Są toparametry charakteryzujące przydatność stali wgospodarce. Ichwielkość uzależniona jest odskładu stopu iobróbki. Podane poniżej wartości są charakterystyczne dla stali stosowanych wbudownictwie.
Wytrzymałość narozciąganieokreślana wielkością naprężenia wywołanego wprzekroju próbki przez siłę powodującą jejzerwanie. Badane są także inne parametry określające naprężenia wpróbkach stali, takie jak wytrzymałość naściskanie, zginanie, ścinanie iskręcenie.
Podczas badania próbki stali nazerwanie określane są także:
naprężenie rozrywające, czylirzeczywista wartość naprężenia wmiejscu przewężenia rozciąganej próbki bezpośrednio przed jejzerwaniem (jest towartość siły powodującej zerwanie wodniesieniu doprzekroju zerwanej próbki wjejnajwęższym miejscu);
wydłużenie względne, czyliprocentowy przyrost długości zerwanej próbki wstosunku dojejpoczątkowej długości,
przewężenie względne, czyliprocentowe zmniejszenie powierzchni przekroju poprzecznego zerwanej próbki wmiejscu zerwania dojejprzekroju pierwotnego.
Sprężystośćrozumiana jako zdolność materiału doodzyskiwania pierwotnej postaci pozaprzestaniu działania naniego sił powodujących odkształcenie. Wzakresie naprężeń sprężystych obowiązuje prawo Hooke'a.
Sprężystość materiału określa:
współczynnik sprężystości podłużnej (moduł Younga) E, który dla stali ma wartość wgranicach od205 do210 GPa (Gigapaskali)
współczynnik sprężystości poprzecznej G (moduł Kirchhoffa), który dla stali ma wartość 80GPa
Plastyczność, czylizdolność materiału dozachowania postaci odkształconej naskutek naprężeń odobciążeń pozaprzestaniu ichdziałania. Są toodkształcenia trwałe, które powstają poprzekroczeniu wartości tzw. granicy plastyczności, poprzekroczeniu której następuje znaczny przyrost wydłużenia rozciąganej próbki, nawet bezwzrostu aczęsto przy spadku wartości siły rozciągającej. Umownie przyjmujesię granicę plastyczności dla wartości naprężenia, przy którym trwałe wydłużenie próbki wynosi 0,2%.
Ciągliwość– zdolność materiału pozwalająca nazachowanie jegowłaściwości podczas obróbki polegającej najegotłoczeniu, zginaniu lubprostowaniu itp. Właściwość tawykorzystywana jest podczas produkcji wyrobów (np. blach trapezowych, ościeżnic itp.).
Udarowość, czyliodp*rność naobciążenia dynamiczne.
Twardość, czylizdolność przeciwstawieniasię materiału przy próbie wciskania przedmiotów twardszych. Twardość stali związana jest zzawartością węgla, manganu, chromu itp.
Spawalność, tocecha stali pozwalająca nawykonanie trwałych połączeń przez spawanie.
STALE KONSTRUKCYJNEDZIELI SIĘ NA:
- stal konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia (stal konstrukcyjna dowykonywania konstrukcji orazczęści maszyn iurządzeń ogólnego przeznaczenia, wszędzie tam, gdzie jejcharakterystyki są wystarczające dla spełnienia funkcji. Stale konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia są stalami najniższego gatunku izawierają znaczne ilości zanieczyszczeń, głównie siarki, krzemu ifosforu. Przy jejprodukcji stosujesię niski reżim technologiczny, co wpływa naszeroki rozrzut zawartości węgla. Stali ogólnego przeznaczenia niepoddajesię obróbce cieplnej. Stale te są najczęściej uspokojone, chyba że brak uspokojenia jest oddzielnie zaznaczony)
- stal konstrukcyjna wyższej jakości (stal charakteryzującasię wąskimi granicami zawartości węgla imanganu orazniewielką zawartością zanieczyszczeń, głównie krzemu (poniżej 0,7%) ifosforu. Zwykle dostarczane są jako stale uspokojone inadająsię doobróbki cieplnej)
- stal konstrukcyjna niskostopowa (stal oniskiej zawartości węgla maksymalnie do0,22% posiadająca dodatki stopowe wograniczonych ilościach. Stale niskostopowe używane są dobudowy konstrukcji narażonych nadziałanie warunków atmosferycznych takich jak mosty, maszty, wagony kolejowe itp. – wszędzie tam, gdzie zastosowanie jejjest uzasadnione ekonomicznie. Charakteryzująsię większą wytrzymałością odstali konstrukcyjnych wyższej jakości orazwiększą odp*rnością nakorozję)
Stal donawęglania(stal używana doobróbki chemicznej nawęglania. Donawęglania stosujesię stale konstrukcyjne wyższej jakości, niskostopowe orazstale stopowe omałej lubśredniej (0,08 do0,25%) zawartości węgla. Wyroby wykonane ztakiej stali ponawęgleniu zachowują dużą ciągliwość iodp*rność naszerzenie rdzenia oraztwardość powierzchni)
stal doazotowania (stal używana doobróbki chemicznej azotowania. Doazotowania stosujesię stale konstrukcyjne niskostopowe orazstale stopowe ozawartości aluminium powyżej 1,0%. Wyroby wykonane ztakiej stali poazotowaniu uzyskują dużą odp*rność naścieranie)
stal doulepszania cieplnego (stal używana doobróbki cieplnej ulepszania cieplnego. Doulepszania stosujesię stale konstrukcyjne wyższej jakość, niskostopowe orazstale stopowe ozawartości węgla 0,25 do0,6%)
Stal sprężynowa(stal używana doprodukcji resorów, sprężyn idrążków skrętnych. Stale sprężynowe są stalami węglowymi zawierającymi 0.6% – 0.85% węgla stalami niskostopowymi zawierającymi dodatki krzemu, manganu, chromu iwanadu. Większość stali sprężynowych charakteryzujesię podwyższoną zawartością krzemu, która normalnie jest niepożądanym zanieczyszczeniem. Wtych jednak aplikacjach jest wymaganym dodatkiem obniżającym plastyczność stali)
Stal automatowa(stal wykorzystywana doprodukcji drobnych części np.: śrub, nakrętek, podkładek itp. Używana naczęści niepodlegające silnym obciążeniom. Stal taka, dostarczana wpostaci prętów, jest używana wautomatach, które pracując przy minimalnym nadzorze ludzkim, wymagają stali tworzącej krótkie iłamliwe wióry. Zapewniasię toprzez zwiększony dodatek siarki do0,35% ifosforu do0,15%. Siarka, tworząca zmetalami kruche siarczki, najbardziej wpływa nałamliwość wiórów)
stal nałożyska toczne (stal dowytwarzania łożysk tocznych. Elementy łożyska tocznego, pracujące wekstremalnych warunkach wytężeniowych wymagają stali wysokiej jakości, wytwarzanej wszczególnie ścisłym reżimie technologicznym. Odstali łożyskowych wymagasię wąskiej iściśle utrzymywanej tolerancji składników stopowych izanieczyszczeń, orazodpowiedniej struktury)
Stal transformatorowa(stal ospecjalnych własnościach magnetycznych, używana jest nablachy transformatorowe. Niewystępuje wniej, lubwystępuje wniewielkim stopniu zjawisko prądów wirowych orazmagnetostrykcji. Oba czynniki są odpowiedzialne zastraty energii wtransformatorze, tzw. straty mocy wżelazie. Stal transformatorowa tostal niskostopowa opodwyższonej zawartości krzemu)
Stal narzędziowa– stal doprodukcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych orazodpowiedzialnych uchwytów. Stale narzędziowe charakteryzująsię wysoką twardością, odp*rnością naścieranie, niewielką odkształcalnością iniewrażliwością naprzegrzanie. Cechy te osiągasię przez wysoką zawartość węgla iodpowiednią obróbkę cieplną przy narzędziach mało odpowiedzialnych orazużycie odpowiednich dodatków stopowych połączone zodpowiednią obróbką cieplną wprzypadku odpowiedzialnych narzędzi.
Stal narzędziowa dzielisię na:
Stale narzędziowe węglowe (stal narzędziowa, która nieposiada większej ilości dodatków stopowych oprócz węgla, którego zawartość mieścisię wgranicach 0.5% – 1.3%. Innymi cechami odróżniającymi stale węglowe narzędziowe odstali konstrukcyjnej jest zmniejszona zawartość manganu Idrobnoziarnistość. Odwiększości stali narzędziowych węglowych wymaga się, bybyły płytko hartujące (zobacz hartowność stali). Namniej odpowiedzialne narzędzia stosujesię tańszą stal głęboko hartującą się. Płytkie hartowanie jest pożądane, gdyż zapewnia twardość powierzchni narzędzia, przy jednoczesnej wytrzymałości rdzenia narzędzia nauderzenia)
Stal narzędziowa stopowa
stale dopracy nazimno (stal stopowa narzędziowa stosowana nanarzędzia doobróbki skrawaniem iplastycznej, które mogąsię tylkonieznacznie nagrzewać wczasie pracy. Tego rodzaju stali używasię także doprodukcji przyrządów pomiarowych. Odstali dopracy nazimno wymaga się, byzachowała swoje właściwości dotemperatury +200 °C)
stale dopracy nagorąco (stal stopowa narzędziowa stosowana nanarzędzia doobróbki plastycznej nagorąco idobudowy form odlewniczych narażonych nabardzo wysokie temperatury wczasie pracy. Wymaga się, bystale te zachowały swoje właściwości dotemperatury +600°C. Osiągasię topoprzezzastosowanie wolframu imolibdenu jako dodatków stopowych nawet do8-10%, jak toma miejsce przy stali WWV) stale szybkotnące (z angielskiego high speed steel, stal stopowa narzędziowa używana dowytwarzania narzędzi doobróbki skrawaniem przy dużych prędkościach skrawania. Wymagasię odnich zachowania twardości ikształtu, aż dotemperatury +600°C. Cechę tę realizujesię przez zastosowanie dodatków stopowych – węgla 0,75-1,3% chromu 3,5-5,0%, wolframu 6-19%, wanadu 1,0-4,8%, molibdenu 3,0 do10%, awniektórych gatunkach także ikobaltu 4,5-10,0%, orazodpowiednią obróbkę cieplną. Wjejczasie dokonujesię wyżarzania, takbydodatki stopowe utworzyły związki zwęglem, tzw. węgliki, które wznacznym stopniu musząsię rozpuścić wferrycie. Wymaga tobardzo uważnej idługotrwałej obróbki)
Współcześnie stale narzędziowe, szczególnie te wysokiej jakości, wypierane są przez stellit iwęgliki spiekane.
Stal specjalna– stal przeznaczona dospecjalnych zastosowań. Stale specjalne zawierają dużą ilość dodatków stopowych, wymagają bardzo skomplikowanej obróbki cieplnej orazwysokiego reżimu obróbki imontażu. Ze względu nawysoką cenę niesą stosowane powszechnie.
DO STALI SPECJALNYCH NALEŻĄ:
Stal nierdzewna(stal odp*rna nadziałanie czynników atmosferycznych, rozcieńczonych kwasów, roztworów alkalicznych ipodobnych. Nierdzewność stali uzyskujesię poprzezzwiększoną zawartość chromu. Im większa zawartość chromu, tym większa odp*rność stali nakorozję. Zwykle stosujesię od12% do25% chromu. Zwiększona zawartość węgla także wpływa nawzrost nierdzewności stali, leczzbyt duża jegozawartość powoduje kruchość stali. Stale nierdzewne podlegają obróbce cieplnej, hartowaniu iodpuszczaniu. Stali nierdzewnych używasię nazbiorniki nawyroby zropy naftowej, niecki basenów pływackich, kolumny rektyfikacyjne, instalacje wprzemyśle koksowniczym, łopatki turbin parowych, armaturę przemysłową idomową, narzędzia medyczne, sztućce, instalacje wprzemyśle spożywczym, takielunek iokucia żeglarskie itp.)
Stal kwasoodp*rna(stal odp*rna nadziałanie kwasów omniejszej mocy odkwasu siarkowego. Kwasoodp*rność uzyskujesię dzięki stabilizacji austenitu wnormalnych warunkach, co można uzyskać dzięki wysokim zawartościom chromu (17–20%) iniklu (8-14%), orazinnych dodatków stopowych, takich jak mangan, tytan, molibden imiedź.
Stale kwasoodp*rnestosowane są popolerowaniu. Jako że wwysokich temperaturach dodatki stopowe mają tendencję dołączeniasię zwęglem tworząc twarde węgliki, pospawaniu elementów wykonanych ze stali kwasoodp*rnych wymagana jest ichobróbka cieplna. Stale kwasoodp*rne wykorzystujesię dobudowy zbiorników kwasów orazinstalacji przemysłowych, doichprodukcji idystrybucji, orazinnych instalacji zawierających kwasy, np. wprzemyśle farbiarskimi, przy produkcji nawozów sztucznych itp.)
stal żarowytrzymała (odmiana stali żaroodp*rnej, odktórej wymagasię także zachowania wytrzymałości wszerokim zakresie temperatur)
Stal żaroodp*rna(stal odp*rna nadziałanie wysokich temperatur ipracująca okresowo lubstale podichwpływem. Żarowytrzymałość uzyskujesię poprzezwysokie zawartości chromu 5-30%, niklu 4-30% orazznaczne ilości molibdenu 0,5 do1,0% iwolframu do2% jako dodatków stopowych. Wysoka zawartość dodatków stopowych pozwala uzyskać strukturę austenityczną wnormalnych warunkach. Górna granica żaroodp*rności wynosi 800°C do1200°C wzależności odskładu stali. Ze stali żaroodp*rnych iżarowytrzymałych wykonujesię elementy pieców, kotłów parowych, wentylatory dogorących gazów, skrzynki donawęglania, komory spalania turbin gazowych orazzawory tłokowych silników spalinowych)
Stal magnetyczna(stal ospecjalnych własnościach magnetycznych. Są stale posiadające właściwości ferromagnetyczne stosowane namagnesy trwałe. Namagnesy trwałe używasię stali obardzo niskiej zawartości węgla, tzw. ferryt)
Stal odp*rna nazużycie(staliwo, wktórym następuje bardzo powolne zużycie powierzchowne, tzw. ścieranie. Jest stalą wysokowęglową zawierającą 11 do14%manganu. Jest taktwarda, że niedajesię jejobrabiać skrawaniem. Gotowe elementy odlewasię wformach, dlatego choć nazywana jest stalą, technicznie jest staliwem)
Stal Hadfielda– (o oznaczeniu: X120Mn13) – stal odużej odp*rności naścieranie. Zawiera 1,1-1,3%C i12-13%Mn. Powyżej 950°C stal Hadfielda posiada strukturę austenityczną. Poochłodzeniu dotemperatury pokojowej, jest mieszaniną ferrytu icementytu manganowego. Stal tacharakteryzujesię bardzo dużą skłonnością doumocnienia, gdyż podwpływem zgniotu tworząsię wniej mikrobliźniaki. Twardość takiej stali wynosi ok. 500 HB. Stal Hadfielda umacniasię podczas pracy. Stosowana jest głównie naelementy szczególnie narażone naścieranie przy dużych naciskach: kosze koparek, gąsienice ciągników, rozjazdy kolejowe.
ZE WZGLĘDU NARODZAJ IUDZIAŁ SKŁADNIKÓW STOPOWYCH:
Stal węglowa– stal, wktórej pierwiastkiem kształtującym jejcharakterystyki jest węgiel.
Stal węglowa stosowana jest powszechnie przy wytwarzaniu konstrukcji orazczęści urządzeń mechanicznych, wszędzie tam, gdzie jejcharakterystyki są wystarczające.
Stale węglowe dzielisię na:
- stale węglowe zwykłej jakości – stosowane bezdodatkowej obróbki
- stale węglowe podwyższonej jakości – często poddawane dodatkowej obróbce cieplnej lubchemicznej.
- W zależności odzawartości węgla dzielimy je na:
- stale niskowęglowe – ozawartości węgla dookoło 0,3%
- stale średniowęglowe – ozawartości od0,3 do0,6%
- stale wysokowęglowe – ozawartości powyżej 0,6%
Stal stopowa– stal, wktórej oprócz węgla występują inne dodatki stopowe ozawartości odkilku donawet kilkudziesięciu procent, zmieniające wznaczny sposób charakterystyki stali. Dodatki stopowe dodajesię by: podnieść hartowność stali, uzyskać większą wytrzymałość stali, zmienić pewne właściwości fizyczne ichemiczne stali. Stale stopowe, zwykle bardzo drogie, używane są wzastosowaniach specjalnych, tamgdzie jest touzasadnione ekonomicznie.
Stal znalazła zastosowanie wróżnych dziedzinach techniki. Wbudownictwie stanowi jeden zkilku podstawowych materiałów konstrukcyjnych.
Najczęściej używane wtej dziedzinie gospodarki gatunki stali tostale niskostopoweiogólnego przeznaczenia (nazywane takżestalami niestopowymi).
W pierwszej grupie najbardziej popularne to(oznaczenia zgodne zPN-88/H-84020) grupy osymbolach St0S, St3S iSt4S. Wgrupie drugiej znajdująsię stale:
podwyższonej wytrzymałości (oznaczone zgodnie zPN-86/H-84018) symbolami 18G2, 18G2A i18G2AV
trudnordzewiejące (oznaczone zgodnie zPN-82/H-84017) symbolami 10HA, 10H, 12HIJA, 12PJA
stale doprodukcji rur (oznaczone zgodnie zPN-89/H-84023.7) symbolami R, R35, R45, 12X. Doprodukcji rur używane są także stale 18G2A iSt3S.
DO NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANYCH DODATKÓW WSTALACH ZALICZA SIĘ:
- nikiel (obniża temperaturę przemiany austenitycznej orazprędkość hartowania. Wpraktyce ułatwia toproces hartowania izwiększa głębokość hartowania. Nikiel rozpuszczony wferrycie umacnia go, znacznie podnosząc wytrzymałość nauderzenie. Dodatek niklu wilości 0.5% do4% dodajesię dostali doulepszania ciepłego, awilościach 8% do10% dostali kwasoodp*rnej. Wsymbolach stali jegododatek oznaczasię literą N).
- chrom (powoduje rozdrobnienie ziarna. Podwyższa hartowność stali. Zwiększa jejwytrzymałość. Stosowany wstalach narzędziowych ispecjalnych. Wtych ostatnich nawet wilościach do30%. Wsymbolach stali jegododatek oznaczasię literą H).
- mangan (obniża temperaturę przemiany austenitycznej, aprzy zawartości powyżej 15% stabilizuje iumożliwia uzyskanie struktury austenitycznej wnormalnych temperaturach. Już przy zawartościach 0.8% do1.4% znacznie podwyższa wytrzymałość narozciąganie, uderzenie iścieranie. Wsymbolach stali jegododatek oznaczasię literą G).
- wolfram (zwiększa drobnoziarnistość stali, powiększa wytrzymałość, odp*rność naścieranie. Duży dodatek wolframu 8% do20% zwiększa odp*rność stali naodpuszczanie. Wsymbolach stali jegododatek oznaczasię literą W).
- molibden (zwiększa hartowność stali. Podnosi wytrzymałość izmniejsza kruchość ipodnosi odp*rność napełzanie. Wsymbolach stali jegododatek oznaczasię literą M).
- wanad (zwiększa drobnoziarnistość stali iznacznie powiększa jejtwardość. Wsymbolach stali jegododatek oznaczasię literą V (F).
- kobalt (zwiększa drobnoziarnistość stali iznacznie powiększa jejtwardość. Wsymbolach stali jegododatek oznaczasię literą K) krzem (normalnie traktowany jako niepożądana domieszka, zwiększa kruchość stali. Stajesię pożądanym składnikiem wstalach sprężynowych. Ze względu nafakt, że zmniejsza energetyczne straty prądowe wstali, dodajesię go wilościach do4% dostali transformatorowej. Wsymbolach stali jegododatek oznaczasię literą S).
- tytan (w symbolach stali jegododatek oznaczasię literą T).
- niob (w symbolach stali jegododatek oznaczasię literami Nb.
- glin (aluminium), (w symbolach stali jegododatek oznaczasię literą A).
- miedź (posiada podobne właściwości fizyczne jak czyste żelazo, leczjest znacznie bardziej odp*rne nakorozję. Miedź jest pożądanym dodatkiem ijejzawartość systematycznie wzrasta wraz zużyciem stali złomowej przy wytapianiu nowej stali. Wsymbolach stali jejdodatek oznaczasię literami Cu).
DO PARAMETRÓW OKREŚLAJĄCYCH WŁAŚCIWOŚCI STALI JAKO MATERIAŁU NALEŻĄ CHARAKTERYSTYKI FIZYCZNE, MECHANICZNE ITECHNOLOGICZNE.
Właściwości fizyczne stali:
gęstość ρ = 7850 kg/m3
współczynnik liniowej rozszerzalności αT = 0,000012 0C-1
współczynnik przewodzenia ciepła λ = 58 W/mK
współczynnik Poissona ν = 0,30
rezystywność (20 oC, 0.37-0.42 %węgla) = 171•10-9 [Ω•m]
