglem zawierające powyżej 2,11 % węgla
Surówka – produkt wielkiego pieca, półprodukt w wyrobie stali i żeliw.Struktura ja w przypadku żeliw białych (zgodnie z wykresem Fe-Fe 3C)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 29/360
29
Odtlenianie staliOdtlenianie stali: cel – usunięcie rozpuszczonego tlenku węgla COa) Dodanie pierwiastków o większym niż węgiel powinowactwie do tlenub) Zastosowanie próżniStal uspokojona - odtleniona manganem, krzemem i aluminium niezachodzą reakcje powodujące wydzielanie gazówStal półuspokojona – odtleniona manganem i aluminiumwydzielanie CO w końcowymetapie krzepnięciaStal nieuspokojona – odtleniona jedynie manganem wydzielanieCO z chwilą wlania do wlewnicy
Zmniejszenie rozpuszczalności tlenu w stali podczas krzepnięcia jest przyczyną intensywnego wydzielania się CO, powodującegotworzenie się pęcherzy i gwałtowne mieszanie kąpieli
Przekroje wlewków ze stali:a) Nieuspokojonab) b) Półuspokojonac) c) Uspokojona
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 30/360
30
Zawartość irodzajdomieszek
Stopieńodtlenienia
Ilość, kształt,sposób
rozmieszczenia wtrąceń
niemetalicznych
Zawartość węgla
Właściwości stali
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 31/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 32/360
32
Stale niestopowe charakterystyka mikrostruktury i zastosowaniaZe względu na zastosowanie stale niestopowe dzieli się na konstrukcyjne(do ok. 0,65%C) i narzędziowe (powyżej 0,65%C do (praktycznie) około 1,7%C) .
W grupie stali niestopowych możemy wyróżnić gatunki:Niskowęglowe (miękkie – do około 0,25%C) –gatunki spawalneŚredniowęglowe (półtwarde –od 0,25 od 0,65%C)
Wysokowęglowe (twarde – powyżej 0,65%C)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 33/360
33
Wpływ zawartości węgla na właściwości staliFe Fe 3C ferryt
austenitstopowy
perlitpłytkowy
R m [MPa] 245 - 300 750 800
R e (R 0,2) [MPa] 137 - 150 300 500
A10 [%] 50 - 40 50 8 10HB 75 800 90 200 200 260
(właściwości austenitu podano dla stali wysokostopowej,dla której jest on trwały w temperaturze pokojowej)
HB HB R m
3
104,3 m e R R 65,0
][).(%650300 M Pa C wag R m
(dla stali przedeutektoidalnych)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 34/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 35/360
35
Wpływ domieszek na właściwości staliWpływ manganu i krzemu
Mangan - występuje w stalach węglowych jako pozostałość z procesu wytapiania stali,a głównie odtleniania i odsiarczania.
Rozpuszcza się w ferrycie lub cementycie.Podwyższa wytrzymałość stali i wpływakorzystnie na grzewalność. Wiąże siarkę wsiarczek manganu MnS, zapobiegającowstawaniu szkodliwego siarczku żelazaFeS
Krzem – pochodzi z procesów odtleniania.Jest odtleniaczem hamującym tworzenie siępęcherzy w czasie krzepnięcia stali. Występuje w
postaci roztworu stałego w ferrycie. Podwyższawytrzymałość stali, a zwłaszcza granicęsprężystości. Pogarsza zgrzewalność.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 36/360
36
Wpływ domieszek na właściwości staliWpływ siarki
Siarka – należy do domieszek szkodliwych.Nie rozpuszcza się w żelazie i z tego względu występuje w postaci siarczków, głównie żelaza lub manganu.
Siarczek żelazowy FeS który tworzy razem z żelazem eutektykę w temperaturze 988 oCi a w obecności tlenu w
temperaturze 9400
C.
FeS tworzy na granicach ziaren otoczkę. Podczas przeróbki plastycznej na gorąco,następuję nadtapianie się tych otoczek siarczkowych, co prowadzi do powstania pęknięć i naderwań – tzw.kruchość na gorąco .
Dodatek manganu zmniejsza szkodliwe działanie siarki. Mangan maduże powinowactwo do siarki, w przypadku dostatecznej jego ilości wstali nie zachodzi tworzenie się siarczku żelazawego, lecz manganu.
Siarczek manganu – trudnotopliwy (1620oC) i występuje w postacioddzielnych wtrąceń, przez co nie powoduje kruchości na gorąco.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 37/360
37
Wpływ domieszek na właściwości staliWpływ fosforu
Fosfor – należy do domieszek szkodliwych.Występuje w stali w postaci roztworu stałego w ferrycie.Podwyższa wytrzymałość i twardość.Gwałtownie obniża właściwości plastyczne stali.Wykazuje silną skłonność do segregacji.Podwyższa temperaturę w której staje się ona krucha, wywołując tzw.kruchość na zimno.Poprawia skrawalność.Przy jednoczesnej zawartości miedzi poprawia odporność na korozję.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 38/360
38
Wpływ domieszek na właściwości staliWpływ azotu, tlenu i wodoru
Azot – należy do domieszekszkodliwych.Tworzy twarde i kruche azotki.
Tlen – występujew postaci związanej lub wroztworze stałymPowoduje kruchość na gorąco.
Wodór – rozpuszcza się w stali.Powoduje jej kruchość . Powodujepowstanie pęknięć wewnętrznych,określanych jako płatki śnieżne
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 39/360
39
Wpływ wtrąceń niemetalicznych na właściwości stali
Wtrącenia
endogeniczne egzogeniczne
Siarczki, tlenki, krzemiany(azotki)
Cząstki materiałów ogniotrwałych
Zespół cech bez wpływu na właściwości stali:Kontrolowana ilość i wielkośćGlobularny kształtRównomierne rozmieszczenie
Zespół cech wpływających negatywnie na właściwościstali:
Duża ilość i rozmiaryRozmieszczenie po granicach ziaren – kruchość
Wtrącenie wydłużone w kierunku przeróbki plastycznej,rozmieszczone w pasmach - > silna anizotropia właściwości
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 40/360
40
Stale niestopoweWtrącenia niemetaliczne w obrazie mikroskopowym
Widoczne skupiska kruchych wtrąceń niemetalicznychrozmieszczonych zgodnie
z kierunkiem obróbki plastycznej.Stan nietrawiony.
Ziarna o niejednorodnej wielkościz rozmieszczonymi zgodnie
z kierunkiem obróbki plastycznej kruchymiwtrąceniami niemetalicznymi.
Stan trawiony.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 41/360
41
Wpływ technologii wytwarzania na strukturę stali i staliw
Struktura Widmanst ättena Pasmowość
Może występować w stalach o składzienieeutektoidalnym – sprzyja jej silne przechłodzenieoraz duże ziarno austenitu. Charakterystyczną cechą jest bardzo duże ziarno oraz iglastewydzielenia fazy podeutektoidalnej (ferrytu) lubnadeutektoidalnej (cementytu wtórnego) na tleperlitu. Spotyka się w staliwach, spoinach iblachach.
Charakteryzuje się występowaniem ferrytu i pelituw postaci na przemian ułożonychpasm.
Sprzyja jej powolne chłodzenie, stwarzającewarunki do dyfuzji węgla na większą odległość.Związana jest z segregacją dendrytyczną .
Występuje w wyrobach walcowanych.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 42/360
42
Wpływ technologii wytwarzania na strukturę stali i staliwSferoidyt – powstaje podczas obróbki cieplnej stali określanej jako wyżarzaniesferoidyzujące lub zmiękczające. Polega na zmianie cementytu płytkowego(charakterystycznego dla perlitu) w cementyt sferoidalny.Stale o strukturze sferoidytu mają mniejszą twardość, lepszą skrawalność oraz mniejszą
skłonność do rozrostu ziarna
Stan zmiękczony jest stanem wyjściowym dla wielu gatunków stali!
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 43/360
43
Klasyfikacja gatunków stali kryterium : skład chemicznyDefinicja i Klasyfikacja Gatunków StaliPN-EN 10020 : 2003
Klasyfikacja według składu chemicznego:-stale niestopowe ;-stale odporne na korozję;-inne stale stopowe
Klasyfikacja głównych klas jakościowych staliniestopowych:-stale niestopowe jakościowe
Mają na ogół określone wymaganiadotyczące właściwości
-stale niestopowe specjalneCechują się wysokim stopniem czystościmetalurgicznej, wyrażający się niskązawartością wtrąceń niemetalicznych.Wymaga się od nich (opcjonalnie):określonej udarności w stanieulepszonym cieplnie, określonejhartowności. Inne wymagania związane
są z zastosowaniem.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 44/360
44
Systemy oznaczania stali niestopowychCześć 1: Znaki stali, symbole główne – PN-EN 10027-1:1994
Norma podaje zasady oznaczania stali za pomocą symboli literowych i cyfrowych,które są tak dobrane, że wskazują na główne cechy stali, np.•na zastosowanie stali,
•na właściwości mechaniczne lub fizyczne,•względnie na skład chemiczny staliPozwala w uproszczony sposób identyfikować poszczególne gatunki stali.
Znaki stali podzielono na dwie grupy:- Grupa 1: Znaki stali zawierające symbole wskazujące na zastosowanieoraz mechaniczne lub fizyczne właściwości stali- Grupa 2: Znaki stali zawierające symbole wskazujące na składchemiczny stali.Są one podzielone na dalsze 4 podgrupy.
Budowa znaków stali
- w przypadku staliwa znak gatunku poprzedza litera G
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 45/360
45
Grupa 1: Stale oznaczane wg ich zastosowaniai właściwości mechanicznych lub fizycznychSymbolgłówny
+ Symboldodatkowy
+ Symboloznaczający
specjalne
wymaganianp. wielkośćziarna
+ Symbolokreślający
rodzaj
powłokina gotowymwyrobie
Przykładowe symbole główne:- 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 N/mm2
dla najmniejszego zakresu grubości wyrobu.
- B, Y, R, H, D, T, M – stale do zbrojenia betonu, do betonu sprężonego, na szyny itd.po czym liczba charakteryzująca określone właściwości dla tego typu stali
Przykład: S185, S355NL
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 46/360
46
Grupa 2: Stale oznaczane wg składu chemicznegoStale niestopowe
Stale niestopowe (bez stali automatowych) o średniej zawartości manganu <1%Znak składa się z następujących symboli, umieszczonych kolejno po sobie
- litery C- liczby będącej 100- krotną średnią wymaganą zawartością procentową węgla- symbole dodatkowe (patrz Norma)
Przykład : C35, C45
UWAGA: w literaturze fachowej, podręcznikach – szczególnie wydanych w minionychlatach znakowanie stopów żelaza (stali, staliw i żeliw) podane jest wg poprzednioobowiązujących pol - sk ich norm. Stąd, pełna wiedza w tym zakresie wymagadodatkow ego przes tudiowania i zapozna-nia się z wprawdzie nie zawsze jeszczeobowiązującym ale stosowanym sposobem znakowania.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 47/360
47
Grupa 2: Stale oznaczane wg składu chemicznegoStale niestopoweStale niestopowe o średniej zawartości manganu ≥1%, niestopowe staleautomatowe i stale stopowe (bez stali szybkotnących) o zawartościkażdego pierwiastka stopowego < 5%Znak składa się z
- liczby będącej 100-krotną wymaganą średnią zawartością węgla- symboli pierwiastków chemicznych oznaczających składniki stopowe wstali(w kolejności malejącej zawartości pierwiastków, w przypadku identycznejzawartości dwóch lub więcej pierwiastków w kolejności alfabetycznej)- liczb oznaczających zawartości poszczególnych pierwiastków stopowych wstali. Każda liczba oznacza średni procent pierwiastka pomnożony przezwspółczynnik wg tablicy poniżej i zaokrąglony do najbliższej liczbycałkowitej. Liczby dotyczące poszczególnych pierwiastków należy oddzielićkreską poziomą.-symbole dodatkowe (patrz Norma)
Przykład: 28Mn6
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 48/360
48
Systemy oznaczania staliCześć 2: System cyfrowy – PN-EN 10027-2:1994System cyfrowy stali uzupełnia system oznaczania stali ustalony w Części 1 normy
Ogólne zasady:- każdy numer stali dotyczy tylko jednego gatunku stali i odwrotnie,- numery gatunkom stali nadaje Europejskie Biuro Rejestracyjne- Europejskie Biuro Rejestracyjne nowelizuje i publikuje listę zarejestrowanych stali wod-powiednich odstępach czasu- numerów stali w zasadzie nie zmienia się
Numer składa się z cyfr wg następującego schematu:
A.BB XX(XX)gdzie A – numer grupy materiału (dla stali 1),BB – numer grupy stali (wg Tablicy 1 w EN 10027-2),XX(XX) – kolejny numer (cyfry w nawiasach są dla użycia w przyszłości)
Przykład: 1.4821 („1” na początku oznacza stal) co odpowiada stali stopowej
X15CrNiSi25-4
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 49/360
49
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 50/360
50
1. Klasyfikacje stali
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 51/360
51
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 52/360
52
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 53/360
53
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 54/360
54
2. Systemy oznaczania stali
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 55/360
55
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 56/360
56
Grupa 1.
Symbole wskazujące nazastosowanie orazmechaniczne lub fizycznewłasności stali.
(dla staliwa znak gatunkupoprzedza litera G)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 57/360
57
Grupa 2. System znakowy według składu chemicznego stali.(w przypadku staliwa znak gatunku poprzedza litera G ).
podgrupa klasyfikacyjna symbole główne znaku stali
●stale niestopowe 1) o średniej zawartości Mn<1% Cśrednia lu breprezentatywnazawartość C [%] x 100
_ _
●stale niestopowe1)
o średniej zawartości Mn≥1% ●niestopowe stale automatowe ●stale stopowe 2) o zawartości każdego pierwiastka
stopowego < 5%
_ średnia lubreprezentatywnazawartość C [%] x 100
symbole chem. pierwiastków stopowych
średnia zawartość pierw.stop. [%wag] x współ. 3)
●stale stopowe 2) zawierające przynajmniej jeden pierwiastek stopowy ≥ 5% X
średnia lubreprezentatywnazawartość C [%] x 100
symbole chem. pierwiastków stopowych
średnia zawartość [%wag] pierwiastków stopowych
●stale stopowe szybkotnące HS
- -kolejno zawartość:
W, Mo, V, Co [%wag] przykłady znaków stali (tylko symbole główne): C35, 28Mn6, X5CrNi18-10, HS2-9-1-81) bez stali automatowych2) bez stali szybkotnących 3) współczynniki (mnożniki) dla pierwiastków stopowych: 4 (Cr, Co, Mn, Ni, Si, W )
10 (Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr )100 (Ce, N, P, S )
1000 (B)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 58/360
58
4. Stale konstrukcyjne (Structural Steels)● wytwarzane głównie przezwalcowanie na gorąco (Hot Rolled Structural Steels),
- walcowanie konwencjonalne głównym celem jest nadanie odpowiedniego kształtu,- większy koszt (konieczna często późniejsza obróbka cieplna), coraz rzadziej stosowane,
- walcowanie cieplno-plastyczne nadanie kształtu oraz wytworzenie korzystnej mikrostruktury,
- założone zabiegi OC są przeprowadzane łącznie z obróbką plastyczną,- możliwe jest uzyskiwanie znacznie lepszych właściwości niż zabiegami tradycyjnymi,
● stosowane w dużych ilościachw inżynierii lądowej, wodnej, chemicznej itp.(budynki, mosty, statki, platformy wiertnicze, pojazdy, rurociągi, zbiorniki ciśnieniowe itp.)
- grubość najczęściej powyżej 1,5 mm ,
- jakość powierzchni i tolerancje wymiarowe zwykle nie wysokie walcowanie na gorąco),
● głównym sposobem łączenia jest spawanie (główne wymaganie tołatwa spawalność)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 59/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 60/360
60
Schematy regulowanego walcowania
Przebieg walcowania i chłodzenia w RWK(B. Kuźnicka)
walcowanie termomechaniczne (wg EN)
walcowanie normalizujące(wg EN)
(M. Blicharski)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 61/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 62/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 63/360
63
ad. I - umacnianie roztworowe + normalizowanie:● umocnienie roztworowe ferrytu ,
- najstarszy, najmniej efektywny sposób podwyższania wytrzymałości,- Mn (najczęściej ok. 1,5 % ale nawet do 2,1%),- Si (najczęściej 0,5 % ale nawet do 0,8%),
- stosowane zwykle jako dodatkowe przy innych sposobach podwyższania wytrzymałości,
● normalizowanie ,- rozdrobnienie ziaren ferrytu,
- podwyższanie wytrzymałości oraz ciągliwości jednocześnie !!!,- najefektywniejszy sposób obniżania TPSK ,
- quasi-perlit (quasi-eutektoid),- zwiększenie dyspersji płytek (perlit bardziej drobnopłytkowy),- zwiększenie ilości perlitu nierównowagi(mniejsza zawartość węgla większa objętość),
(coraz mniejsze znaczenie: - tendencja do obniżania % C poniżej 0,09% - bez perytektyki oraz niższa TPSK ,- wzrost udziału do 20% perlitu w strukturze nie podwyższa istotnie Re )
● oba sposoby pozwalają osiągać R e do 355 MPa (walc. tradycyjne) lub nawet do 460 MPapo regulowanym walcowaniu normalizującym (ziarna ferrytu nawet do 23 m)
np.: S355 przy 0,22% C,S460N przy 0,20%C oraz walcowaniu normalizującym,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 64/360
64
Stale konstrukcyjne niestopowe, walcowane na gorąco (zwykle tradycyjnie) –PN-EN 10025:2002690 EUR/t (S185)
+dopłata:16 67 EUR/t
Thysson-Krupp - 2007
(stale jakościowe niestopowe)stan dostawy:- surowy,- po normalizowaniu, N,- specjalnie
uspokojone,postać :
- wyroby płaskie(blachy, taśmy),
- wyroby długie(pręty, kształtowniki)zastosowanie:
- mało odpowiedzialnekonstrukcje,J (K min = 27 J),K (Kmin = 40 J),R (w temp. pokojowej),0 (w 0 °C),2 (w - 20 °C)
(M. Blicharski)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 65/360
65
Stale konstrukcyjne spawalne drobnoziarniste(PN-EN 10113-2:1998)
stan po normalizowaniu lub walcowaniunormalizującym (N)stale jakościowe i specjalne niestopowe i stopowe
stosowane na mocno obciążoneelementy konstrukcji spawanych(również w temp. obniżonych)
Stale konstrukcyjnespawalne drobnoziarniste
(PN-EN 10113-3:1998)
stan po walcowaniutermomechanicznym (M)stale jakościowe i specjalneniestopowe i stopowe
dopłata:53 273 EUR/t
Thysson-Krupp – 10.2007
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 66/360
66
ad. II -umacnianie wydzieleniowe:● umocnienie wydzieleniowe związkami mikrododatków,
- mikrododatki (Nb, V, Ti, Al ) zwykle 0,15 %, przy niewielkiej zawartości0,03 0,12 % C ,- złożone związki mikrododatków z C i N, ale również z S i O (Ti),- mikrododatki wpływają (w sposób mocno zróżnicowany) na:
- wielkość ziarna austenitu po nagrzaniu do walcowania,- przebieg oraz temperaturę rekrystalizacji podczas walcowania,- przebieg przemiany austenitu w ferryt,- ich związki powodują umocnienie wydzieleniowe ferrytu(wewnątrz ziaren),- zwykle proces cieplno- plastyczny z wydzielaniem związków w T 600 ° C,
Wpływ temperatury i mikrododatków naśrednicę ziarna austenitu Wpływ mikrododatków rozpuszczonych w austeniciena temperaturę rekrystalizacji stali (0,07%C, 1,40%Mn, 0,25%Si)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 67/360
67
Stale konstrukcyjne o podwyższonej wytrzymałości umacniane wydzieleniowo –PN-EN 10137-3:2000- przeznaczone na blachy grube i blachy uniwersalne (3 70 mm),(stale specjalne stopowe)
produkowane w procesie cieplno- plastycznym (regulowane walcowanie oraz regulowane chłodzenie)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 68/360
68
● umocnienie wydzieleniowe prawie czystą miedzią ,- nowa grupa stali opracowana w latach 80- tych, początkowo dla US Navy,- stale niskowęglowe (0,06 0,08% C + 1,0 1,6% Cu + 0,85 3,5% Ni ),- przesycanie + starzenie R e 700 MPa, T PSK - 100 ° C,
- ferryt z wydzieleniami fazy (96% Cu ) o dużej dyspersji,(faza jest mniej twarda niż ferryt !! dobra udarność w niskiej temperaturze)
- gatunki ASTM A710, HSLA-80/100 (Navy), HPS-100 (Bridge) – nazwa handl. „Spartan I V”,
- w normach EN występują gatunki umacniane Cu, ale bez dodatku Ni, np. S690A,ad. III - umocnienie wynikające z ulepszania cieplnego,
- niskowęglowy (ok. 0,20% C) sorbit odpuszczania R e do 960 MPa,- zwykle hartowane bezpośrednio z temperatur walcowania z następnym odpuszczaniem,- najwyższa wytrzymałość uzyskiwana w stalach o niewielkiej zawartości C i dod. stopowych,
- na konstrukcje przenoszące duże obciążenia (zarówno w temp. pokojowej jak i obniżonej)ad. III - umocnienie wynikające ze struktury bainitycznej,
- niskowęglowy (ok. 0,12% C) bainit R e = 600 700 MPa,- zwykle kontrolowane chłodzenie bezpośrednio po walcowaniu termomechanicznym,- konieczna hartowność dzięki dodatkomMo (ok. 0,5%) oraz B (ok. 0,005%),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 69/360
69
Przykłady zastosowania stali „Spartan I V” umacnianych wydzieleniowo miedzią
(International Steel Group, Inc., www.intlsteel.com)
(http://www.advex.net/Divisions_Heavy_Fabrication.shtml)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 70/360
70
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 71/360
71
Stale konstrukcyjne o podwyższonej wytrzymałości do ulepszania cieplnego –PN-EN 10137-2:2000
690 EUR/t (dla S185 )+dopłata do gatunków:
311 666 EUR/t
Thysson-Krupp – 10.2007
(stale specjalne stopowe)
(M. Blicharski)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 72/360
72
Stale konstrukcyjne o podwyższonej wytrzymałości walcowane cieplno-plastycznie i przeznaczonedo obróbki plastycznej na zimno –PN-EN 1049 -2:2000- wyroby płaskie o grubości 1,5 20 mm
j a k o ś c i o w e
u m a c n
i a n e w y d z i e
l e n
i o w o
s p e c j a
l n e
b a
i n i t y c z n e
690 EUR/t (dla S185 )+dopłata:
40 235 EUR/t Thysson-Krupp – 10.2007
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 73/360
73
Wpływ boru na wykres CTPi stali niskowęglowej z 0,5% Mo
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 74/360
74
Czy stopy żelaza (stale niskostopowe) muszą być podatne na ciągłą korozję?stalowe słupy w Indiach(najsłynniejszy w Delhioraz podobne w Dhar, Madhya Pradesh,
Kodachadri hills, Karnataka, Mandu, Madhya Pradesh, Mount Abu, Rajasthan, Orissa,
- DIP (Delhi Iron Pillar) „nie koroduje” od ok. 1700 lat – dlaczego?- wszystkie są stalami (nie odlewami) niskowęglowymi o podwyższonej zawartościP,
Dhar iron pillar (w trzech częściach)
The iron pillar at Kodachadri in KarnatakaDelhi iron pillar
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 75/360
75
DIP (Delhi Iron Pillar)- waga ok. 6100 kg, wysokość 7,375 m, średnica 41,6 34 cm,- wytworzony metodą zgrzewania (kucie na gorąco) ok. 200 elementów o masie 30 40 kg,- skład chemiczny elementów: 0,03 0,28 %C ; 0,114 0,48 %P ; 0,04 0,056 %Si; 0,005 %S; 0,03 %Cu,- pokryty warstwą tlenków o grubości 50 600 μm, która blokuje dalszą korozję (występujeFePO 4),
- pierwsze badania metalograficzne: R.J. Hadfield w 1912 ,- ostatnie kompleksowe badania: 2004 (Indira Gandhi Centre of Atomic Research)
(Balder Ray, P. Kalyanasundaram, T. Jaykumar, C.Babu Rao,B. Venkataraman, U.Kamachi Muldali, A.Joseph, Anish Kumar) - po szlifowaniu przyrost warstwy tlenków 0,395 mm/rok,po upływie roku zmniejszył się do 0,040 mm/rok
Kompleksowe badania różnych fragmentów DIP (2004) Struktury różnych elementów DIP (od drobnej ferrytyczno--perlitycznej do iglastej struktury Widmannstattena)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 76/360
76
5. Stale konstrukcyjne trudno rdzewiejące- stale o zwiększonej odporności na korozję atmosferyczną (w war. wiejskich i przemysłowych),
- po pewnym czasie korozji na powierzchni tworzy się względnie stabilna warstwa uwodnionego,złożonego tlenku Fe, P, Cr i Cu, która zatrzymuje dalszy postęp procesu (brązowa „patyna”),
- wymagają odpowiednich warunków do utworzenia warstwy ochronnej („sucha” pogoda),- pierwsze stale pod nazwą „Cor -Ten” w 1933 (United States Steel Corporation),
- niewielkie dodatki Cu, P, Si, Cr, które najlepiej działają w grupie,- najsilniej działaP (co najmniej 0,1 %) ale mocno obniża udarność i spawalność,
- dodawany obecnie tylko do niektórych stali typu Cor -Ten A,
- zdecydowanie działa Cu ale tylko do 0,3 % efektywnie,
- umiarkowanie Si (najkorzystniej do 0,25%) oraz Cr (najkorzystniej do 0,6%),
- Mn (umocnienie roztworowe razem z Cr),- V (umocnienie wydzieleniowe),
● znaczenie tych stali wzrosło po roku 1960 (opracowanie staliCor-Ten B oraz C z normalną zawartością P)
zastosowanie:- tradycyjnie w „brudnych” zakładach i konstrukcjach (huty, kopalnie, koksownie, część wagonów),- ścianki Larsena,- ostatnio nawet pokrycia dachów (malowanych tylko dekoracyjnie),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 77/360
77
Skład chemiczny stali Cor -Ten [% wag]
Stale konstrukcyjne trudno rdzewiejące – PN-EN 10155:1997 + Ap1:2003 (M. Blicharski)
dopłata:~130 EUR/t
(stale niskostopowe specjalne)
Salzgitter Flastahl GmbH
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 78/360
78
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 79/360
79
Żeliwa(odlewnicze stopy żelaza, w których część lub cały węgiel jest w postaci wolnej –grafit )● masowe wytwarzanie stali rozpoczęło się dopiero w drugiej połowie XIX wieku,
- metody wynalezione przez Bessemera (1856), Siemensa (1863) oraz Martina (1865),- uzyskano aż dziesięciokrotny spadek ceny i niesłychany wzrost produkcji
(na całym świecie z ok. 60 tys. ton w roku 1850 do ok. 28 mln ton w roku 1900),● wcześniej, po zastosowaniu koksu (Anglia 1735), masowo produkowano tylko żeliwo,
- możliwość wytapiania w prymitywnych piecach (wystarczy temperaturaok. 1160 °C !!!),- szczególnie w epoce wiktoriańskiej (Anglia 18371901) – wszelkie możliwe zastosowania !!!
- ozdoby, meble ogrodowe, trumny,- mosty (pierwszy w 1779 – istnieje do dzisiaj), kolumny oraz sklepienia architektoniczne, statki,- cylindry silników parowych, łoża tokarek, różne części maszyn,
- do dzisiaj żeliwa są dużo tańsze od stali i staliw (stal odlewana) – dla złożonych kształtów,● właściwości żeliw szarych (z klasycznym grafitem płatkowym):
- bardzo mała wytrzymałość na rozciąganie oraz odporność na obciążenia udarowe,- duża wytrzymałość na ściskanie, duża odporność na zużycie powierzchni ślizgowych,- dobre tłumienie drgań, mniejszy niż w staliwach skurcz odlewniczy oraz naprężenia własne,
● w połowie XX wieku- modyfikowanie żeliw(zmiana kształtu grafitu- do sferoidalnego ),- renesans stosowania żeliw oraz nowe obszary zastosowań (zastępują stal i staliwo) ,- płatki grafitu krótkie, krępe, tępo zakończone,
- zwarty węgiel żarzenia,- grafit sferoidalny – idealny kształt(prawie nie obniża właściwości wytrzymałościowych),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 80/360
80
● postać grafitu - wytrzymałościowo najgorsza (płatkowa) oraz najlepsza (kulista)s chemat grafitupłatkowego
L.A. Dobrzański) (R.F. Cochrane)
grafit sferoidalny
nie trawione – grafit płatkowy (długi, cienki, ostrozakończony)
grafit sferoidalny w osnowie ferrytycznej
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 81/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 82/360
82
brama z żeliwa – pałac Buckingham, Londyn ogrodzenie z żeliwa – Wimpole Hall, Cambridge
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 83/360
83
konstrukcje mostów z żeliwa szarego
rzeka Severn, Anglia„Ironbridge-1779 (H.K.D.H. Bhadeshia)
Victoria Bridge -1850
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 84/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 85/360
85
● żeliwo szare w dawnym budownictwie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 86/360
86
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 87/360
87
● rury żeliwne (kanalizacja) –dawniej i dzisiaj
(żeliwo z grafitem płatkowym)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 88/360
88
obecnie – przykłady bardziej wyrafinowanych zastosowań
wał korbowy samochodu sportowego – „TVR Tuscan Speed 6(żeliwo sferoidalne hartowane izotermicznie)
wahacz zawieszenia – „Ford Mustang Cobra”(żeliwo sferoidalne hartowane izotermicznie)
(H.K.D.H. Bhadeshia)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 89/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 90/360
90
żeliwo sferoidalne – najwyższe właściwości mechaniczne
stan trawiony – osnowa ferrytyczna (A. Krajczyk)
stan trawiony – osnowa perlityczno-ferrytyczna (A. Krajczyk)stan trawiony – osnowa bainityczna (hart. izotermiczne)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 91/360
91
Wykres równowagi metastabilnej Fe –Fe 3C oraz Fe - C gr (opis fazowy)fazy stałe: ferryt, austenit , cementyt lub grafit
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 92/360
92
Proces grafityzacji● polega na rozkładzie metastabilnego cementytu na węgiel wolny (grafit) oraz roztwór stały,● w zależności od temperatury grafityzacji:
Fe 3C C gr +T
A1
Fe 3C Cgr +
● grafityzacji (rozkładowi cementytu) sprzyjają pierwiastki destabilizujące cementyt, tzn.zwiększające jego energię swobodna F (pierwiastki rozpuszczone w cementycie):
- krzem (jego wpływ traktowany jest jako poziom odniesienia),- aluminium (trzykrotnie większy wpływ ale rzadko stosowane),- nikiel, miedź, fosfor (wielokrotnie słabiej niż Si),
- oraz węgiel ( im więcej węgla w stopie tym mniej trwały cementyt),● modyfikowanie (dostarczanie podkładek do zarodkowania grafitu) ułatwia grafityzację,
- większość badaczy uważa, że w cieczy jednak najpierw krystalizuje cementyt (6,67 %C) a dopieropóźniej następuje jego rozkład na grafit (100 %C) i austenit,
- krystalizacja grafitu w cieczy jest mniej prawdopodobna (wymagałaby większego ruchu atomów),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 93/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 94/360
94
● trzy główne grupy żeliw w zależności od postaci (kształtu grafitu):
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 95/360
95
● skład chemiczny żeliw (najważniejszyC oraz Si ),
● Mn (0,4 1,4%) – jako domieszka lub celowy dodatek ,- hamuje grafityzację w niższych temperaturach (utrudnia rozkład perlitu, ułatwia jego sferoidyzację),- wiąże bardzo szkodliwą S w niegroźne MnS,
● S <0,12%, zwykle 0,08 0,1% - domieszka szkodliwa (hamuje grafityzację, zmniejsza lejność, duży skurcz),● P (0,1 1,0%) – jako domieszka lub celowy dodatek (dodatni wpływ na grafityzację),- tworzy niskotopliwą (ok. 953°C) eutektykę ( + Fe 3C + Fe 3P) nazywaną steadytem ,
- poprawia lejność, podwyższa odporność na ścieranie, siatka steadytu powoduje kruchość,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 96/360
96
● eutektyka fosforowa (steadyt) w żeliwie szarym
siatka wtrąceń steadytupojedyncze wtrącenia steadytu
(A. Krajczyk)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 97/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 98/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 99/360
99
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 100/360
100
● klasyfikacja żeliw szarych
(B. Kuźnicka)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 101/360
101
● kryterium klasyfikacji żeliw szarych może byćminimalne Rm
lub minimalna twardość(HB)- oba parametry są powiązane ze sobą (zależność empiryczna wg PN -EN 1561:2000):
HB = RH (A + B Rm) powszechnie przyjmuje się: A = 100, B = 0,44- współczynnikRH nazywany jest twardością względną (zwykle 0,8 1,2 tzn. 20%),- dokładność wartości RH jest miarą powtarzalności wyrobów danego wytwórcy (odlewni),
- pomiar R m wykonuje się na dwa przybliżone sposoby:-próba rozciągania odlewanych osobno prętów próbnych,
-próba rozciągania odcinanych z odlewu specjalnych próbek przylanych (jest dokładniejsza),- pomiar HB wykonuje się bezpośrednio na odlewie w przewidzianych do tego miejscach (nadlewkach)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 102/360
102
● modyfikowanie żeliwa szarego(stosowana jest zwykle osnowa perlityczna – najwyższe Rm
),- główne cele modyfikowania:
- krótkie, krępe i tępo zakończone płatki grafitu, równomierna wielkość i rozmieszczenie,- uniezależnienie kształtu, wielkości i sposobu rozmieszczenia grafitu od grubości ścianki,
- modyfikatory (dostarczają podkładek ułatwiających zarodkowanie grafitu),- stopy nazywane „żelazokrzemem” (Si + 30% Fe oraz dodatki Ca, Al, Ni, Ti), którepo rozpuszczeniu w ciekłym żeliwie tworzą związki ułatwiające zarodkowanie grafitu,
grafit płatkowy niemodyfikowany grafit płatkowy modyfikowany
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 103/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 104/360
104
● porównanie zachowania się przy rozciąganiu oraz skręcaniustali niskowęglowej oraz żeliwa szarego:
przełom ciągliwyrozdzielczy
przełomy kruche
przełom ciągliwypoślizgowy
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 105/360
105
● podsumowanie zalet oraz właściwości żeliwa szarego:- dobra lejność oraz mały skurcz w porównaniu do staliw,
- zdolność do tłumienia drgań,
- niewrażliwość na działanie karbu (zewnętrznego),
- bardzo dobre właściwości ślizgowe (grafit),
- bardzo dobra skrawalność (małe opory oraz łamliwy wiór),
- odporność na korozję lepsza niż stali niestopowej,
- wytrzymałość na ściskanie podobna jak dla stali,
- wytrzymałość na rozciąganie mała (max 350 MPa)
(B. Kuźnicka)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 106/360
106(B. Kuźnicka)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 107/360
107
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 108/360
108
Żeliwo sferoidalne (nazywane również podwójnie modyfikowanym)● otrzymywane przez podwójne modyfikowanie żeliwa szarego,
- modyfikowanie żelazokrzemem (z dodatkami Ca, Al, Sr, Ba) w celu ułatwieniazarodkowania grafitu (podkładki) – grafit drobny oraz równomiernie rozmieszczony,
- modyfikowanie magnezem oraz/lub cerem w celu uzyskania sferoidalnego kształtu grafitu(podwyższanie energii granicy międzyfazowej),
- modyfikatory to stopy nazywane „zaprawami” (Si z Mg, Cu z Mg i Cr, Ni z Mg i Cr)
● kąpiel metalowa przed modyfikowaniem wymaga specjalnego odsiarczania (< 0,03% S)w celu zapobiegnięcia powstawania siarczków pierwiastków modyfikujących (Mg, Cr),● niska temperatura topnienia i wrzenia Mg (650 °C oraz 1107 °C) oraz duże powinowactwo do tlenu
wymagają specjalnych metod wprowadzania modyfikatorów do kąpieli metalowej,- najefektywniejsze metody polegają na podawaniu modyfikatorów w strugę metalu wlewanego do formy
● żeliwa sferoidalne można klasycznie obrabiać cieplnie (podobnie jak stale)- Rm = 700 900 MPa,
● żeliwo sferoidalne ADI (Austempered Ductile Iron) hartowane z przemianą izotermiczną osiągaRm = 800 1400 MPa, przy wydłużeniu A = 81%(struktura iglastego lekko przesyconego węglem ferrytu oraz austenitu nieprzemienionego)
- duża odporność na zużycie i zmęczenie, ekonomiczne o bardzo dobrej kombinacji wytrzymałościoraz ciągliwości, konkurencyjne do stali w wielu wyszukanych zastosowaniach (np. koła zębate),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 109/360
109
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 110/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 111/360
111
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 112/360
112
● przykłady zastosowań żeliwa ciągliwego
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 113/360
113
ciągliwe perlityczno-ferrytyczne, np. GJMB-600-3
ciągliwe ferrytyczne, np. GJMB-350-10 ciągliwe perlityczno-ferrytyczne, np. GJMB-450-6
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 114/360
114
(B. Kuźnicka)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 115/360
115(L.A. Dobrzański)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 116/360
116
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 117/360
117
PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ (na przykładzie stopów żelaza)OC – proces technologiczny obejmujący zespół operacji, np. grzanie, chłodzenie materiałów w stanie stałym,- wynikiem OC są zmiany struktury a więc właściwości materiału, np. stali.
Teoretyczne podstawy OC są nauką o przemianach zachodzących w materiałach wskutek:- zmiany temperatury, czasem również ciśnienia,- wpływie szybkości grzania i chłodzenia na mechanizmy i kinetykę tych przemian,
(L.A. Dobrzański)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 118/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 119/360
119
(L.A. Dobrzański)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 120/360
120(L.A.Dobrzański)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 121/360
121
Przemiana dyfuzyjna perlit austenit(nazywana austenityzowaniem )
Celem austenityzowania jest zwykle otrzymanie jednorodnego oraz drobnoziarnistegoaustenitu co wpływa z kolei na przebieg przemian podczas chłodzenia.
a) konieczne przegrzanie o T dla uzyskania napędzającej przemianę F,
perlit
austenit
A1 A c1 Temperatura727 °C
( p + Fe 3C) S
0,02 %C 6,67 %C 0,77 %C
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 122/360
122
b) powstanie zarodków austenitu na granicy międzyfazowej,c) rośnięcie zarodków ziarna austenitu niejednorodnego,d) ujednorodnienie ziaren austenitu,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 123/360
123
na szybkość przemiany (w warunkach grzania ciągłego) wpływa:- szybkość nagrzewania wartość przegrzania T szybkość dyfuzji atomów C- budowa perlitu,- tym szybciej im drobniejsze płytki w perlicie,- najwolniej gdy cementyt kulkowy,
w stalach nieeutektoidalnych austenityzowanie
kończy sięw wyższych temperaturach (muszą ulecrozpuszczeniufazy przyeeutektoidalne -ferryt lub Fe 3C II)
w kres dla stali eutektoidalne
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 124/360
124
Samorzutny proces rozrostu ziaren austenitupoczątkowo po przemianie ziarna są bardzo drobne (duża LZ b. duża pow. zarodkowania),zwiększenie temperatury lub czasu wygrzewania rozrost ziaren
stale gruboziarniste – skłonne do rozrostu ziaren natychmiast (już w niejednorodnym),stale drobnoziarniste – drobne wydzielenia innych faz hamują rozrost ziaren (teoria barier)
(ruch granic dopiero po rozpuszczeniu lub koagulacji tych faz),
stale gruboziarniste stale drobnoziarniste
- niestopowe (specjalnie uspokojone)(np. tlenki, azotki Al)
- stopowe (dodatki lub mikrododatki)(np. węgliki Ti, V, W)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 125/360
125
Przemiana dyfuzyjna austenit perlitprzemiana eutektoidalna przechłodzonego austenitu- izotermiczne wygrzewanie w temp. A r1 = A1 - T (przechłodzenie stałe),- ciągłe chłodzenie (nieprzerwany wzrost przechłodzenia),
zarodki dwufazowe (na granicach ziaren austenitu) ale nie obie fazy jednocześnie(uważa się, że pierwszy zarodkuje Fe 3C co ułatwia zarodkowanie ferrytu itd.),
rośnięcie zarodka płytkowa kolonia perlitu- wzrost kolonii perlitu jest różny w kierunku
czołowym i bocznym (Mehl)budowa płytkowa, gdyż zapewnianajwiększą szybkość przemiany,
- późniejsze wyżarzanie sferoidyzacja Fe 3C,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 126/360
126Różnie zorientowane kolonie perlitu w stali eutektoidalnej, trawione Mi1Fe
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 127/360
127
Kinetyka przemiany austenit perlit (przy T = const)krzywa kinetyki przemiany
- charakterystyczny kształt litery S,- występuje okres inkubacji,- chwilowa szybkość przemiany zależy od
stopnia zaawansowania przemiany,
szybkość przemiany v = f ( T) ,dla danego T jest określana umowniew punkcie przegięcia krzywej (maksymalna),- wykazuje maksimum przy T 175 K,- później maleje z powodu utrudnień w dyfuzji C,
p
v
k
T = constv
vk
Krzywe kinetyki przemiany perlitycznejdla różnych przechłodzeń(każda w warunkach izotermicznych)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 128/360
128
Wykres izotermicznej przemiany austenitu - CTPidyfuzyjna przemiana perlityczna od temperatury A r1 do T m ( T 175 K) mieszanina płytkowa- odległość między płytkami od 1,0 do 0,1 m,- płytki ferrytu około 7 razy grubsze od płytek cementytu,
pk
Tm
Perlit grubopłytkowyPerlit drobnopłytkowy
sorbit hartowania (płytki widoczne przy pow. ok. 500x)
troostyt hartowania (płytki niewidoczne podmikroskopem optycznym)
bainit górny
bainit dolny
martenzyt
CTPi dla stali eutektoidalnej (0,77 %C)(R. Haimann)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 129/360
129
• im większe przechłodzenie T tym mniejsza odległość międzypłytkowa (s) w perlicieR p 0,2MPa
s -1/2 , mm -1/2
Średniaodległość
międzypłytkowas [μm ]
0,6-1,0 0,25-0,30 0,10-0,15
Twardość HB 180-250 250-350 350-450
(B. Kuźnicka)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 130/360
130
Przemiana perlityczna w stalach nieeutektoidalnych
w stopach nieeutektoidalnych, w warunkach nierównowagi (znaczneprzechłodzenia) tworzy się perlit drobnopłytkowy o zawartości węglaodbiegającej od 0,77% nazywanyquasi-eutektoidem (quasi-perlitem )zjawisko sztucznego zwiększania udziału perlitu w strukturzewykorzystywane jest, np. w niskowęglowych spawalnych stalachkonstrukcyjnych (przyśpieszone chłodzenie austenitu na powietrzu),
quasi-eutektoidem
po przechłodzeniu do temp. Tq
nawet w stalach o małej zawartości Cpowstaje sam drobnopłytkowy quasi-perlit (twardy i nieciągliwy),w stalach zaeutektoidalnych zjawisko to można wykorzystaćdo likwidacji Fe 3C II ale tracimy np. na skrawalności,
Obszar quasi- eutektoidu w zależnościod przechłodzenia przed przemianąperlityczną. (R. Haima nn)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 131/360
131
CTPi – warunki izotermiczne (L.A. Dobrzański) CTPc – chłodzenie ciągłe
Wykres CTPc stali niestopowej (0,35% C)
(R. Haimann)
twardość HV
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 132/360
132
Cechy przemiany perlitycznej w warunkach nierównowagi:przemiana dyfuzyjna ( T zarodek rośnięcie zarodka)
wykazuje okres inkubacji, w którym następuje wstępna dyfuzja węgla w austenicie,
produktem przemiany jest płytkowa mieszanina ferrytu i cementytu,
zarodki perlitu powstają na granicach ziaren austenitu i wrastają w metastabilnyaustenit,
może zachodzić w warunkach izotermicznych oraz podczas ciągłego chłodzenia,
przebiega do końca,im większe przechłodzenie, tym drobniejsze płytki perlitu,
w stopach nieeutektoidalnych – quasi- eutektoid o zawartości węgla różnej od 0,77%,(płytkowa mieszanina zajmuje większą objętość w strukturze niż w warunkach
równowagi)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 133/360
133
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 134/360
134
Przemiana martenzytycznabezdyfuzyjna przemiana alotropowa austenit ferryt (tzn. Fe Fe czyli sieci A1 A2 )- zachowana jest ta sama koncentracja węgla ferryt przesycony węglem (martenzyt ),- warunek: chłodzenie z szybkością większą niż krytyczna ( F , D C = 0)
(ominięcie krzywej początku przemian dyfuzyjnych – uniemożliwienie dyfuzji węgla),- siłą napędową przemiany jest duża różnica F austenitu i martenzytu w temperaturze Ms ,
F
CTPi dla stali eutektoidalnejSchemat zmian F austenitu, perlitu i martenzytu
(R. Haimann)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 135/360
135
przebudowa sieci RSC RPC w wyniku niewielkich (w stosunku do d) skoordynowanych przesunięć całychpłaszczyzn atomowych w stosunku do pewnych płaszczyzn niezmiennych nazywanych habitus,- na powierzchni próbki pojawia się relief o kształcie iglastym (płytki lub listwy martenzytu),
- rosną z szybkością rozchodzenia się dźwięku (odkształceń sprężystych) – ok. 10 5-7 m/s,- są nachylone względem siebie pod kątem 60 lub 120 ,
ścisły związek orientacji sieciM oraz - płaszczyzny {111} austenitu stają się płaszczyznami {110} ferrytu,granica między płytkami martenzytu oraz austenitem jest koherentna –w jednym ziarnie austenitu powstajeogromna ilość płytkowych lub listwowych ziaren martenzytu,
przemiana jest atermiczna – wymaga ciągłego obniżania temperatury większa objętość M niż ),
(L.A. Dobrzański)
(R. Haimann)
Uproszczony schemat powstawania płytek martenzytuw ziarnie austenitu – wielkość płytek zależy od wielkościziarna austenitu (martenzyt grubo- lub drobnoiglasty)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 136/360
136
Schemat kolejnych stadiów zmiany sieci krystalicznej austenitu w sieć martenzytu wg Kurdiumowa i Sachsa,a - graniastosłup skośny utworzony przez atomy leżące na płaszczyznach {111} w sieci RSC,b - pod działaniem siły tnącej graniastosłup ulega wyprostowaniu,c – graniastosłup prosty utworzony przez atomy sieci RPC leżące na płaszczyznach {110}
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 137/360
137
(L.A. Dobrzański)
(M.F. Ashby)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 138/360
138
Kolejne fazy przemianymartenzytycznej w miaręchłodzenia między temperaturąMs a M f
(B. Kuźnicka)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 139/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 140/360
140
Dwa zasadnicze typy martenzytów w stalach (listwowy oraz płytkowy)
- listwy(szerokość 0,1 3 m, stosunek wymiarów ok. 1:7:30),- równoległe listwy tworzą tzw. pakiety,- powstają w większości stopów żelaza,- dominują przy mniejszych zawartościach węgla,
- płytki o kształcie zbliżonym do soczewek,- dominują przy większych zawartościach węgla,
Schemat kryształów martenzytu płytkowegoa) całkowicie zbliźniaczonegob) częściowo zbliźniaczonegoWpływ zawartości węgla na typ tworzącego się martenzytu
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 141/360
141
Martenzyt listwowy
(niskowęglowa stal niestopowa,rdzeń stali nawęglanej)
(A. Krajczyk)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 142/360
Martenzyt średnioiglasty (stal o zawartości 0,4% C)
Martenzyt gruboiglasty (płytkowy)(stal wysokowęglowa)
(A. Krajczyk)
(ok. 700x)
(ok. 150x)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 143/360
143
Wpływ chłodzenia przerwanego na ilośćaustenitu szczątkowego
(L.A. Dobrzański)
(R. Haimann)
przemiana martenzytyczna nie zachodzi zwykle do końca,- temperatura M f (martensite finish) ma charakter umowny,
po jej przekroczeniu pozostaje niewielka ilość austenitunieprzemienionego ( austenit szczątkowy) – wszechstronnieściskanego płytkami martenzytu (o większej objętości niż austenit),- ilość austenitu szczątkowego zależy od szybkości chłodzenia,także przerwanie chłodzenia zwiększa jego ilość,
- duża ilość austenitu szczątkowego jest wykorzystywana wnowych generacjach stali na karoserie samochodów (np. stale TRIP),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 144/360
a
c
1. Martenzyt (przesycony węglem ferryt) charakteryzuje się zdeformowaną siecią RPC,- deformacja tetragonalna ( c a ) tym większa im więcej węgla,- tetragonalność jest wynikiem pewnego uporządkowania rozmieszczenia nadmiarowych atomów węglaw obrębie komórki sieci tak aby wzrostF był jak najmniejszy,
(L.A. Dobrzański)
Wpływ zawartości węgla na przebieg przemiany oraz budowę i właściwości martenzytu(+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 145/360
145
2. Wpływ zawartości węgla na temperaturę początku i końca przemiany martenzytycznej,od ok. 0,4 0,5% C temperatura M f znajduje się poniżej temperatury pokojowej,dokończenie przemiany jest możliwe dopiero w temperaturach ujemnych (obróbka podzerowa)
- wzrost kosztów,- niebezpieczeństwo wypaczeń lub pęknięć przedmiotów,
(R. Haimann)(M. Blicharski)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 146/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 147/360
147
3. Wpływ zawartości węgla na właściwości martenzytuduża twardość oraz nieodkształcalność (plastycznie) odpowiednio duża zawartość węgla
- umocnienie roztworowe silnie przesycony węglem roztwór stały (ferryt),- umocnienie zgniotowe (wzrost gęstości dyslokacji) zgniot fazowy
(rezultat przyrostu objętości),- umocnienie granicami ziaren ogromna ilość płytek martenzytu
zamiast jednego ziarna austenitu,
Twardość martenzytuUmowna granica plastyczności martenzytu
(E. Just) (P.G. Winchel, M. Cohen)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 148/360
148
Charakterystyczne cechy przemiany martenzytycznej w stopach żelaza z węglem:bezdyfuzyjna, atermiczna, w stalach nieodwracalna – wymaga ciągłego chłodzenia między Ms oraz M f ,
polega na skoordynowanym przemieszczeniu atomów bez zmiany sąsiedztwa,zachodzi przez ścinanie wg mechanizmu poślizgu lub bliźniakowania,produktem przemiany jest martenzyt listwowy lub płytkowy o własnościach zależnych od zawartości węglaoraz o objętości właściwej większej od objętości austenitu,pomiędzy sieciami austenitu i martenzytu zachowana jest ścisła zależność orientacji,zwykle nie zachodzi całkowicie (do końca) – pozostaje niewielka ilość ściśniętego austenitu szczątkowego,wolne chłodzenie lub izotermiczne wytrzymywanie (między Ms oraz M f ) stabilizuje austenit zwiększającilość austenitu szczątkowego,Martenzyt średnio- i wysokowęglowy (twardy i odporny na ścieranie) był od dawna wykorzystywany:
- w narzędziach,- na powierzchni części maszyn narażonych na ścieranie,- jako struktura wyjściowa do dalszej obróbki cieplnej sprężyn i części maszyn.
Ostatnio również w niskowęglowych stalach konstrukcyjnych (ciągliwych, łączonych spawaniem lubzgrzewaniem) wykorzystuje się wysoką wytrzymałość i granicę plastyczności martenzytu, np. stale DP(ferryt + martenzyt) na karoserie samochodowe.Bezdyfuzyjna przemiana typu martenzytycznego występuje:- w wielu metalach i ich stopach, np. metale z pamięcią kształtu (przemiana odwracalna),- w materiałach ceramicznych, np. zawierających cyrkonię (ZrO2),- w polimerach i materiałach biologicznych, np. niektórym bakteriom zmiana kształtu pomaga wbić się w
skórę,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 149/360
149
Przemiana bainitycznaprzemiana w pośrednim zakresie temperatur, między Tm (ok. 550 C) oraz M S (ok. 200 C),
- charakter bezdyfuzyjno-dyfuzyjny przemiany:- zbyt mała ruchliwość atomów Fe bezdyfuzyjna (jak martenzytyczna) przebudowa sieci A1 A2 ,- wystarczająca ruchliwość atomów C w austenicie lub w powstałym iglastym przesyconym ferrycie
krystalizujądrobne, cienkie blaszki Fe 3C lub Fe 2,6 C (węglik )
mieszanina iglastego, przesyconego ferrytu orazdrobnych, nieciągłych, płytkowych wydzieleń Fe3Club węglika (w niższych temperaturach)
od temperatury przemiany zależą:- przesycenie ferrytu,- przebieg przemiany,
- morfologia struktury,- umownie wyróżniamy:
- bainit górny (Tm 350 C),- bainit dolny ( 350 °C MS )
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 150/360
ogólny schemat przebiegu przemiany bainitycznej,
„przygotowanie” do przemiany (rozsegregowanie atomów C)
baini t (końcowe produkty przemiany) (L.A. Dobrzański)
(-+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 151/360
151
powstawanie bainitu górnego Fe 3C
- listwy (płytki) ferrytu o szerokości ok. 0,5m, między którymiznajduje się cementyt,
- płytki ferrytu mogą się poszerzać i wydłużać,- krótkie płytki cementytu mają takie ukierunkowanie
jak iglaste płytki ferrytu,
- struktura ma często charakter pierzasty
(igły ferrytu wyrastają od granic ziaren austenitu)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 152/360
pow stawan ie ba in i tu do lnego
TEM
- wzrost cząstek węglików (Fe 3 C lub ) zachodzi wewnątrz płytek ferrytu bainitycznego (pod kątem 55 do osi płytek) ,
- ferryt bainityczny, coraz bardziej przesycony węglem,staje się podobny do martenzytu,
- igły są nachylone do siebie pod kątami 60 i 120 , powstają nie tylko przy granicach ale i wewnątrz ziarn,
- zwiększa się ilość austenitu szczątkowego,
- bainit dolny trawi się silniej (ciemniejszy) niż martenzyt (obecność w igłach ferrytu cząstek drugiej fazy),
Martenzyt
Bain i t do lny
(A. Krajczyk) (R. Haiman n)
(M. Blich arski)
(przesycenie węglem, rozdrobnienie zależą od T )
(+)
(L.C. Chang , H.K.D.H. Bh adesh ia)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 153/360
153
Charakterystyczne cechy przemiany bainitycznej:
wykazuje okres inkubacji, podczas którego następują dyfuzyjne zmiany zawartości węgla w mikroobszarach,zarodkuje w mikroobszarach uboższych w węgiel oraz rośnie według atermicznej przemiany martenzytycznej,wzrost bainitu kontrolowany jest dyfuzją węgla (zależną od temperatury),w mikroobszarach bogatszych w węgiel wydzielają się węgliki,mechanizm przebiegu przemiany zależy od temperatury (bainit górny i dolny),produktem przemiany jest mieszanina: niskowęglowego, częściowo przesyconego ferrytu o dużej gęstości
dyslokacji (ferryt bainityczny) oraz cementytu lub węglikaw postaci drobnych płytkowych wydzieleń,ferryt bainityczny wykazuje określoną względem austenitu orientację,Właściwości bainitu:
bainit górny – struktura ogólnie niekorzystna:- wytrzymałość oraz twardość (ok. 45 HRC) podobna do drobnopłytkowych struktur perlitycznych,- ciągliwość jest gorsza (szczególnie pierzastego) – iglasty przesycony ferryt z Fe 3C na granicach igieł,
bainit dolny – struktura często wykorzystywana:- wytrzymałość oraz twardość (ok. 55 HRC) wyższa niż struktur perlitycznych,- ciągliwość lepsza niż bainitu górnego,
- morfologia oraz właściwości praktycznie identyczne jak martenzytu odpuszczonego w niskich temperaturach
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 154/360
154
Przemiany podczas odpuszczania
(przemiany dyfuzyjne po podgrzaniu zahartowanej na martenzyt stali)● struktura wyjściowa:martenzyt hartowania - M H (przesycony ferryt tetragonalny + austenit szczątkowy)- fazy metastabilne trwałe w temperaturze pokojowej zamrożenie ruchliwości atomów C oraz Fe,- struktura nie stosowana w praktyce wysokie naprężenia własne, brak ciągliwości, kruchość,● żądany zespół właściwości uzyskujemy po wygrzaniu (odpuszczaniu ) w wybranej temperaturze (poniżej A1),- podwyższenie temperatury reaktywacja dyfuzji atomów C zmiany struktury zmiany właściwości,
Wykres odpuszczania stali 0,35% C Wykres odpuszczania stali 0,45% C(L.A. Dobrzański)
(R. Haimann)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 155/360
155
● przemiany odpuszczania można badać i śledzić różnymi metodami:
- zmiany długości próbki (krzywe dylatometryczne) – największe znaczenie dydaktycznie,- zmiany twardości (metoda prosta, często stosowana w praktyce),
(zmiany długości L mierzone są po ochłodzeniu próbek) Temperatura odpuszczania
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 156/360
156
I stadium – do ok. 200 °C (początek wyraźnych zmian zależy od zawartości węgla),
● 80 (100) °C - przegrupowanie atomów C w martenzycie (bez tworzenia węglików),początek relaksacji naprężeń,● ok. 80 200 °C,
- powstają węgliki przejściowe o dużej dyspersji,- płytki (koherentne z tetragonalnym ferrytem),- heksagonalny węglik (Fe 2,4 C),
- wg ostatnich badań - rombowy węglik (Fe 2C),- maleje przesycenie ferrytu (do ok. 0,2%C),- maleje tetragonalność ferrytu,- maleją naprężenia (mniejsze przesycenie + relaksacja),- gęstość i rozmieszczenie dyslokacji pozostaje (przeszkadza węglik ),- austenit szczątkowy pozostaje,
● struktura: martenzyt odpuszczania(mieszanina lekko przesyconego iglastego ferrytu + koherentne wydzielenia węglika + austenit
szczątkowy),- morfologia i właściwości podobne do bainitu dolnego,
(Modp trawi się silniej niż MH)● właściwości:
- R m , R 0,2 , HRC nadal wysokie (prawie bez zmian)(malejące umocnienie roztworowe zastępowane przez nowe umocnienie wydzieleniowe)
- ciągliwość (K A Z) nadal niewielka ale zdecydowanie wyższa niż martenzytu hartowania (MH
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 157/360
157
II stadium – ok. 200 - 300 °C (objętość rośnie zanika austenit szczątkowy),● przemiana austenitu szczątkowego (przemiana podobna do powstawania bainitu dolnego),● produkty rozpadu sz są identyczne jak w przypadku rozpadu martenzytu hartowania w I stadium,● struktura: nadal nazywana martenzytem odpuszczania
(mieszanina jeszcze mniej przesyconego iglastego ferrytu + koherentne wydzielenia węglika ),
● właściwości:- Rm , R 0,2 , HRC - lekko maleją (wyższa temperatura, mniej przesycony ferryt, mniejsza dyspersja węglika )
- rosną ale z niższego poziomu , gdy austenitu szczątkowego było dużo (nie osiągnięta Mf ),
- udarność (K) - od ok. 250 °C zaczyna spadać ( nieodwracalna kruchość odpuszczania) spowodowanaprzypuszczalnie prawie ciągłą otoczką węglika wzdłuż byłych granic ziaren austenitu,
Wpływ temperatury odpuszczania naudarność stali niestopowej (0,42%C)
(ASM Handbook, T.4 – 1991)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 158/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 159/360
159
troostyt odpuszczania
stal średniowęglowa (ok. 04%C)
(A. Krajczyk)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 160/360
160
IV stadium – ok. 400 °C A1 (koagulacja cementytu oraz rekrystalizacja zgniotu fazowego),● ziarenka cementytu koagulują – stają się widoczne przy powiększeniach mikroskopu optycznego ( 500x),● nieprzesycony ferryt do temperatury ok. 650 °C zachowuje iglasty pomartenzytyczny kształt,
- ruch granic ferrytu (rekrystalizacja) jest blokowany wydzieleniami drobnego cementytu,- zgniot fazowy podlega tylko procesom zdrowienia,
● powyżej ok.650 °C następuje ruch granic szerokokątowych – rosną nowe równoosiowe ziarna ferrytu,- ruch granic ferrytu umożliwia dopiero odpowiednio wysoki stopień koagulacji cementytu,
● struktura:- do ok. 650 °C sorbit odpuszczania (martenzyt wysoko odpuszczony )
(mieszanina iglastego, pomartenzytycznego ferrytu + skoagulowane ziarenka cementytu),-powyżej650 °C sferoidyt - po długotrwałym wyżarzaniu
(mieszanina kulkowego cementytu na tle zrekrystalizowanego ferrytu)● właściwości sorbitu odpuszczania (optymalne skojarzenie wytrzymałości oraz ciągliwości):
- parametry wytrzymałościowe (Rm , R 0,2 ) – zdecydowanie wyższe niż dla stanu przed hartowaniem,- ciągliwość (K, A, Z) – nie gorsza a najczęściej wyższa niż dla stanu wyjściowego (przed hartowaniem),
- twardość (ok. 23 35 HRC) umożliwia jeszcze stosunkowo łatwe skrawanie,● sorbit odpuszczania jest najczęściej stosowaną strukturą w częściach maszyn ,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 161/360
161
sorbit odpuszczania(stal niskostopowa 0,4%C)
cementyt
(A. Krajczyk)700x
1400x
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 162/360
162
sorbit odpuszczania
(stal niestopowa 0,25%C)
(A. Krajczyk)150x
600x
cementyt
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 163/360
163
(A. Krajczyk)
(H.K.D.H. Bhadeshia)
sferoidyt (160-250) HB
(na przykładzie stali narzędziowych, ok. 1%C)po wyżarzaniu zmiękczającym- tuż poniżej A1,(bez hartowania)
cementyt
TEMpo hartowaniu oraz odpuszczaniu w 700 °C
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 164/360
164
Wybrane zagadnienia technologii obróbki cieplnej1. Temperatury nagrzewania przed hartowaniem stali.
● stale przedeutektoidalne: 30 (h. w wodzie) 50 (h. w oleju) °C nad A 3 ,
● stale zaeutektoidalne: 30 (woda) 50 (olej) °C nad A 1 (w celu uniknięcia dużej ilości sz )
- ale wcześniej odpowiednia postać Fe3C II (najlepiej sferoidyt),- unikamy konieczności usuwania sz co wiązałoby się z obniżeniem twardości,- mniejsze naprężenia własne (niższa temperatura),- Fe 3C II podwyższa odporność na ścieranie,
Twardość zahartowanej stali: a) twardość martenzytu,b) hartowanie znad A cm ,c) hartowanie znad A 1 ,(R. Haimann)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 165/360
165
prawidłowa struktura stalizaeutektoidalnej po OC
(twarda i odporna na ścieranie pohartowaniu znad A 1 orazodpuszczaniu niskim (do 250 °C)
300x
1200x
Fe 3C II
(A. Krajczyk)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 166/360
166
2. Sposoby hartowania objętościowego.● problemem jest różnica temperatur powierzchni i rdzenia naprężenia cieplne +
naprężenia po przemianie martenzytycznej,
Schemat hartowania zwykłego. (M. Blicharski)- duże naprężenia cieplne (I rodzaju) + naprężeniawynikające z przemiany martenzytycznej (II i III rodzaju),
- przedmioty o nieskomplikowanym kształcie,- zaletą jest prostota i łatwa możliwość mechanizacji,- można zastosować podchładzanie (początkowe
chłodzenie na powietrzu) – hartowanie z podchładzaniem,
Schemat hartowania w dwóch ośrodkach(hartowanie przerywane)
- przedmiot wyjmuje się z wody gdy powierzchniama ok. 300 °C i przenosi do oleju,
- wadą jest trudność ustalenia czasu przeniesienia,- zaletą są mniejsze naprężenia własne,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 167/360
167
Schemat hartowania stopniowego .- oziębianie przedmiotów w stopionych solach ( MS),- pozwala uniknąć naprężeń cieplnych (I rodzaju),- wadą jest mała intensywność chłodzenia kąpieli,wymagająca stali o większej hartowności,
Schemat hartowania izotemicznego (bainitycznego)- w wielu stalach jedyny sposób uzyskania struktury
bainitycznej,- mniejsze naprężenia własne,- wyższa ciągliwość,- mniej austenitu szczątkowego,
- najczęściej nie wymaga odpuszczania,- wadą jest mała intensywność chłodzenia kąpieli,wymagająca stali o większej hartowności,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 168/360
168
3. Hartowność oraz sposoby jej oznaczania.● hartowność – ogólnie: zdolność materiału do utwardzania się w głąb w wyniku oziębiania,
- dla stali: zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej podczas chłodzenia od temperaturyaustenityzowania ( miarą hartowności jest grubość warstwy zahartowanej) – PN-93/H-01200,
● o właściwościach stali w stanie zahartowanym decydują dwie cechy:- utwardzalność – podatność stali na hartowanie mierzona maksymalną twardością po hartowaniu,
- warunki austenityzowania (temperatura różna dla stali przed- oraz zaeutektoidalnych),
- stężenia węgla w austenicie,- obecność oraz stężenie dodatków stopowych,- hartowność (używa się też określenia „przehartowalność”) - zależy od:- składu chemicznego ( rośnie z zawartością C oraz pierwiastków stopowych – główny cel ich stosowania),- wielkości ziaren (im większe ziarna tym większa hartowność –tego nie wykorzystujemy !!),- jednorodności austenitu (im bardziej jednorodny tym większa hartowność),
- obecności nierozpuszczonych faz (obniżają hartowność ułatwiają zarodkowanie i przemiany dyfuzyjne).● hartowność jest głównymkryterium doboru stali, np. maszynowych, sprężynowych, narzędziowych,
- wysoka hartowność (kosztowna dodatki stopowe) jest konieczna gdy:
- przedmiot ma tak skomplikowany kształt, że musi być wolno chłodzony przy hartowaniu,- chcemy zahartować przedmiot odpowiednio głęboko,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 169/360
169
● na przekroju hartowanego pręta występują różne prędkości chłodzenia,
- miarą głębokości pełnego zahartowania jest krytyczna szybkość hartowania (vkr ),- parametr ten (v kr ) jest zbyt trudny do wykorzystania w praktyce,- dla ułatwienia wprowadzono pojęcieśrednicy krytycznej
(opracowano proste i powtarzalne metody jej wyznaczania),
vrdzenia
vkr vpow
Wpływ zawartości węgla nakrytyczną szybkość hartowania,
vpowierzchni
v vkr
vkr
vrdzenia (v vkr )
strefazahartowanana martenzyt
strefazahartowanana martenzyt
strefaniezahartowana
całkowicie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 170/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 171/360
171
● najłatwiej określić głębokość, na której występuje50% martenzytu (D 50 )- metodą pomiaru twardości,- poprzez obserwacje mikroskopowe,
strefa półmartenzytyczna
Wpływ zawartości węgla na twardość strefy
półmartenzytycznej w stalach
Dla części silnie obciążonych, w których strefapółmartenzytyczna w rdzeniu jest niedopuszczalnamożna określać strefy o większej zawartościmartenzytu,wykorzystując odpowiednie wykresy doświadczalne.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 172/360
172
● przykład wyznaczania średnicy krytycznej D50 metodą krzywych U,- metoda historyczna, pracochłonna (nie stosowana obecnie w praktyce),
Krzywe rozkładu twardości na przekroju prętów o różnej średnicy(stal 0,3% C oraz 3% Ni, hartowana w wodzie)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 173/360
173
● średnica krytyczna Dk (najczęściej jako D50 ) dotyczy określonego ośrodka chłodzącego wraz z
określoną intensywności poruszania w tym ośrodku (H)● wprowadzono pojęcieidealnej średnicy krytycznej D w idealnym ośrodku chłodzącym(H = )(miara hartowności niezależna od warunków chłodzenia jako umowny poziom odniesienia)
Uproszczony schemat nomogramu, np. do określania idealnej średnicy krytycznej
lub średnic krytycznych w różnych ośrodkach (według Grossmana)
H – współczynnikintensywnościchłodzenia
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 174/360
174
● szczegółowa zależność miedzy idealnymi (D ) oraz rzeczywistymi (D k ) średnicami krytycznymi
H – współczynnik
intensywnościchłodzenia
Idealna średnica krytyczna D , mm
Hartowność stali:mała D 50 mm,
średnia D = 50 80 mm,duża D = 80 150 mm,
bardzo duża D 150 mm,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 175/360
175
● określanie hartowności metodą chłodzenia od czoła – metoda Jominy’ego,- znormalizowane urządzenie, próbka oraz warunki próby powtarzalność i dokładność wyników,- założono, że szybkość chłodzenia w określonych odległościach od czoła jest jednakowa dlawiększości stali niestopowych oraz niskostopowych ośrednich wartościach vkr
- wynikiem próby jestkrzywa hartowności, tzn. zależność: HRC = f (odległości od czoła),- twardość HRC mierzona na zeszlifowanej powierzchni bocznej próbki (wzdłuż tworzącej walca),
1 - zbiornik z wodą,2 - wanna,3 - zawór,
4 - dysza wodna,5 - przesłona,6 - uchwyt próbki,7 - próbka
(L.A. Dobrzański)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 176/360
176
● przykładowe krzywe i pasma hartowności wyznaczone w próbie Jominy’ego- optymalne wykorzystanie danej stali w konkretnym przedmiocie wymaga kontrolnych badań zakupionejpartii stali lub zamawiania u producenta wąskiego pasma hartowności dodatkowe koszty,
D = 55 mm D = 130 mm21 2,7
Pasmo hartowności dla stali 35HM (35CrMo4)
Schemat wyznaczania szybkości chłodzenia wstrefie półmartenzytycznej D oraz D 50 (z nomogramów),
- jak optymalnie wyznaczyć D oraz D 50 ?!
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 177/360
177
● wpływ ilości martenzytu w środku przekroju na właściwości części maszyn,● niejednorodna struktura na przekroju (za mało martenzytu):
- mniejsza wytrzymałość zmęczeniowa,- mniejsza ciągliwość (udarność),
nieprawidłowa struktura dla częścisilnie i bardzo silnie obciążonych,
Twardość zahartowanej stali przy różnymudziale martenzytu w zależności od % C.
Nomogram do określania krytycznych średnic idealnychdla różnych udziałów martenzytu w środku pręta.
(wg J M Hodge’a i M A Orehoskiego) (R Haimann)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 178/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 179/360
179
● odpuszczanie niskie : 150 250 °C - martenzyt odpuszczania (zwykle 58 63 HRC)
- zmniejszenie naprężeń hartowniczych (poprzez zmianę struktury oraz relaksację naprężeń),- zachowanie wysokiej twardości i wytrzymałości(Rm , R 0,2 ) ale bardzo mała ciągliwość (K),
- zastosowanie: gdy wymagamy dużej twardości i odporności na ścieranieoraz godzimy się naniewielką ciągliwość,
(narzędzia, łożyska toczne, przedmioty po nawęglaniu, hartowaniu powierzchniowym itp.)● odpuszczanie średnie : 350 500 °C - troostyt odpuszczania (zwykle 40 50 HRC)
- zapewnia wysoką jeszcze wytrzymałość (Rm
, R0,2
, Rspr
),- wzrost ciągliwości(K, Z, A) nie jest duży ale często już zadowalający,- zdecydowane zmniejszenie twardości ale jeszcze trudna skrawalność,
- zastosowanie: gdy wymagamy znacznej granicy sprężystości oraz godzimy się na małą ciągliwość,np. elementy sprężyste,gdy narzędzie powinno mieć podwyższoną ciągliwość ale nie musi być ostre,np. narzędzia pneumatyczne, matryce itp.)
● odpuszczanie wysokie : 500 650 °C - sorbit odpuszczania (zwykle 23 35 HRC)- najlepsze skojarzenie własności wytrzymałościowych oraz ciągliwości,● Rm , R 0,2 - zwykle o 30 50% wyższa niż w stanie wyjściowym(po normalizowaniu),● udarność (K) –zwykle o 20 50% wyższa niż w stanie wyjściowym(po normalizowaniu),● twardość umożliwia już stosunkowo łatwe skrawanie,
- hartowanie + wysokie odpuszczanie nosi odrębną nazwę: „ulepszanie cieplne ”,
zastosowanie: powszechne do przedmiotów ze stali maszynowych średniowęglowych
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 180/360
180
5. Rodzaje wyżarzania. ● podstawowym celem jest zmiana struktury zmiana właściwości !!,
(R Haimann)
ł l
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 181/360
181
● wyżarzanie zupełne oraz normalizujące(normalizowanie )- identyczne temperatury nagrzewania (30 50 K nad A
3lub A
cm), różna szybkość chłodzenia,
● wyżarzanie zupełne stali przedeutektoidalnych,- chłodzenie: bardzo wolne (zwykle z piecem),- zmiany struktury:
- uzyskanie struktury równowagowej, ujednolicenie struktury na przekroju przedmiotu,- zwykle pewne rozdrobnienie ziarna ferrytu dwukrotne przekrystalizowanie,- zmniejszenie dyspersji perlitu (większa odległość między płytkami),
-zmiany właściwości:- obniżenie twardości oraz wytrzymałości (Rm , R e ), zmniejszenie naprężeń własnych ,
- polepszenie ciągliwości (K, Z, A),- podwyższenie obrabialności,
- zastosowanie: po walcowaniu lub kuciu (stan: wyżarzony), odlewy (usuwanie struktury Widmannst ättena)● wyżarzanie normalizujące stali przedeutektoidalnej),
- chłodzenie: stosunkowo szybkie (w spokojnym powietrzu),- zmiany struktury:
- uzyskanie struktury nierównowagi(ale w zakresie przemian dyfuzyjnych),- silne rozdrobnienie ziarna ferrytu (większe przechłodzenie T LZ),- zwiększenie dyspersji perlitu(rośnie twardość),- zwiększenie ilości perlitu(quasi-eutektoid) oraz zmniejszenie ilości ferrytu(struktura stali „udaje” większą zawartość węgla),
- zmiany właściwości:- podwyższenie twardości oraz wytrzymałości(R m , R e ) – główny cel,- zwykle tylko niewielkie obniżenie ciągliwości(K, Z, A) przeciwdziała drobne ziarno ferrytu,- pogorszenie obrabialności,
- zastosowanie:- w hutach (stan dostawy: normalizowany ) – odkuwki, odlewy, wyroby płaskie, długie itp.,-
często obróbka poprzedzająca hartowanie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 182/360
182
● w stalach zaeutektoidalnych:
- wyżarzanie zupełne prowadzi do siatki Fe 3C II praktycznie nie stosowane,- normalizowanie ,- pozwala zgubić siatkę Fe3C II (quasi- perlit o większej zawartości węgla),- utrudnia obrabialność (twardość do 45 HRC) rzadko stosowane,
R m, R p 0,2
[MN m -2]1000
800
600
400
200
00,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Zawartość węgla %
K[ J]140
120
100
80
60
40
20
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
20
40
60
A [%]
(K)
Zawartość węgla %
Właściwości stali powyżarzaniu zupełnym oraznormalizowaniu
(B. Kuźnicka)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 183/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 184/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 185/360
185
Typowe wadliwe struktury stali przedeutektoidalnej
Stal 0,2% C - pasmowość (segregacja dendrytyczna przykrzepnięciu + walcowanie na gorąco + wolne chłodzenie)
Stal 0,15% C - struktura Widmannst ättena
(przegrzanie duże ziarno + szybkie chłodzenie ale przemiany dyfuzyjne)
+ w y ż a r z a n
i e
Stal 0,2% C - po normalizowaniu (usuwanie wad struktury)- usuwania wadliwych struktur:
- wyżarzanie zupełne lub normalizujące,- często stosuje się wyżarzanie podwójne:
- najpierw zupełne (w ok. 50°C wyższej temp.)- następnie normalizowanie (rozdrobnienie ziaren)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 186/360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 187/360
187
Stal wysokostopowa (Cr+Ni)
odporna na korozję(struktura ferrytyczno-austenityczna)
pasmowość (L. Mroczkowski)
pow. mikroskopu 400x
struktura Widmannst ättena(SWC złącza spawanego)iglasty austenit
● ż i f id j ( t i k j )
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 188/360
188
● wyżarzanie sferoidyzujące ( często nazywane zmiękczającym)
● teoretycznie dostatecznie długie wygrzewaniew temperaturze tuż poniżej A1
(Fe 3C przyjmie postać kulistą – energetycznie korzystniejszą)
● w praktyce nagrzanie stali do temperatury tużnad A C1oraz wykorzystanie niejednorodnego austenitu z cząstkaminierozpuszczonego Fe 3C,
- wygrzewanie w temperaturze 10 30 °C nad A C1 ,- wolne chłodzenie ( 10 K/s) w zakresie przemianyperlitycznej (aby odpowiednio duże sferoidy Fe3C),
● stosowane są różne sposoby skrócenia czasu zabiegu:- wyżarzanie wahadłowe,- wyżarzanie z przemianą izotermiczną,
● zastosowanie:- obowiązkowe dla stali zaeutektoidalnych (już w hutach),- polepszenie skrawalności,- najwłaściwsza struktura przed hartowaniem,
(stale narzędziowe, łożyska toczne itp. ) Diagramy wyżarzania sferoidyzującego:a – z powolnym chłodzeniem,b – wahadłowego,
c z przemianą izotermiczną
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 189/360
189
Schemat zmian struktury podczas
wyżarzania sferoidyzującego stali eutektoidalnejsferoidyzacja niezupełna
Stal 0,8%C - perlit płytkowy
sferoidyzacja pełna
(A. Krajczyk)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 190/360
190
Stal 0,3%C po wyżarzaniusferoidyzującym (zmiękczającym)
(R F Cochrane University of Leeds)
d d
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 191/360
191
● wyżarzanie ujednoradniające
Przed wyżarzaniem:mikrosegregacja dendrytyczna(nadstop tytanu stosowany na implanty)
Po wyżarzaniu: jednorodne ziarna roztworu stałego
ż i k li j
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 192/360
192
● wyżarzanie rekrystalizujące- celem jest usunięcie skutków odkształcenia plastycznego na zimno,- skutkiem są drobne ziarna, przywrócenie pierwotnej plastyczności,
Przed wyżarzaniem Po wyżarzaniu
(B K ź i k )
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 193/360
193
b óbk h
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 194/360
194
Obróbka powierzchniowa(ograniczamy się do obróbki mającej na celu utwardzenie powierzchni)
- stosowana wówczas, gdy od przedmiotu wymagamywysokiej twardości i odporności na ścieranieoraz jednocześnie zapewnienia odpowiednio wysokiej ciągliwości(udarności) przedmiotu,
– jest to niemożliwe do spełnienia poprzez klasyczne hartowanie objętościowe oraz odpuszczanie,- zrealizowanie tych pozornie sprzecznych celów umożliwia obróbka powierzchniowa:
- hartowanie powierzchniowe – najtańsze ale nie umożliwiające idealnego spełnienia celów,- obróbka cieplno-chemiczna – droga ale umożliwiająca osiągnięcie założonych wymagań,
(nawęglanie, azotowanie, borowanie itp. )● hartowanie powierzchniowe,
- ideą jest osiągnięcie jak najwyższej twardości oraz odporności na ścieranie na powierzchni orazzachowanie odpowiednio ciągliwego rdzenia,
- ciągliwy rdzeń zapewnia struktura stali przedeutektoidalnej, zwykle0,35 0,5 % C,
- stan po normalizowaniu (najczęściej stosowany – struktura ferrytyczno-perlityczna),- stan po ulepszaniu cieplnym (struktura sorbitu odpuszczania),
- powierzchnia, po hartowaniu oraz niskim odpuszczaniu , zwykle 200 °C(ale twardość i odporność na ścieranie właściwa dla wybranej zawartości węgla),
- zabieg polega na szybkim nagrzaniu do struktury austenitu tylko warstwy powierzchniowejprzedmiotu oraz następnie szybkim chłodzeniu (v vkr ),
grubość warstwy zahartowanej ki
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 195/360
195
grubość warstwy zahartowanej warunki pracy,
- najczęściej 1,5 3,0 mm,- przy dużych naciskach miejscowych (4 5 mm),- bardzo duże naciski (nawet 10 15 mm),- ale nie więcej niż ok. 20% pola przekroju,
Przykładowy zakres temperatur hartowania (dla stali C35)
Rzeczywisty rozkład twardości w warstwiepowierzchniowej (dla stali C45 zahartowanej indukcyjnie).
● hartowanie płomieniowe
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 196/360
196
● hartowanie płomieniowe
(produkcja małoseryjna, przedmioty o dużych rozmiarach)- powierzchni płaskich
gaz wodachłodząca
powierzchniahartowana
- powierzchni walcowych powierzchnia hartowana
płomień
woda chłodząca
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 197/360
197
Przykłady profili warstw zahartowanych płomieniowo
KołaKoła zębate Koła pasowe Tuleje
(B. Kuźnicka)
● hartowanie indukcyjne
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 198/360
198
● hartowanie indukcyjne(stosowane w produkcji wielkoseryjnej – wysoki koszt urządzenia, indywidualne wzbudniki, kosztowne badania)
prądy wirowe indukowane w przedmiociepłyną jedynie w cienkiej warstwie powierzchniowej(w przypadku prądów o wielkiej częstotliwości)
Schemat nagrzewania indukcyjnego wałka (2)we wzbudniku jednozwojowym (1).
- grubość warstwy nagrzanej regulowana jest częstotliwością prądu (f):
f μ
ρK g
g – grubość warstwy zahartowanej
K – stała proporcjonalności
- rezystywność stali
- przenikalność magnetyczna stali
f – częstotliwość prądu
● przykłady struktur przedmiotów hartowanych powierzchniowo
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 199/360
199
● przykłady struktur przedmiotów hartowanych powierzchniowo
stal 0,4% C,normalizowanaprzed zabiegiem
ferryt + quasi-perlit(w rdzeniu)
martenzyt odpuszczania(na powierzchni)
stal 0,6% C,ulepszana cieplnieprzed zabiegiem
martenzyt odpuszczaniaz austenitem szczątkowym(na powierzchni)
sorbit odpuszczania(w rdzeniu)
przykład hartowania powierzchniowego przykład hartowania powierzchniowego
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 200/360
200
-przykład hartowania powierzchniowegostali z pasmowością,
- miękkie plamy nierozpuszczonychpasmowych skupisk ferrytu,
(temperatura austenityzowania była prawidłowa dlauśrednionej zawartości węgla – nie uwzględnionopasmowości)
-przykład hartowania powierzchniowego
żeliwa sferoidalnego,martenzyt odpuszczania(na powierzchni)
struktura perlityczno-ferrytyczna(w rdzeniu)
● hartowanie laserowe
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 201/360
201
● hartowanie laserowe- wiązka z lasera może być łatwo kierowana nawet w trudno dostępne miejsca przedmiotu,
- specjalne systemy soczewek oraz zwierciadeł (przesuwanych, obracanych, drgających)- grubość warstwy zahartowanej może być dokładnie regulowana oraz może być bardzo cienka (np. 0,2 mm)
wiązka laserowa
zwierciadło skupiające
zwierciadło miedziane
nagrzewana
powierzchnia
- przykładem nietypowych zastosowań jest hartowanie powierzchniowe gotowych narzędzi(narzędzia wcześniej zahartowane, odpuszczone oraz zaostrzone)
- rośnie twardość powierzchniowa (o 10 15%) wskutek bardzo drobnoiglastego martenzytu hartowania(o grubości np. ok. 0,2 mm),
- przykłady praktycznie nieograniczonych możliwości hartowania laserowego
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 202/360
202
przykłady praktycznie nieograniczonych możliwości hartowania laserowego
zwierciadło
pierścieńnagrzewany
promieńpierścieniowy
przedmiot
stożkowezwierciadłomiedziane
laser
utwardzany pierścieńwewnętrzny (B. Kuźnicka) (R. Haimann)
Obróbka cieplno - chemiczna stali
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 203/360
203
Obróbka cieplno chemiczna stali
- dyfuzyjna zmiana składu chemicznego oraz struktury i właściwości warstwy powierzchniowej,
- odporność na ścieranie ,- odporność korozyjna i erozyjna,- odporność na zmęczenie,- własności fizyczne powierzchni,
Podział metod obróbkicieplno-chemicznej.
(L.A. Dobrzański)
trzy główne procesy fizyko-chemiczne zachodzące jednocześnie :
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 204/360
204
y g p y y ą j
- powstawanie aktywnych atomóww środowisku otaczającym przedmiot (różne reakcje chemiczne),- adsorpcja atomów na powierzchni przedmiotu (wynik przyciągania przez atomy z przedmiotu),- dyfuzja zaadsorbowanych atomóww głąb przedmiotu (wędrówka atomów w sieci krystalicznej),
-mechanizmy dyfuzji w ciałach krystalicznych:- międzywęzłowy,- wakansowy,
- prosta lub pierścieniowa wymiana miejsc,- wzdłuż granic ziarn lub dyslokacji,- relaksacyjny (wzdłuż stref o rozluźnionej strukturze), międzywęzłowy wakansowy wymiana miejsc
Schemat reakcji zachodzących podczas obróbki. Metody obróbki- stan ośrodka nasycającego dyfuzyjnie.
(L.A. Dobrzański)
nawęglanie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 205/360
205
nawęglanie- uzyskanie twardej i odpornej na ścieranie powierzchni,- zachowanie rdzenia o dobrej ciągliwości,- przedmiot hartowany objętościowo + nisko odpuszczany,
- powierzchnia nawęglana do zwykle0,85 ÷1,1% C ,- więcej węgla problemy unikania siatki Fe 3C II lub n ,
- rdzeń zwykle< 0,25% C (martenzyt jeszcze ciągliwy),
- własności zależą od ilości C, temperatury hartowania orazgłębokości zahartowania,
ośrodek stały,stal C10
ośrodek gazowy,stal C10
Przykładowy rozkład zawartości węglaoraz twardości po hartowaniu i niskim odpuszczaniu. (R. Haimann)
problemy obróbki cieplnej stali po nawęglaniu:
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 206/360
206
p y p j p ęg
- rozrost ziarna austenitu w trakcie nawęglania,- dobór temperatury hartowania (powierzchni i rdzenia jednocześnie),- uniknięcie siatki Fe3C II oraz zbyt dużej ilości n ,
a) hartowanie bezpośrednio z temperatur nawęglania ,- najprostsze (łatwe do automatyzacji przy wielkich seriach) ale:
- stale drobnoziarniste (zabezpieczone przed rozrostem ziarna),
- dla powierzchni temperatura za wysoka więc:- nawęglanie do max 0,8÷0,9% C,- często wymrażanie (dla usunięcia n ),
powierzch nia: martenzyt odpuszczania + odpowiedniomało austenitu nieprzemienionego,
rdzeń: martenzyt niskowęglowy, nisko odpuszczony,(A. Krajczyk)
b) hartowanie bezpośrednie z podchładzaniem ,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 207/360
207
) p p
- nadal łatwe do automatyzacji w produkcji wielkoseryjnej ale:- stale drobnoziarniste (zabezpieczone przed rozrostem ziarna),- dla powierzchni prawidłowa temperatura hartowania więc:
- możliwe nawęglanie do wyższych zawartości C ale:- kontrolowane wydzielanie Fe 3C II (brak siatki),- kontrolowana ilość n ,
- za niska temperatura hartowania rdzenia,- ferryt z martenzytem średnio lub wysokowęglowym(ciągliwość zapewnia ferryt w odpowiedniej ilości),
pow ierzchnia: martenzyt odpuszczania + Fe 3C II orazodpowiednio mało austenitu nieprzemienionego,
rdzeń: ferryt + martenzyt średniowęglowy(przykład gdy wytrzymałość wysoka, ciągliwość mała)
(A. Krajczyk)
c) wielozabiegowa obróbka cieplna po nawęglaniu,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 208/360
208
) g p p ęg
- uzyskanie odpowiednio drobnego ziarna austenitu,- zwiększenie zawartości węgla na powierzchni,
- obecność Fe 3C II zwiększa odporność na ścieranie,- optymalizacja temperatury hartowania,- uzyskanie najlepszego zespołu własności,- uniknięcie powstania wadliwych struktur na powierzchni:
gruboiglastość martenzytu,zbyt duża ilość austenitunieprzemienionego
siatka cementytudrugorzędowego
(A. Krajczyk)
● azotowanie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 209/360
209
azotowanie
- zwiększenie twardości i odporności na ścieraniewarstw wierzchnich,- wyższa twardość (do 1100 HV) oraz wyższa temperatura pracy (do ok. 500°C) niż po nawęglaniu,
- zwiększenie wytrzymałości na zmęczenie(naprężenia ściskające w warstwie nawet do 800 MPa),- zwiększenie odporności na korozję atmosferyczną,
- azotujemy wyłącznie stale stopowe (trwałość azotków maleje w kolejności: AlN, VN, CrN, WN, MoN),- warstwa najczęściej tylko 0,2-0,6 mm , temperatura zwykle 500-560 °C, czasy bardzo długie,- przed azotowaniem przedmioty ulepsza się cieplnie (podparcie cienkiej warstwy naazotowanej),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 210/360
210
Mikrostruktura warstwy naazotowanej:
- na powierzchni jasna warstewka faz oraz ,- w całej objętości struktura sorbitu odpuszczania,
- przy powierzchni sorbit ciemniejszy z powoduobecności azotków utwardzających warstwę,
(L.A. Dobrzański 2006)
( 41CrAlMo7-10)
(R. Haimann)
(A. Krajczyk)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 211/360
Wpływ dodatków stopowych w stopach żelaza
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 212/360
212
● bardzo często: Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, V,● rzadziej: Al, Cu, Co, Ti, Nb, Zr,● ostatnio: N, B, P,
1. Wpływ na przemiany alotropowe żelaza.
MnNi
(Co)
C
NCu
Fe % M % MFeWykres z otwartym polem austenitu. Wykres z poszerzonym polem austenitu.
- bierzemy pod uwagę tylko zawartość M rozpuszczoną w austenicie lub ferrycie,
- mniej ważne, gdyż stosowane w niewielkich ilościach,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 213/360
213
Wykres z otwartym polem ferrytu lubwykres z zamkniętym polem austenitu.
AlSiVCr MoWTi
BSZr
NbTa
FeFe
% M% M
Wykresy ze zwężonym polem austenitu.
2. Wpływ pierwiastków stopowych na układ Fe –C – M
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 214/360
214
-bierzemy pod uwagę tylko zawartość M rozpuszczoną w austenicie lub ferrycie,- im silniej węgliko- oraz azotkotwórczy M tym mniej będzie go w roztworze (ferryt, austenit),
Wpływ dodatków stopowych na położeniecharakterystycznych punktów wykresu Fe –Fe 3C.
Wpływ dodatków stopowych na temperaturęprzemiany eutektoidalnej.
(R. Haimann)
Zakres występowania
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 215/360
215
y ępaustenitu w stopach Fe-C-M
(L.A. Dobrzański)
3. Struktury stali stopowych (układ Fe –C – M)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 216/360
216
y p y ( )
Wpływ pierwiastków ferrytotwórczych(Cr, Mo, W, Si, Al, Ti)
Wpływ pierwiastków austenitotwórczych(Ni, Mn, N, C)
(L.A. Dobrzański)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 217/360
217
4. Wpływ dodatków stopowychna własności ferrytu
(R. Haimann)
6. Węgliki w stalach stopowych
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 218/360
218
MC , M 2Cwęgliki proste
M3C , M 23 C6 , M7C3 M6C
węgliki proste i złożonenp. Fe 3C , (Fe, Mn) 3C , Fe 21 Mo2C6
w. złożone,np. Fe 3W3C
fazy międzywęzłowe proste
fazy międzywęzłowe o strukturze złożonej
Fe, Mn, Cr, W, Mo Ta, Nb, V, Hf, Zr, Titrwałość węglików temperatura austenityzowania
w stalach stopowych skład węglików zależy od składu stali:- przykładowo w stali HS6-5-2 (SW7M): M 3C (Fe 2,5 W0,05 Mo0,07 Cr 0,31 )C 1,02
MC (Fe 0,06 W0,1 Mo0,15 V0,66 Cr 0,07 )
6. Węgliki w stalach stopowych
klasyfikacja wg Goldschmidta
(M. Blicharski)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 219/360
(-+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 220/360
r
(R. Haiman n)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 221/360
10. Wpływ pierwiastków stopowych na hartowność
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 222/360
222
Metoda zalecana w normie ASTM A255-1985
(stanowi rozwinięcie metodyM. A. Grossmanna)
Idealna średnica krytyczna podstawowa DIw zależy:- od zawartości C oraz wielkości ziarna austenitu pierwotnego dla stali średnio- i niskowęglowych
(wg A.F. Retany i D.V. Doane`a), DI50 = D Iw · kd1 · kd2 · …. ·kdn
(L.A. Dobrzański)
(-+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 223/360
11. Wpływ pierwiastków stopowych na przemiany odpuszczania.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 224/360
224
● przemiany w temperaturach ok. 450 °C podobnie jak w stalach niestopowych ,
- możliwy jest istotnyruch dyfuzyjny tylko atomów C,
- atomy pierwiastków stopowych (M) powodują tylkoopóźnienie i spowolnienie przemian(wydzielanie węglików przejściowych, , , rozpad austenitu szczątkowego, zarodkowanie cementytu),
- szczególnie duży jest wpływ na rozpad austenitu szczątkowego(często dopiero 450 °C),
- powstaje cementyt stopowy (Fe, M) 3C wbudowując w siebie atomy M zawarte w osnowie,- Si najsilniej podnosi temperaturę przemiany węglika w cementyt (nawet 450 °C),
● przemiany w temperaturach 450 °C przebiegają inaczej (z udziałem ruchu dyfuzyjnego M)
- cementyt pozbywa się atomów „niechcianych” (Si, Ni, Co) oraz wciąga węglikotwórcze (Mn, Cr itd.),
- proces ten utrudnia i opóźnia koagulację cementytu stopowego,
- pierwiastki silniej węglikotwórcze niż Fe oraz Mn tworzą węgliki stopowe:
- przez przemianę „in situ”zastępując cząstki cementytu (zarodkowanie „w miejscu”), np. Cr,
- przez zarodkowanie niezależne – nowy węglik powstaje niezależnie od istniejącego cementytu,
- na dyslokacjach, często koherentne, duża dyspersja twardość wtórna (Mo, W, V),
- cementyt ulega rozpuszczeniu na rzecz bardziej trwałych węglików,
- austenit szczątkowy (mimo zmniejszenia zawartości C oraz M) przemienia się często dopiero
- schemat wpływu dodatków stopowych na procesy odpuszczania
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 225/360
225
Mhartstopowy
(F przes + + n)stop
Fp+ (Fe, M) 3C
IIdo 500 °C
I II III IV
n n + węgliki
Mhart + n
F stop + (Fe, M) 3C
np. Mn, Cr
np. Si, Ni
MnC m
zarodk. „in situ”(w cementycie)
zarodk. niezależne(wtórna twardość)
Mhart
mart. hart.
Mh (F p+ )+ n
martenzyt odpuszczanian (F p+ ) (F+Fe 3C)
Fptroostyt odp.
Todpusz [°C]
koagulacja Fe 3C
sorbit odpuszczania
rekrystalizacja F
sferoidyt
- zjawisko twardości wtórnej w stalach stopowych,● twardość wtórna wzrost twardości wydzielanie się węglików zarodkujących niezależnie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 226/360
226
● twardość wtórna wzrost twardości wydzielanie się węglików zarodkujących niezależnie(niezależnie od cząstek cementytu) wzrost dyspersji (często koherentne),
- zarodkowanie węglików dopiero 450 °C, niezależne, głównie na dyslokacjach,- węglikiMo, W i V (wcześniej musza być rozpuszczone w austenicie),- głównie wykorzystywane w stalach narzędziowych (szybkotnących, do pracy na gorąco)oraz innych pracujących w podwyższonych temperaturach (np. w energetyce),
(za M. Blicharskim)
- odwracalna kruchość odpuszczania w stalach stopowych
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 227/360
227
● kruchość nieodwracalna (kruchość 300, kruchość na niebiesko) po odpuszczaniu w 200 350 °C,- przypuszczalnie atomy S i P segregują do granic ziaren podczas austenityzowania co później ułatwia
zarodkowanie węglika oraz cementytu – prawie ciągła otoczka stale niestopowe i stopowe,● kruchość odwracalna (kruchość 500) po odpuszczaniu w 400 600 °C,
- powstaje podczas wolnego chłodzenia w tym zakresie temperatur , tylko w stalach stopowych ,
- przypuszczalnie równowagowa współsegregacja atomów zanieczyszczeń (As, Sn, P, Sb) oraz atomówpierwiastków stopowych (Ni, Mn, Si) do granic ziaren byłego austenitu, co powoduje ich osłabienie,
- Mo, Ti , Zr opóźniają lub zapobiegają kruchości (tylko rozpuszczone w ferrycie),- Mn, Si zdecydowanie sprzyjają jej występowaniu,- Ni, Cr umiarkowanie sprzyjają (mocniej gdy są razem),
nieodwracalna odwracalna
-szybkie chłodzenie (400 600 °C)
zapobiega lub usuwa kruchośćodwracalną (w st. stopowych),
stal o składzie:0,4%C + 5%Cr + 2%Mo +0,5%V
(R. Haimann) (M. Blicharski)
Struktury stali odpornych na korozję elektrochemiczną
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 228/360
228
y p y ję ą
ferrytyczneferrytyczno-austenityczne
„duplex steel”
austenityczno-martenzytyczne
0,08 (0,05 lub 0,03)%Cprzy (11,5 18,5)%Cr
metastabilne odkształcane na zimnow obniżonych temperaturachnp. drut na sprężyny,
o regulowanej przemianie- formowane w stanie austenitu,
- niskotemperaturowa OC zumacnianiem wydzieleniowym mart.,
austenityczne
martenzytyczne0,12 ale do 1,0 %Cprzy (12 18) %Cr
0,06 %Cprzy (12 16) %Cr oraz (4 6,5) %Ni
oraz
od 0,02 do 0,15 %Cprzy (17 27) %Cr
oraz (7 33,5) %Ni
0,03 (0,05) %Cprzy (18,5 29) %Cr oraz (4,5 7) %Nioraz (0,08 0,35) %N
umacniane wydzieleniowo(austenityczne lub martenzytyczne)
od 0,015 do 0,09 %Cprzy (12 17) %Cr oraz (4 22,5) %Nioraz Nb, Al, Ti, V, B
austenitycznebez niklu
1 %N oraz np. 18 %Mnprzy np. 18 %Cr
nowe
badane
wdrożonePN-EN
(+)PN-EN 10088-1:2005(U)(razem 110 różnych gatunków)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 229/360
229(H.K.D.H. Bhadeshia,University of Cambridge)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 230/360
- zależy silnie od temperatury i czasu (możliwości dyfuzji atomów Cr) (-+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 231/360
231
(M. Blicharski )
(Oliver Greven, Stahl-Institut der RWTH Aachen)
Korozja międzykrystaliczna w stali austenitycznej (1.4301)
rosnące znaczenie azotu jako dodatku stopowego (austenitotwórczy),- zwiększa zdecydowanie odporność na korozję międzykrystaliczną(dla stali austenitycznych)
(-+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 232/360
232
- zwiększa zdecydowanie odporność na korozję międzykrystaliczną(dla stali austenitycznych) ,- silnie umacnia roztworowo stale austenityczne,- umożliwia szybkie i silne umocnienie odkształceniowe austenitu,- azot oraz Mn zastępują drogi nikiel w działaniu austenitotwórczym,
- rozpuszczalność N w austenicie stopowym jest duża (> 1%) oraz rośnie ze wzrostem zawartości Mn,- ale duże problemy technologiczne (niewielka rozpuszczalność N w ciekłej stali),
(M. Blicharski)
(18% Cr + 18% Mn)
Umocnienie roztworowe austenitu azotem
Wpływ N na umocnienie odkształceniowe
(+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 233/360
233
- znaczne zmniejszenie zawartości Ni,
(H.K.D.H. Bhadeshia, University of Cambridge)
(-+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 234/360
234
Stal duplex (IC381) – ciemny ferryt
Stal duplex (A219) – ciemny ferryt, żółtyaustenit oraz niepożądana biała faza(powoduje kruchość stopu)
(H.K.D.H. Bhadeshia, University of Cambridge)
Stale ferrytyczne – PN-EN 10088-1:2005(U) (L.A. Dobrzański)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 235/360
235
Stale martenzytyczne – PN-EN 10088-1:2005(U)(L.A. Dobrzański)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 236/360
236
Stale utwardzane wydzieleniowo – PN-EN 10088-1:2005(U)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 237/360
237
Sta e utwa d a e wyd e e owo 0088 : 005(U)
(L.A. Dobrzański)
Stale austenityczne – PN-EN 10088-1:2005(U)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 238/360
238
Stale austenityczne (cd) – PN-EN 10088-1:2005(U)
(-+)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 239/360
239L.A. Dobrzański
Stale ferrytyczno-austenityczne – PN-EN 10088-1:2005(U)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 240/360
240
y y y ( )
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 241/360
241
3. Spawalność stali
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 242/360
242
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 243/360
243
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 244/360
244
Zależność pracy łamania (K) oraz
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 245/360
245Wpływ zawartości węgla na TPSK stali ferrytyczno-perlitycznej.
charakteru przełomu od temperatury,zdefiniowanie T PSK .
Wpływ udziału perlitu w strukturze napracę łamania w zakresie przełomu ciągliwego
(M. Blicharski )
● przykłady kruchego pękania statków
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 246/360
246
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 247/360
247- często zbyt niska temperatura eksploatacji,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 248/360
248
cd. „Lake Carling”
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 249/360
249
jl i
Stal poszycia Titanica
(poszycie nitowane)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 250/360
250
najlepsza w tym czasiegruba blacha w Europie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 251/360
251
11.Stale narzędziowe
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 252/360
252
do pracy na zimno do pracy na gorąco szybkotnące
niestopowe stopowe- niskostopowe,- średniostopowe,
- wysokostopowe,
wyłącznie stopowe:- niskostopowe,- średniostopowe,- wysokostopowe,
wyłączniewysokostopowe
Ogólnie stosowane na narzędzia do kształtowania materiałów:- metali,
- przez kucie, cięcie, wyciskanie, ciągnienie, walcowanie,- przez odlewanie do form metalowych,
- polimerów, ceramik, kompozytów,
Główne wymagania stawiane stalom narzędziowym:- jak największażywotność (trwałość),
- twardość całej struktury (podstawowy parametr ale często nie wystarczający),- odporność na ścieranie (twardość osnowy oraz twardość i zawartość węglików),
- często odporność na odpuszczające działanie ciepła (twardość wtórna),- często również udarność (drobnoziarnistość, kompromis z twardością, dodatek Ni),
odporność na ścieranie- zwiększa się z twardością osnowy struktury (najlepszy wysokowęglowy martenzyt odpuszczania),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 253/360
253
- zwiększa się z zawartością oraz twardością dużych wydzieleń węglików,- węgliki nie rozpuszczone w trakcie austenityzowania (drugorzędowe i pierwotne)- twardość węglików zależy od ich rodzaju oraz składu chemicznego, np. twardość cementyturośnie z ok. 800 HV do ok. 1400 HV wraz ze wzrostem ilości rozpuszczonego w nim Cr,
Twardość węglików występujących wstali szybkotnącej. (M. Blicharski)
11.1. Stale narzędziowe do pracy na zimnona narzędzia, które podczas pracy zwykle nie nagrzewają się ponad 250 °C,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 254/360
254
wymagania i ich realizacja:
- główne:duża twardość i odporność na ścieranie ,- niskie odpuszczanie (ok. 180 °C) po hartowaniu z nad A 1 stali zaeutektoidalnej,(zwykle martenzyt odpuszczania + nierozpuszczone węgliki + austenit szczątkowy< 10%)
- często dodatkowo ciągliwość (udarność) obciążenia dynamiczne, wstrząsy,- stal o obniżonej zawartości węgla (ale niższa twardość i odporność na ścieranie),- zmniejszenie ilości C tylko w martenzytycznej osnowie (ubogi w C i M austenit z węglikami),- podwyższenie temperatury odpuszczania (często wymaga efektów twardości wtórnej),
- zwykle hartowność,- hartowanie w oleju lub nawet w powietrzu mniejsze zmiany wymiarowe, zniekształcenia,
- w niektórychduży udział węglików stale ledeburytyczne (wysokochromowe),
- niektóre przewidziane do obróbki cieplno-chemicznej (np. naweglanie),
przykłady wykresów odpuszczania stali narzędziowych do pracy na zimno
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 255/360
255(M. Blicharski)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 256/360
przykłady struktur stali narzędziowychdo pracy na zimno stal niestopowa 1,2%C
(cementyt drugorzedowy na
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 257/360
257
(cementyt drugorzedowy natle drobnoiglastego martenzytu)
stal klasy ledeburytycznejźle przekuta(pasma węglików pierwotnychna tle skrytoiglastego martenzytu)
stal niskostopowa 1,4%C + 1,4%Cr (cementyt stopowy i węgliki drugorzędowena tle drobnoiglastego martenzytu)
11.2. Stale szybkotnące
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 258/360
258
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 259/360
259
Schemat obróbki cieplnejstali szybkotnącej (M. Blicharski)
Przemiany zachodzące
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 260/360
260
Przemiany zachodzącepodczas odpuszczaniastali szybkotnącej
Wpływ temperaturyaustenityzowania
na wykres odpuszczaniaHS18-0-1
Zestawienie stali szybkotnących(PN-EN ISO 4957:2004)
przykłady struktur stali szybkotnących
prawidłowa struktura stali szybkotnacej
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 261/360
261
prawidłowa struktura stali szybkotnacej(węgliki pierwotne na tle skrytoiglastegomartenzytu)
stal szybkotnąca źle przekuta(pasma węglików pierwotnychna tle skrytoiglastego martenzytu)
(A. Krajczyk)
11.3. Stale narzędziowe do pracy na gorąco
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 262/360
262
zestawienie stali narzędziowych do pracy na gorąco (PN-EN ISO 4957:2004)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 263/360
263
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 264/360
264
MIEDŹ I STOPY MIEDZI
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 265/360
265
Pierwsze ozdoby wykonane z miedzi znaleziono na terenie obecnego Iraku a pochodząz IX w p.n.e.Nazwa cuprum pochodzi od głównego dostawcy miedzi dla imperium rzymskiego -Cypru
Mied ź nal eży do pierwiastków mało rozpowszechnionych w skorupie ziemskiej,około 0,01%. Dla porównania Al = 8%, Fe = 5%, Na = 3%, Mg = 2%, Ti = 0,4%, C =0,02%.Jest metalem do ść drogim: 8 100$/T, Al = 3 000$/T, Ni = 20 500$/T.
Wybrane właś ciwo ści miedzi
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 266/360
266
Czysta miedź
Mied ź ma bardzo dobr ą przewodno ść ciepln ą i elektryczn ą .Po srebrze jest najlepszym
przewodnikiem.Domieszkami szkodliwymipogarszaj ą cymi przewodno ść iwłasnoś ci mechaniczne s ą :,P, Si, As, Be, Al, Sn, Ni.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 267/360
267
Metalurgiamiedzi
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 268/360
268
miedzi
Metody umacniania miedzi:
d b i i i dk ł i l i k li j
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 269/360
269
a. rozdrobnienie ziarna przez odkształcenie plastyczne i rekrystalizację,b. umocnienie w wyniku odkształcenia plastycznego na zimno.
Gniot 70%; R m = 400MPa (z 220MPa), R pl = 370MPa (z 57MPa).
PODSTAWOWE STOPY MIEDZI
Europejski system znakowy.
Składa się z symbolu Cu + główne dodatki stopowe + ich średnia zawartość.Np. CuZn20, CuAl7Si2. Dodatkowo na końcu znaku może znajdować się
litera:B – materiał w postaci gąsek, C – w postaci odlewu.Np. CuSn5Zn5Pb5-C.
Europejski system numerycznySkłada się z sześciu znaków:
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 270/360
270
C C, W, X 000 - 999 A - S
Cu C – odlew,W – obr óbka plastycznaX - nieznormalizowany
Numer stopu Np.A – wydłużenie,H – twardość,G – wielkośćziarna
Np. CW024A, CC300G, itp.
Klasyfikacja stopów miedzi
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 271/360
271
Stopy miedzi z cynkiem = mosiądze.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 272/360
272
Podział mosiądzów
Dwuskładnikowe Wieloskładnikowe Ołowiowe
Do przeróbki plastycznej Do przeróbkiplastycznej
Odlewnicze Do przeróbkiplastyczne
Odlewnicze
jednofazowe i dwufazowe jednofazowe idwufazowe
dwufazowe dwufazowe dwufazowe
Mosiądze dwuskładnikowe
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 273/360
273
Mosiądze dwuskładnikowe :
a. jednofazowe: faza α = Cu(Zn),do 39%Zn,
b. dwufazowe: faza α i β , = CuZn,od 39 do 45%Zn.
Mosiądze wykazują dobrą odporność nakorozję atmosferyczną ale nie sąodporne na działanie soli żelaza,
siarczanów, chlorków i jodków.
Ad. a. Wykazują kruchość w zakresie temperatur 300 – 700 0 C i dlatego odróbkę plastycznąnależy przeprowadzić w temp. poniżej 300 0 C lub powyżej 700 0 C,
Ad. b. Obróbkę plastyczną przeprowadza się w temperaturach w których są one jednofazowe,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 274/360
274a. Mosiądz jednofazowy, faza α = Cu(Zn)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 275/360
275
Mosiądz dwufazowy, faza α = Cu(Zn) + β = CuZn
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 276/360
276
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 277/360
277
Zastosowanie:CuZn5 - CuZn15; rurki włoskowate, rury chłodnic, wężownice, membrany, łuskiamunicji,CuZn20 – CuZn37; rury skraplaczy, elementy zamków błyskawicznych, wyrobyartystyczne,CuZn40 (dwufazowy); przemysł okrę towy, architektura, aparatura chemiczna
Mosiądze wieloskładnikowe – wpływ pierwiastków stopowych :
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 278/360
278
Si – obniża plastyczność, zwiększa odporność na ścieranie, zmniejszawrażliwość
na korozję naprężeniową (pękanie sezonowe) – CuZn31Si1,
Al – polepsza odporność na korozję, umacnia mosiądze, zwiększażaroodporność,pogarsza spawalność i lutowanie – CuZn37Mn3Al2PbSi,
Sn – zwiększa odporność na ścieranie i korozję – CuZn36Sn1Pb,
Fe – rozdrabnia ziarno, zwiększa odporność na ścieranie ale zmniejszaodporność
na korozję – CuZn23Al6Mn4Fe3Pb,
Mn – polepsza odporność na korozję i ścieranie – CuZn39Mn1Pb1,
Ni – polepsza odporność na korozję i własności mechaniczne –CuZnNi3Mn2AlPb.
Korozja mosi ądzów:
A. Naprężeniowa (pękanie B. Odcynkowanie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 279/360
279
p ę (pęsezonowe):
- przy dużych naprężeniachrozciągających,
- w środowisku wilgotnym,- pękanie następuje po granicach
ziaren,- skłonność wzrasta wraz z
zawartością cynku.
Usuwanie:- Wyżarzanie w temperaturze 560 0C,- Częściowe usuwanie, wyżarzanie w
temperaturze 250-270 0C,
y
- w mosiądzach o podwyższonejzawartości Zn,
- polega na rozpuszczaniu powierzchnimosiądzów i osadzaniu się na niejwarstwy miedzi,
- zachodzi w środowisku wodnym,- zapobiega się przez dodatek arsenu
(0,02 – 0,06%) lub 1% cyny.
MOSIĄDZE OŁOWIOWE
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 280/360
280
Są to mosiądze dwufazowe z dodatkiem ołowiu w ilości 0,3 do 3,5%.Ołów dodawany jest w celu polepszenia skrawalności. Dodatek tenzmniejsza opory tarcia i powoduję lepszą łamliwość wióra. Obniża jednakwłasności wytrzymałościowe.Przykładowe gatunki: CuZn37Pb0,5, CuZn38Pb1,5, CuZn40Pb2.
BRĄ ZY CYNOWE
Są to stopy z cyną zawierające co najmniej 2%Sn ( na ogół 11 – 15%Sn)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 281/360
281
Mała szybkość dyfuzji cyny w miedzi, du ża różnica między liniami likwidus isolidus oraz bardzo duża różnica w temperaturach topnienia Cu (1083 0 C) i Sn (232 0 C)
jest powodem skłonności brązów cynowych do segregacji dendrytycznej (od 5%Sn).Może pojawić si ę twardy i kruchy eutektoid (α + δ) – łożyska ś lizgowe
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 282/360
282
Może pojawić si ę twardy i kruchy eutektoid (α + δ) – łożyska ś lizgowe.Usunięcie segregacji odbywa się przez wyżarzanie w temperaturze 700 - 750 0 C
przez 24 godz.
Podział brązów cynowych
Do przeróbki plastycznej Odlewnicze
Dwuskładnikowe
Wieloskładnikowe Dwuskładnikowe Wieloskładnikowe
jednofazowe jednofazowe
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 283/360
283
Stop Cu – 8%Zn.Po odlaniu. Na tle fazy α = Cu(Zn)wydzielenia eutektoidu ( α + δ )
Stop Cu – 8%Zn.Po wyżarzaniu homogenizującym.Faza α = Cu(Zn)
Własnoś ci mechaniczne
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 284/360
284
Brązy cynowe wykazują:
- dużą odporność na korozję w wodzie
Stopień odkształcenia plastycznego
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 285/360
dużą odporność na korozję w wodziezwykłej i morskiej,
- odporność na korozję naprężeniową,- dobre własności odlewnicze,- można je przerabiać plastycznie na
zimno do 8%Sn,po odkształceniu stosowane nasprężyny, przyrządy aparaturykontrolnej.
285
Przykładowe zastosowanie:
Do przeróbki plastycznej: sprężyny, rurki manometryczne, połą czenia elektryczne, sitapapiernicze (CuSn4 – CuSn8).
Odlewnicze: łożyska, panewki, części maszyn narażone na korozję w przemyśle okrętowymi papierniczym (CuSn10-C, CuSn5Zn5Pb5-C, CuSn5Pb20-C).
Brązy ołowiowe
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 286/360
286
Przykładowe zastosowanie:
Do przeróbki plastycznej: sprężyny, rurkimanometryczne, połączenia elektryczne,
sita papiernicze (CuSn4 – CuSn8).
Odlewnicze: łożyska, panewki, częścimaszyn narażone na korozję wprzemyśle okrętowym i papierniczym(CuSn10-C, CuSn5Zn5Pb5-C,CuSn5Pb20-C).
CuSn5Pb20-C
BRĄ ZY ALUMINIOWENale żą do jednych z najlepszych stopów miedzi.
j d f d 9 4% Al
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 287/360
287
- jednofazowe do 9,4% Al,
- powy żej 9,4% Al mo żna jehartowa ć i odpuszcza ć,
- wykazuj ą dobre własnoś ci
mechaniczne w temperaturachotoczenia i podwy ższonych,
- odporne na ścieranie, kawitacj ęi erozję,
- odporne na korozyjne działaniewody morskiej i wielu kwasów,
- ulegaj ą pasywacji (Al 2O3),
- nie odporne na działanie zasad,
- skłonne do rozrostu ziaren
Br ązy dwuskładnikowe i wieloskładnikowe do przeróbki plastycznej
1. Jednofazowy CuAl8 ma dobre własności plastyczne i mo żna go obrabia ć na zimno i gor ą co,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 288/360
288
2. Dwufazowe (α + γ2) takie jak: CuAl6Si2Fe, CuAl10Fe3Mn2, CuAl10Ni5Fe4 obrabia ćplastycznie mo żna tylko w temperaturach podwy ższonych, kiedy występuje faza β. Wykazuj ą w tychtemperaturach skłonność do rozrostu ziaren, dlatego dodaje si ę pierwiastki stopowe takie jak:
Fe, Mn, Si i Ni. Pierwiastki te podwyższają te ż własnoś ci mechaniczne. Br ą zy dwufazowe mo żnahartowa ć i odpuszcza ć a uzyskane własnoś ci mechaniczne s ą zbli żone do uzyskiwanych w stalachniestopowych ś redniow ęglowych.
CuAl10Ni3Fe2- C, wyżarzony CuAl10Ni3Fe2-C, hartowany
Przykładowe własności mechaniczne
Gatunek R m[MP ]
A [%] HB
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 289/360
289
[MPa]
CuAl8 - jednofazowyStan wyżarzony
400 50 80
CuAl10Ni5Fe4 -dwufazowy
Wyżarzony 650 5 160
Po obróbce cieplnej.Hartowanie iodpuszczanie
780 9 250
Br ą zy aluminiowe odlewnicze
1. Jednoskładnikowy, CuAl9 -C,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 290/360
290
2. Wieloskładnikowe, CuAl10Fe2 -C, CuAl10Ni3Fe5Ni5-C,
CuAl11Fe6Ni6-C - mo żna obrabia ć cieplnie.
Przykładowe z astosowanie
Silnie obci ążone i nara żone na ścieranie i korozj ę cz ęś ci maszyn,w przemy ś le okr ętowym, lotniczym, chemicznym .
Br ą zy beryloweNale żą do grupy br ązów specjalnych i wyróż niaj ą si ę bardzo dobrymi własnoś ciamimechanicznymi.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 291/360
291
Ich zasadnicz ą wad ą jest to, że beryl nale ży do pierwiastków bardzo drogich i deficytowych.
W skorupie ziemskiej jest go jedyni 0,0002%.
Beryl rozpuszcza si ę w miedzi wtemperaturze 866 0 C w ilo ści 2,7%
a temperaturze 3000
C tylko 0,2%.W zwi ą zku z tym stopy te mo żnaprzesyca ć (800 - 820 0 C) i starzy ć(300 - 350 0 C).
Po przesyceniu ; R m = 300 –600MPa, HB = 130, A = 30%,
Po starzeniu : R m = 1150 –1200MPa, HB = 320, A = 1,5%
Właściwości:Bardzo dobre własności sprężyste i duża
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 292/360
292
odporność na ścieranie, duża odpornośćna korozję.
Zastosowanie:Sprężyny, membrany, narzędzia niedające iskry (tankowce, materiaływybuchowe)
Stopień odkształcenia plastycznego [%]
Własności:Bardzo dobre własności sprężyste i duża odporność na ścieranie, duża odporność na korozję.
Zastosowanie:Sprężyny, membrany, narzędzia nie dające iskry (tankowce, materiały wybuchowe)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 293/360
293
Brąz berylowy po przesyceniu i starzeniu.Na tle roztworu stałego α = Cu(Be)wydzielenia fazy CuBe
MIEDZIONIKLE
Stopy miedzi o zawarto ści niklu powy żej 5%. Tworz ą układ równowagi ciągł ej.Stosowane na rury wymienników ciepła, urzą dzenia klimatyzacyjne, itp. (CuNi9Sn2,CuNi30Fe1Mn1 – C), oraz do wyrobu monet (CuNi25).
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 294/360
294
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 295/360
295
Metalurgia
aluminium
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 296/360
296
1825 – H.C. Oersted (Dania) pierwsze Al na drodze redukcji chlorku ,
1852 – 1890 wyprodukowano ok. 200t aluminium na drodze chemicznej redukcji związków,1886 – metody otrzymywania Al na drodze elektrolizy, P.T. Heroult (Francja), C.M. Hall (USA)1906 – stopy aluminium zdecydowane podwyższenie wytrzymałości A Wilm (Niemcy)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 297/360
297
1906 stopy aluminium zdecydowane podwyższenie wytrzymałości, A. Wilm (Niemcy)
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40% budowa pojazdów,
statków, samolotów
budownictwo
budowa maszyn
opakowania
elektrotechnika
Główne dziedziny zastosowań Al
U d z i a
ł p r o c e n
t o w y
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 298/360
298
Junkers W33 „Bremen“ (D-1167) - 1927
NSU - 1923
porównanie własności Al z innymi metalami
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 299/360
299
- maksymalna wytrzymałość w stopach (po obróbkach cieplno-mechanicznych),
B e – niestety toksyczny i bardzo drogi,Ti – trudny w przetwarzaniu oraz drogi,
(O. Beffort, EMPA)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 300/360
300aluminium technicznie czyste po zgniocie 80% orazrekrystalizacji i rozroście ziaren
aluminium technicznie czyste po zgniocie 80%(A. Krajczyk)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 301/360
301
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 302/360
302
Systemy oznaczania odlewniczych stopów aluminium (PN-EN 1780-1 oraz 2)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 303/360
303
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 304/360
304
podział stopów aluminium w zależności od usytuowania na wykresie równowagi
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 305/360
305
EN AW- serie:1xxx (Al 99,.. )3xxx (Al Mn )5xxx (Al Mg )8xxx (Al Fe )
EN AW- serie:2xxx (Al Cu )6xxx (Al MgSi )7xxx (Al Zn )8xxx (Al Li)
EN AC- 4xx (Al Si )
odlewniczebez eutektyki:EN AC- serie:
2xx (Al Cu )5xx (Al Mg )7xx (Al Zn )
Stopy odlewnicze
stopy aluminium z krzemem (siluminy) – stopy z eutektyką
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 306/360
306
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 307/360
307
stopy aluminium z krzemem (siluminy) – stopy z eutektyką
- dobra rzadkopłynność oraz lejność i mały skurcz odlewniczy , niska temperatura odlewania,- wadą jest gruboziarnista struktura , której zapobiega modyfikowanie :
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 308/360
308
g g
- podeutektyczne i eutektyczne – sodem (także Sr lub niekiedy Sb),którego związki ułatwiajązarodkowanie oraz tworząc „błonkę” utrudniają wzrost kryształów Si (drobne i bardziej owalne
(punkt eutektyczny przesuwa się w kierunku wyższych zawartości Si i niższej temperatury),
- nadeutektyczne – fosforem (cząstki AlP stanowią zarodki heterogeniczne),
- zastosowanie :
- eutektyczne i nadeutektyczne , np. tłoki silników spalinowych (znaczna żarowytrzymałość),- podeutektyczne , np. elementy dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracujące w
podwyższonej temperaturze i w wodzie morskiej,- wieloskładnikowe stopy Al z Si, np. głowice silników spalinowych, alufelgi oraz inne
odlewy w przemyśle maszynowym.
n iemod yf ikow ana eu tek tyka( + Si) układu Al -S i
Si
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 309/360
309
obszar eu tek tyki n iezmody fikowanej (częsta wada struktury)
mo dyf ikow ana eu tek tykaukładu Al -S i
Si
Pow. 125x
Pow. 125x
prawidłowo modyfikowany silumin przedeutektyczny
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 310/360
310
mo d y f ik o w an ie przesuwa l in ie w y k resuAlSi13Mg1CuNi
(nieudanemodyfikowanie)
eu tek tyka n iezmodyfikowana
s i lum in zaeu tek tycznyn iem o d y f ik o w an y (nieregularne w ydzielenia Si
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 311/360
311
na t le eutektyki ( + Si))
s i lum in zaeu tek tycznyp o m o d y f ik o w an iu (regularne w ydzielenia Si na t le drob noig lastej eutektyki)
(A. Krajczyk)
Przykłady odlewniczych stopów aluminium z krzemem wg PN-EN 1706:2001
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 312/360
312
Minimalne właściwości Znak stopu(C od ang. „casting”)
R p0,2 MPa
R m MPa
A5 % HB
Uwagi dotyczące stanu
EN AC-AlSi11 70 150 6 45 stan surowyEN AC-AlSi5Cu1Mg 200 230 1 100 przesycanie i starzenieEN AC-AlSi5Cu3Mg 180 270 2,5 85 przesycanie i starzenieEN AC-AlSi5Cu3Mn 200 230 1 90 przesycanie i starzenieEN AC-AlSi9Cu1Mg 235 275 1,5 105 przesycanie i starzenieEN AC-AlSi12CuNiMg 240 280 1 100 przesycanie i starzenieEN AC-AlSi2MgTi 180 240 3 85 przesycanie i starzenie
EN AC-AlSi7Mg0,3 190 230 2 75 przesycanie i starzenie
typowa struktura obręczy koła (alufelgi),(modyfikowany silumin przedeutektyczny),
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 313/360
313
- prawidłowa drobna eutektyka ( + Si),- typowy dendrytyczny kształt wydzieleń
roztworu stałego ,- silnie rozgałęzione dendryty negatywnie
wpływają na własności mechaniczne, np. Rm, K
metody odlewania stopów aluminium i magnezu,
Low pressure casting
Investiment casting
Permanent mold casting(f ł )
(metoda traconego wosku)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 314/360
314
Casting
High pressure casting
Sand or plaster casting
g
Die casting
Squeeze casting
Thixocasting
Thixomolding
RheocastingSemi-solid forming
Hot chamber DC
Cold chamber DC
(kokilowe)
(forma piaskowa lub gipsowa)
(forma trwała)
(z gorącą komorą)
(z zimną komorą)
(w stanie półstałym)
(przez prasowanie)
(odlewanie)
(nowe metody formowania)
ciśnieniowe odlewanie (formowanie) w stanie półstałym „ semi-solid forming ”,- wykorzystanie tiksotropowego zachowania się stopu
w temperaturach między linią likwidus a solidus,- rozbicie dendrytów roztworu stałego na drobne i zaokrąglone
i i i i i ół ł
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 315/360
315
ziarna poprzez intensywne mieszanie w stanie półstałym,
- wtłaczanie do formy w stanie tiksotropowymz rozbitymi dendrytami,
(O. Granath – J ö nk ö p i ngUnivers i ty)
stopy odlewnicze bez eutektyki (Al-Mg, Al-Cu, Al-Zn )stopy odlewnicze Al- Mg (poza siluminami najczęściej stosowane stopy odlewnicze Al)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 316/360
316
stopy odlewnicze Al-Mg
- największa odporność na korozję i mała gęstość (Mg - 1,7g/cm ),- własności odlewnicze gorsze niż siluminów (nie wchodzimy w obszar eutektyki), - struktura dwufazowa jest niekorzystna więc :
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 317/360
317
- przesycanie, - w niektórych możliwe starzenie - w stopach Al-Mg-Si ( utwardzają wydzielenia Mg 2Si),
- zastosowanie : - odlewy o dużej odporności na korozję a także silnie obciążone i narażone na uderzenia,
np. armatura morska, elementy aparatury chemicznej, elementy samochodów ,
Przykłady odlewniczych stopów aluminium z magnezem wg PN -EN 1706:2001Minimalne właściwości
Znak stopu R p0,2 MPa
R m MPa
A 5 % HB
Uwagi dotyczące stanu
EN AC-AlMg3 70 140 3 50 surowy (po odlewaniu)EN AC-AlMg5 90 160 3 55 surowy (po odlewaniu)EN AC-AlMg5Si 100 160 3 60 surowy (po odlewaniu)
stopy odlewnicze Al-Cu oraz Al-Zn- są rzadziej stosowane - skład chemiczny, własności i rekomendowane zastosowanie można znaleźć
w normie PN- EN 1706:2001 lub aktualnych informatorach producentów,
Stopy odlewnicze Al-Cu – stosowane rzadziej niż stopy Al -Si i Al-Mg.
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 318/360
318
- trudności technologiczne przy wytwarzaniu odlewów (skłonność do pęknięć na gorąco oraz porowatości skurczowej),- możliwe utwardzanie wydzieleniowe odlewów (Cu, Mg),- stosowane na średnio i bardzo obciążone elementy samochodów i maszyn,
Przykłady odlewniczych stopów aluminium z miedzią wg PN -EN 1706:2001Minimalne właściwości Znak stopu R p0,2
MPaR m
MPaA5 % HB
Uwagi dotyczące stanu
EN AC-AlCu4MgTi 200 300 5 90 przesycane i starzoneEN AC-AlCu4Ti 200 300 3 95 przesycane i starzone
Stopy do obróbki plastycznejwalcowanie na gorąco oraz na zimno,
- wytwarzanie płyt, blach, taśm, folii,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 319/360
319walcowanie na gorąco walcowanie na zimno
ciągnienie na gorąco oraz na zimno,- wytwarzanie drutów, prętów, rur, kształtowników
wyciskanie na gorąco,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 320/360
320
dwuczęściowa matryca do wyciskania profilu
przykłady profiliwyciskanych
kucie na gorąco,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 321/360
321
historycznie pierwsze stopy Al- Cu (ok. 4%), obecnie stopy wieloskładnikowe,- stopy Al-Cu utwardzane wydzieleniowo ( durale, duraluminium ) – seria 2000,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 322/360
322
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 323/360
323
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 324/360
324
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 325/360
325
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 326/360
326
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 327/360
327
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 328/360
328
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 329/360
329
wpływ temperatury i czasu starzenia na wytrzymałość stopów:- dwuskładnikowy klasyczny AlCu4 - wieloskładnikowy serii 6000 (AlMgSi)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 330/360
330
- starzenie samorzutne daje najwyższą wytrzymałość,- żarowytrzymałość prostych stopów AlCu jest niewielka(powyżej 100°C obniża się szybko z upływem czasu)
- najwyższą wytrzymałość daje starzenie sztuczne(fazy o złożonym składzie),
- wyższa żarowytrzymałość zależna od temperaturystarzenia,
należy pamiętać, że im wyższa wytrzymałość tym mniejsza ciągliwość (potrzebny kompromis)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 331/360
331
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 332/360
332
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 333/360
333
AlCu4MgSi w s tan ie przesycony m – na t l e przesyconego roztworu = Al (Cu, Mg) wydzielenia zanieczyszczeń (Cu 2 FeAl)
(A. Krajczyk)
(J. Marrow ,Univers i ty of Manchester )
Przestarzony sto p AlCu4 – wy dzielenia CuAl 2 na granicach ziarn oraz w przestrzeniach międzydendrytycznych
Wieloskładnikowe stopy Al -Cu (seria 2000) – durale wieloskładnikowe
- wyższa żarowytrzymałość , dobra odporność na korozję gazową i erozję,
- niższa wytrzymałość niż starzonych naturalnie durali miedziowych ,- obróbka cieplna: jak wyżej, ale przesycanie z ok. 530ºC i starzenie tylko sztuczne,- stosowane na elementy konstrukcji samolotów, środków transportu i maszyn pracujących w temperaturachdo ok. 350ºC,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 334/360
334
Przykłady stopów Al-Cu do obróbki plastycznej (wyroby wyciskane) - wg PN-EN 573-3:2005Minimalne właściwości
Znak stopu(w normie 18 gatunków)
R p0,2 MPa
R m MPa
A5 % HB
Uwagi dotyczące stanu
EN AW-AlCu4MgSi 270 400 10 - przesycanie, starzenie naturalneEN AW-AlCu4Mg1 310 450 8 - przesycanie, zgniot, starzenie naturalneEN AW-AlCu4SiMn 420 465 7 - przesycanie, starzenie sztuczneEN AW-AlCu4SiMgEN AW-AlCu6MnEN AW-AlCu5,5MgMn
EN AW-AlCu2,5NiMgEN AW-AlCu2Mg1,5NiEN AW-AlCu2Li2Mg1,5 nowy stop z litem (niższy ciężar)
Stopy Al-Cu-Mg (seria 2000) - durale miedziowe- wysokie właściwości wytrzymałościowe, ale mała żarowytrzymałość i odporność na korozję,
- utwardzanie wydzieleniowe (przesycanie w wodzie z ok. 500ºC oraz kilkudniowestarzenie samorzutne w temp. pokojowej lub starzenie sztuczne w ok. 180ºC),
- wytrzymałość można jeszcze zwiększyć poprzez obróbkę plastyczną (gniot 3÷5%) po starzeniu samorzutnym,- stosowane na elementy maszyn, pojazdów, taboru kolejowego, samolotów i w budownictwie,
Wieloskładnikowe stopy Al z Zn (seria 7000) - durale cynkowe
- 0,8÷8,4%Zn oraz do 3,7%Mg, do 2,6%Cu oraz niekiedy dodatki Mn, Cr, Ti, Zr,
- najwyższe właściwości wytrzymałościowe ze wszystkich stopów aluminium ,(R m do ok. 700 MPa, R p0,2 do ok. 600 MPa, A 5 = 2÷5% ) - wady:
- mała odporność na działanie podwyższonej temperatury,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 335/360
335
p p y j p y,- mała odporność na korozję (szczególnie naprężeniową) – często platerowane Al,
- obróbka cieplna:- wyżarzanie rekrystalizujące (390÷430º C),- przesycanie w wodzie z 465÷480ºC,
- starzenie sztuczne (120÷150ºC) przez 24 h (samorzutne do 60 dni – nie jest stosowane),- głównie jako stopy do obróbki plastycznej szeroko stosowane na elementy maszyn, pojazdów,taboru kolejowego, konstrukcji lotniczych,
- niektóre stopy można stosować jako odlewnicze, np. EN AC-AlZn5Mg, ale nawet po przesycaniui naturalnym starzeniu właściwości są niskie (R m min 190MPa, R p0,2 min 120 MPa, A5 = 4%)
Przykłady wieloskładnikowych stopów Al-Zn do obróbki plastycznej wg PN-EN 573-3:1998Minimalne właściwości
Znak stopu R p0,2
MPa
R m
MPa
A5
% HBUwagi dotyczące stanu
EN AW-AlZn5,5MgCu 470 540 7 161 przesycony, starzony sztucznieEN AW-AlZn4,5Mg1 280 350 10 104 przesycony, starzony sztucznieEN AW-AlZn5Mg3Cu 420 490 7 - przesycony, starzony sztucznieEN AW-AlZn8Mg2,5Cu1,5CrEN AW-AlZn5Mg1,5CuZr
Stopy Al-Mg (seria 5000) oraz Al-Mg-Si (seria 6000) - hydronalia - struktura zwykle dwufazowa (roztwór stały α i wydzielenia fazy β),- właściwości :
- podwyższone me chaniczne , możliwe dalsze zwiększanie umocnieniem zgniotowym,wydzieleniowym oraz nisko- i wysokotemperaturową obróbką cieplno- mechaniczną,
- odporność na korozję w środowisku wody i atmosfery morskiej, dobra spawalność
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 336/360
336
- dobra spawalność, - podatność na głębokie tłoczenie,
- zastosowanie:- średnio obciążone elementy w przemyśle okrętowym i lotniczym, - urządzenia przemysłu spożywczego i chemicznego, - opakowania, np. na puszki do napojów,
Przykłady stopów Al-Mg do obróbki plastycznej (wyroby wyciskane) wg PN-EN 573-3:1998Minimalne właściwości
Znak stopu R p0,2 MPa
R m MPa
A5 % HB
Uwagi dotyczące stanu
EN AW-AlMg4,5Mn0,7 125 270 12 - umocniony zgniotemEN AW-AlMg5Cr
100 200 10 - przesycony, starzony naturalnieEN AW-AlMgSiPb 260 310 6 - przesycony, starzony sztucznieEN AW-AlMg1SiPb 240 260 10 - przesycony, starzony sztucznie
110 205 16 - przesycony, starzony naturalnieEN AW-AlMg1SiCu 240 290 10 - przesycony, starzony sztucznieEN AW-AlMg1Si0,8CuMn- norma wyróżnia ponad 80 gatunków wraz ze stopami Al -Mg-Si- wiele stopów charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję tylko po starzeniu naturalnym
(mniejsza wytrzymałość), natomiast po starzeniu sztucznym odporność korozyjna znacznie spada ale większa wytrzymałość,
Stopy Al-Mn (seria 3000) – alumany (nie utwardzane wydzieleniowo)
- do 1,5% Mn oraz dodatek Mg lub Cu,- dobra odporność na korozję w agresywnych ośrodkach korozyjnych ,- wykazują tendencję do gruboziarnistości i segregacji strefowej czemu przeciwdziałają nawet
niewielkie dodatki Ta, Ti, Zr lub B,
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 337/360
337
ew e e dodat a, , ub B,- struktura to roztwór α z wydzieleniami fazy β na granicach ziarn,- obróbka cieplna polega na wyżarzaniu ujednorodniającym i rekrystalizującym, - zastosowanie:
- urządzenia produkcyjne i transportowe w przemyśle spożywczym i chemicznym, - spawane zbiorniki na ciecze i gazy techniczne,
Przykłady stopów Al-Mn do obróbki plastycznej wg PN-EN 573-3:2005Minimalne właściwości
Znak stopu(w normie 15 gatunków)
R p0,2 MPa
R m MPa
A5 % HB
Uwagi dotyczące stanu
EN AW-AlMn0,6EN AW-AlMn1EN AW-AlMn0,5Mg0,5EN AW-AlMn1Mg05 130 150 2 48 umocniony zgniotem (twardy)EN AW-AlMn1Mg1Cu
stopy Al z litem (wieloskładnikowe)- opracowane niedawno ( do 4% Li),
- specjalne metody metalurgiczne(reaktywność Li z tlenem),
i j ść ó k 8
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 338/360
338
- mniejsza gęstość stopów o ok. 8 10%(gęstość Li = 0,53 g/cm 3),
- stopy wieloskładnikowe do obróbkiplastycznej utwardzane wydzieleniowo,
- wytrzymałość równa lub większa wporównaniu z duralami klasycznymi,
- dobra odporność na zmęczenie,
- dobra udarność w niskich temperaturach,
- zastosowanie:
- elementy nowoczesnych samolotów (poszycie, podłogi, użebrowanie)wg PN-EN 573- 3 (durale wieloskładnikowe, seria 8000)- obecnie produkowane stopy wieloskładnikowe o zawartości 1,9 2,7% Li (do 4% Li wymaga specjalnych metodkrzepnięcia)
EN AW-AlLi2,5Cu1Mg1EN AW-AlCu2Li2Mg1,5
zamiennik – ALFOT (Taiwan)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 339/360
339
stop 6061(EN AW-AlMg1SiCu)
or yginał - VW
stop 6082 (EN AW-AlSi1MgMn)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 340/360
340
stop 6082 (EN AW-AlSi1MgMn)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 341/360
341
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 342/360
342
Type 2000 all aluminum-alloy train for Sanyo Electric Railway
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 343/360
343
In Japan, over 10,000 aluminum-alloy trains have been manufactured since the first aluminum-alloy train in 1962
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 344/360
344
Al reinAl Mg0 8
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 345/360
345
0
50
100
150
200
250
300
Al Mg0,8Al Mg1,4Al Mg3
Al Mg4Al Mg5
Re (R0,2 ) Rm(B. Kuźnicka)
Stopy
odlewniczeSkład utwardzanie
dyspersyjne
Stopy doprzeróbki
plastycznejSkład utwardzanie
dyspersyjne
1xx Al > 99% Nie 1xxx Al > 99% Nie
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 346/360
2xx Al-Cu Tak 2xxx Al-Cu, Al-Cu-Li
Tak
3xx Al-Si-Cu,
Al-Mg-Si
częściowo 3xxx Al-Mn Nie
4xx Al-Si, Al-Mg-Si Nie 4xxx Al-Si, Al-Mg-Si
Tak z Mg
5xx Al-Mg Nie 5xxx Al-Mg Nie
6xxx Al-Mg-Si Tak
7xx Al-Mg-Zn Tak 7xxx Al-Mg-Zn Nie8xx Al-Sn Tak 8xxx Al-Li,Sn,Zr,B Tak
346
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 347/360
347
kompozyty wielowarstwowe (najnowsze rozwiązania poszycia samolotów)- wysokowytrzymałe durale wieloskładnikowe (ale o niskiej ciągliwości) przekładane warstwami jednokierunkowo wzmacnianego kompozytu epoksydowo- szklanego (pod różnym kątem),
- materiał o nazwie „GLARE” opracowany dawno (w latach 80 -tych) ale kosztowny w formowaniu,zastosowany ostatnio na elementy poszycia Airbus A360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 348/360
348
- zastosowany ostatnio na elementy poszycia Airbus A360
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 349/360
349
STOPY STOSOWANE NA ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE
Panewki i tuleje
Wymagania:
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 350/360
350
- mały współczynnik tarcia,- duża odporność na ścieranie,- mała rozszerzalność cieplna,- dobra przewodno ść cieplna,- dobra lejno ść ,-dobra odporno ść na korozj ę
i erozj ę,- dobra wytrzymałość zm ęczeniowa,- zdolno ść do pochłaniania
zanieczyszcze ń
1. Stopy łatwotopliwe i babbity cynowe i ołowiowe (panewkibimetaliczne).
Grupa stopów Znak stopu HB Osnowa Kryształy noś ne i(antylikwacyjne)
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 351/360
351
Babbity cynowe
SnSb12Cu6Pb 25
Faza α = Sn(As)Faza β , = SnSb(Cu 3Sn)
SnSb8Cu4 22
SnSb8Cu4Cd 28
Babbity ołowiowe
PbSb15SnSnAs 18
Eutektyka (Pb, As) Faza β,
= SnSb(Cu 3Sn)
PbSb15Sn10 21
PbSb14Sn9CuAs 22
PbSb10Sn6 27
2. Stopy na osnowie miedzi.
Gorsze od babbitów w warunkach suchego tarcia, ale mogą pracować w temperaturachdo 300 0 C. maj ą lepsze własności mechaniczne.br ą zy cynowe (najlepsze ale najdro ższe); CuSn10-C, CuSn11P-C,br ą zy cynowo-cynkowe tzw. Spi że; CuSn7Zn2Pb3- C, CuSn5Zn5Pb5-C,b ł i C S 5Pb20
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 352/360
352
brązy cynowo - ołowiowe; CuSn5Pb20 -Cw przypadku bardzo dużych nacisków stosuje się brą zy aluminiowe; CuAl11Fe6Ni6-C.Czopy muszą być utwardzone powierzchniowo.
3. ŻeliwaŻeliwa; są to żeliwa perlityczne bez ferrytu, ale z eutektyk ą fosforow ą. Zła praca wwarunkach złego smarowania. Czopy musza być utwardzane.
0
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 353/360
Nazwa Znak stopu Temp. top. 0 CWooda BiPb25Sn12Cd12 70
Lipowitza BiPb26Sn13Cd10 80
Lichtenberga BiPb30Sn20 92
Newtona BiPb31Sn19 96
Strzykawkowy PbSn20Bi20 195
353
Stopy łożyskowe
Stopy te, stosowane do wykonywania panewek i tulei łożyskowych muszą spełniaćliczne wymagania wynikające ze specyficznych warunków pracy łożysk ślizgowych.Materiały te musza wykazywać:
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 354/360
354
Materiały te musza wykazywać:
dobre własności mechaniczne: dostateczna wytrzymałość statyczna,zmęczeniowa i udarowa w temperaturze pracyodpowiednie własności powierzchniowe: mały współczynnik tarcia suchego, małarozszerzalność cieplna, dobra przewodność cieplna, duża odporność naścieranie, zdolność do absorbowania zanieczyszczeń i startych cząstekwspółpracujących materiałówodporność na korozję i erozję oraz na działanie kwasów znajdujących się wśrodkach smarnych
Stopy łożyskowe dzieli się najczęściej według zawartości składników podstawowychna: stopy na osnowie cynowej, ołowiowej, miedzi, aluminium, żelaza i cynku.
Stopy łożyskowe na osnowie cynowej,cynowo- ołowiowej i ołowiowej
Stopy na osnowie cynowej nazywane babbitami zawierają około 80-90%cyny z dodatkiem antymonu oraz miedzi. Struktura tych stopów składająca się z
i kki j t ł któ j ó i i
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 355/360
355
miękkiej osnowy roztworu stałego cyny, w której rozmieszczone są równomiernietwarde kryształy związkówmiedzi, cyny i antymonu zapewnia dobre własności.Miękka osnowa łatwo dopasowuje się do powierzchni czopa , natomiast twardsze
kryształy zapobiegają jej szczepianiu się i ułatwiają utrzymywanie cienkiej warstewkiśrodka smarnego. Stopy te są drogie i dlatego są stosowane głównie do silnieobciążonych łożysk silnikówspalinowych, turbin, sprężarek wirowych, pomp orazinnych panewek o dużym natężeniu pracy przy znacznych prędkościachobwodowych.
Stopy łożyskowe cynowo- ołowiowe zawierające około 75-90% ołowiu są znacznie tańsze, lecz własności ich są gorsze od stopów wysokocynowych. Opróczdodatków cyny i antymonu mogą zawierać także miedź, nikiel, arsen i kadm. Są onebardziej miękkie, mają większy współczynniktarcia, są bardziej kruche i mniejodporne na obciążenia udarowe. Osnowy ich nie stanowi roztwór stały leczeutektyka w której składnikamipodstawowymi są ołów oraz antymon. W osnowie tejsą rozmieszczone kryształy faz międzymetalicznych występujących pierwiastków.
Stopy łożyskowe na osnowie miedzi
Stopami łożyskowymina osnowie miedzi są przede wszystkim brązy. Wporównaniu ze stopami na bazie cyny i ołowiu mają one wyższą temperaturętopnienia oraz znacznie lepsze własności mechaniczne w temperaturach otoczenia
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 356/360
356
topnienia oraz znacznie lepsze własności mechaniczne w temperaturach otoczeniaoraz podwyższonych. Najlepsze własności mają brązy cynowe oraz cynowo -fosforowe zawierające około 10% cyny. Wskutek dużej różnicy temperatur początkui końca krzepnięcia brązy te charakteryzują się silną segregacją dendrytyczną .Dendryty te spełniają rolę elementów nośnych i dlatego brązy stosuje się na panewkizawsze w stanie lanym. Po wyżarzeniu brązy tracą własności przeciwcierne.
Stosuje się je na silnie obciążone łożyska, pracujące w warunkach korozyjnych,źle smarowne lub narażone na obciążenia udarowe.
Tańsze, ale ustępujące im pod względem własności są brązy cynowo -cynkowo- ołowiowe (spiże). W celu uzyskania dobrych własności mechanicznych
należy te brązy odlewać w kokilach lub odśrodkowo a powierzchnię wewnętrznąpanewek wylewać cienką warstewka babbitu.
c.d.
W wypadku dużych nacisków i prędkości obwodowych stosuje siębrązy cynowo- ołowiowe . dobre własności ślizgowe tych brązów wynikają z ich niejednorodnej budowy. Wykazują one zdolność łatwegod i się d i h i czopów i j d b d i
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 357/360
357
dopasowywania się do powierzchni czopów i maja dobre przewodnictwocieplne.
Dobre własności ślizgowe wykazują również brązy krzemowe i
dlatego również używa się ich na panewki łożysk ślizgowych, szczególniewtedy gdy występują duże naciski przy małych prędkościach obwodowych.
W wypadku bardzo dużych nacisków należy stosować odlewniczebrązy aluminiowe zawierające około 10 %Al, które wykazują bardzo dużaodporność na ścieranie i w wielu zastosowaniach mogą zastąpić droższebrązy cynowe. W wypadku ich zastosowania należy utwardzać czopy
wałów( nawęglać lub hartować powierzchniowo). Podobnie jak wszystkiebrązy maja one małe współczynniki tarcia płynnego ale w przypadkupogorszenia warunków smarowania powodują większe zużycie czopów niżbabbity.
Stopy łożyskowe na osnowie aluminium
Materiały te są stosowane w celu zastąpienia dużo droższychstopów na osnowie miedzi i cyny. Struktura ich jest podobna do
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 358/360
358
stopów na osnowie miedzi i cyny. Struktura ich jest podobna dobabitów i brązów. W miękkiej osnowie roztworu stałego na baziealuminium z dodatkami miedzi lub krzemu, rozmieszczone są
twardsze kryształy faz międzymetalicznych albo eutektyki. Cząstkitych faz są twarde i jeśli występują w postaci igieł to stopy tego typunależy stosować po przekuciu które je kruszy i rozdrabnia.
Wadą wszystkich stopów łożyskowych na osnowie aluminium jest stosunkowo duży współczynnik rozszerzalności cieplnej.
Stopy łożyskowe na osnowie cynku
Stopy łożyskowe na osnowie cynku z dodatkami miedzi i
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 359/360
359
py y yaluminium mają mniejsze zastosowanie praktyczne. Mogą byćstosowane na panewki pracujące przy małych i średnich
prędkościach oraz obciążeniach. Wadą tych stopów jest skłonnośćdo korozji.
Żeliwa przeciwcierne
Stopami łożyskowymi na osnowie żelaza są żeliwa. Grafit płatkowywystępujący w strukturze żeliw szarych wywiera korzystny wpływ na ich
ł ś i śli g i żli i i h t i ł ż k śli g
7/21/2019 Metaliczne Materialy Konstrukcyjne w.dudzinski
http://slidepdf.com/reader/full/metaliczne-materialy-konstrukcyjne-wdudzinski 360/360
własności ślizgowe i umożliwia ich zastosowanie na łożyska ślizgowe.Żeliwa przeznaczone na panewki łożysk ślizgowych powinny posiadaćosnowę perlityczną bez wolnego cementytu oraz ferrytu Pożądana jest
top related