konstrukcje stalowe

Mikrostruktura stali

Stopy żelaza zawierające mniej niż 2,0% węgla są kowalne i noszą nazwę stali. Stal – jest to przetworzony plastycznie i cieplnie, obrabialny stop żelaza z węglem o zawartości do ~ 2,0% węgla i innych pierwiastków.

Występujące w stali pierwiastki dzielimy na:
  • domieszki (np.: Si, Mn)
  • zanieczyszczenia (P, S, O)
  • składniki stopowe (Cr, Ni, Mo)

Nazwa „żelazo” odnosi się tylko do żelaza chemicznie czystego lub niektórych produktów zbliżonych, jak np.: żelazo karbonylkowe, żelazo Armco. Budowa stali jest krystaliczna. W stalach węglowych niestopowych w stanie wyżarzonym, kryształy, a ściślej mówiąc ziarna (krystality), składają się z dwóch składników: ferrytu i cementytu. Ferryt (od łacińskiego słowa ferrum = żelazo) jest to prawie czyste żelazo, o twardości 50-70 HB, a więc zbliżonej do twardości miedzi. Cementyt C-węglik żelaza, zwany też karbidkiem żelaza, o zawartości 6,67% C) jest bardzo twardy; jego twardość leży między twardością korundu Stal jest tym twardsza, im więcej zawiera cementytu - czyli im większy jest procent węgla Stal o zawartości 0,8% C (odpowiadająca punktowi S na wykresie żelazo-węgiel) w stanie wyżarzonym składa się z jednakowych ziaren, z których każde składa się z kolei z drobnych płytek cementytu i płytek ferrytu. Zawartość węgla w takich ziarnach jest stała (0,8%), a struktura ta nosi nazwę perlitu, gdyż wytrawiona ma połysk przypominający masę perłową. W stalach o zawartości mniej niż 0,8% C (tzw. stale podeutektoidalne), obok ziaren perlitu występują jeszcze ziarna ferrytu, i to tym więcej, im mniej jest węgla.

Rysunek 1-3a przedstawia stal o zawartości do 0,77% C; ciemne pola to perlit (składający się z płytek cementytu i ferrytu), jasne to ferryt. Z wielkości pola, można określić z duża dokładnością zawartości węgla w stali. Rysunek 1.3b,c przedstawia powiększenie próbki stali o zawartosci ponad 0,77% C nazywana stalą nadeutektoidalną. Próbki wytrawione są nitalem (a) i zasadowym pikrynianem sodu (b) [4]. W stalach o zawartości do 0,025% C cementytu nie ma wcale, nieznaczny procent węgla jest, bowiem rozpuszczony w żelazie w sposób niewidoczny i w strukturze występują wyłącznie ziarna ferrytu. W stalach o zawartości większej niż 0,77% C (tzw. stale nadeutektoidalne) nadmiar cementytu wykrystalizowuje w postaci płytek, układających się siatkowo między poszczególnymi ziarnami ferrytu (rys. 1-3b,c). Cementyt oprócz postaci płytkowej występuje często pod postacią kuleczek równomiernie rozrzuconych w masie ferrytu. Mówi się wówczas o strukturze z cementytem kulkowym albo ziarnistym; występuje ona zazwyczaj w stalach o większej zawartości węgla, a głównie w stalach narzędziowych (węglowych i stopowych) i w stalach konstrukcyjno stopowych.

Przy nagrzewaniu do ok. 723°C budowa stali pozostaje bez zmiany. W temperaturach ponad 723°C (linia PSK) następuje rozpuszczenie płytek lub kulek cementytu w żelazie i powstają kryształy tzw. roztworu stałego węgla w żelazie γ. Struktura ta nazywa się austenitem. W stalach węglowych austenit jest trwały tylko w wysokich temperaturach. Przebieg rozpuszczania zależy od zawartości węgla w stali.

W stalach podeutektoidalnych rozpuszczanie rozpocznie się w temp. 723°C i w miarę podwyższania temperatury kryształy ferrytu rozpuszczać się będą w roztworze stałym powstałym z ziaren perlitu; proces ten zakończy się w odpowiedniej temperaturze leżącej na linii GS. Powyżej tej temperatury w stali występują same kryształy austenitu, poniżej - kryształy austenitu+ferryt.

Stal eutektoidalna, o zawartości ok. 0,8% C, zachowuje się inaczej; ponieważ składa się ona wyłącznie z ziaren perlitu, wszystkie ziarna przechodzą w roztwór stały jednocześnie. Temperatura przez cały czas przemiany pozostaje ta sama i zaczyna się podnosić dopiero wtedy, gdy już cała masa stali przeszła w roztwór stały. Stale nadeutektoidalne zachowują się podobnie jak i podeutektoidalne. Przede wszystkim rozpuszczają się zawarte w perlicie: cementyt i ferryt, a następnie wolne płytki cementytu. W zakresie temperatur poniżej linii SE znajdują się obok siebie kryształy austenitu i rozpuszczające się płytki cementytu, a powyżej linii SE już tylko roztwór stały - austenit. Jeżeli stal nagrzana powyżej temperatur linii GSE zacznie powoli stygnąć, wówczas wszystkie przemiany zachodzą w odwrotnym porządku i tworzy się z powrotem budowa perlityczna.

Składniki stopowe wpływają znacznie na strukturę stali, obniżając zawartość węgla potrzebną do uzyskania struktury perlitycznej - inaczej mówiąc - wpływają na przesunięcie w lewo punktu S na wykresie żelazo-węgiel. Szczególnie silne oddziaływanie ma molibden i wolfram; dość często stosowany w stalach narzędziowych dodatek 1,5-2,0% W powoduje, że perlit w tych stalach zawiera zaledwie ok. 0,4% C. Poza tym składniki stopowe w większych ilościach przesuwają (niektóre nawet bardzo znacznie) poszczególne linie wykresu.

Przy dostatecznie dużej zawartości składników stopowych stal może mieć w stanie równowagi w temperaturze otoczenia, a więc wolno studzona przy wyżarzaniu, strukturę martenzytyczną lub austenityczną (np. stal manganowa Hadfielda (rysunek 1-4) lub stale kwasoodporne zawierające 18% Cr i 8% Ni). Widać z niego, że nikiel i mangan obniżają, a chrom, wolfram, krzem i molibden podwyższają punkt A stali. Położenie tego punktu ma wpływ na wybór odpowiedniej temperatury grzania przy hartowaniu. Wykres żelazo-węgiel odnosi się do przemian w stanie zbliżonym do równowagi, tj. zachodzących bardzo wolno. Szybkości grzania czy chłodzenia nie są uwzględnione na wykresie i dlatego, jeżeli chodzi o hartowanie, to wykres daje tylko wskazówkę, do jakiej temperatury należy ogrzać stal, aby uzyskać zahartowanie.

wiecej na temat stali tutaj oraz szczegłowo:kątowniki, blacha trapezowa, płaskownik

Design downloaded from Free Templates - your source for free web templates  |  Korzystanie z serwisu oznacza akceptację regulaminu i polityki cookies.