ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELOR curs 7 conf.dr.ing. Liana Balteş
[email protected] @
Simbolizarea oţelurilor în funcție de utilizare •
SR EN 10027-1:2006 - Sisteme de simbolizare pentru oţeluri. Partea 1: Simbolizarea alfanumerică simboluri principale alfanumerică,
Litera
Utilizare
Proprietatea mecanică
S
Oțel pentru construcții
Rezistența minimă la curgere
P
Oțell pentru vase subb presiune i
Rezistența i minimă i i la l curgere
L
Oțel pentru țevi
Rezistența minimă la curgere
E
Oțel pentru construcții mecanice
Rezistența minimă la curgere
B
O l beton Oțel b
R i Rezistența la l curgere caracteristică i i ă
Y
Oțel pentru structuri pretensionate
Rezistența minimă la curgere
R
Oțel pentru calea ferată
Rezistența minimă la curgere
H
Oț l de Oțel d înaltă î ltă rezistență i t ță pentru t laminare l i la l rece Rezistența R i t ț minimă i i ă lla curgere
D
Produse plate pentru deformare plastică la rece C, D sau X + două cifre care caracterizează oțelul
T
Oțel pentru table galvanizate
Rezistența la curgere nominală Număr=100x pierderea specifică
M
Oțel electric
Număr=100x grosimea nominală în mm Literă pentru tipul oțelului (A,B,E,N,S sau P)
Ex: S420 = oțel pentru construcții (S) cu rezistența minimă la curgere de 420MPa (420)
Simbolizarea oţelurilor în funcție de utilizare • •
SR EN 10027-2:1996 - Sisteme de simbolizare pentru oţeluri. Partea 2: Sistemul numeric i Numere alocate de European Registering Office (VDEh în Dusseldorf)
Oțeluri Carbon Număr = 1.00XX (& 1.90XX )-oțeluri de bază Număr = 1.01XX (& 1.91XX )-oțeluri de calitate (pentru structuri generale cu Rm<500MPa ) Număr = 1.02XX (& 1.92XX )-oțeluri de construcții (fără tratament termic cu Rm<500MPa ) Număr = 1.03XX (& 1.93XX )-oțeluri cu conținut mediu %C< 0,12 sau Rm < 400 MPa MP Număr = 1.04XX (& 1.94XX )-oțeluri cu conținut mediu 0,12≤% C< 0,25 sau Rm ≥ 500 MPa Număr = 11.05XX 05XX (& 1.95XX 1 95XX ))-oțeluri oțeluri cu conținut 0,25 0 25 ≥%C < 0,55 0 55 sau 500MPa ≤Rm< 700 MPa Număr = 1.06XX (& 1.96XX )-oțeluri cu conținut %C > 0,55 sau Rm ≥ 700 MPa Număr = 1.07XX 1 07XX (& 1.97XX 1 97XX )-oțeluri cu conținut mare de P sau S S.
Simbolizarea oţelurilor Oțeluri Carbon Speciale Număr = 1.10XX (& 1.90XX )-oțeluri speciale (oțeluri cu proprietăți fizice speciale) Număr = 1.11XX 1 11XX-oțeluri oțeluri speciale (oțeluri pentru vase sub presiune și pentru construcții mecanice cu %C < 0,5 ) Număr = 1.12XX(& 1.90XX )-oțeluri speciale (oțeluri pentru vase sub presiune și pentru construcții mecanice cu % C ≥ 0,5) Număr = 1.13XX-oțeluri speciale (oțeluri pentru vase sub presiune și pentru construcții mecanice cu cerințe speciale) Număr = 1.14XX-oțeluri 1 14XX oțeluri speciale Număr = 1.15XX la 1.18XX-oțeluri de scule Număr = 1.19XX-oțeluri speciale •
Simbolizarea funcție de compoziția chimică: C urmat de două cifre = 100x conținutul de carbon % Ex: C45 oțel carbon de îmbunătățire cu C = 0,42...0,5%.
Simbolizarea oţelurilor carbon de uz general Mărci de oţeluri destinate fabricării produselor laminate la cald, sub formă de laminate plate şi bare forjate, forjate pentru construcţii mecanice şi metalice. metalice Sunt oţeluri hipoeutectoide, care se livrează cu diferite clase de calitate şi grade de dezoxidare. Sunt cele mai ieftine oţeluri, oţeluri cu o largă utilizare, utilizare fără alte deformări plastice la cald sau tratamente termice. Sunt uşor prelucrabile prin aşchiere, sudabile. cu capacitate de deformare plastică la rece. ț carbon de uz g general STAS 500–80 • VECHI: Oțeluri OL + Rm [daN/mm2]. clasa e calitate (1,2,3,4) + « n »,« s », « k » Ex: OL42.2k • NOU: Oţeluri ţ nealiate de construcţie ţ SR EN 10025-2:2004 - Oțeluri pentru construcții în general S + Rp0,2 [MPa] + (JR, J0, J2, K2) + opțional (+AR, +N) + opțional C Ex: S355J2 S355J2+N N - Oțeluri pentru construcţii mecanice E + Rp0,2 [MPa] Ex: E360
Simbolizare oţeluri nealiate de construcţii
1)
S= oțeluri pentru construcții în general, E = oțeluri pentru construcţii mecanice
2) nnn = rezistența minimă la curgere pentru epruveta de 16 mm (N/mm 2) 3) m = informații referitoare la rezistența la impact Temperatura de testare = 20 oC, JR = 27 Jouli, Temperatura de testare = 0 oC, J0 = 27 Jouli, Temperatura de testare = -20 oC, J2 = 27 Jouli, K2 = 40 Jouli 4) u = simboluri pentru condiții de livrare AR = Laminat N = Normalizat 5) C = potrivit pentru deformare plastică la rece
Oțeluri pentru construcții în general-echivalenţe SR EN 10025
SR EN 10025
Si b li Simbolizare
Si b li Simbolizare
alfanumerică
numerică
STAS 500/2-80
Exemple de domenii de utilizare Elemente de structuri metalice de uz general supuse la solicitări moderate: suporţi, rame, armături, nituri, lanţuri, flanșe
S185
1.0035
OL 32.1
S235JR S235JO S235J2 S235J2+N; S275JR S275JO
1.0038 1.0114 1 0117 1.0117 1.0117 1.0044 1.0143
OL37-2k OL37-3k; OL37-3kf OL37 4kf OL37-4kf OL37-4kf, normalizat OL44-2k OL44-3k; OL44-3kf
S275J2 S275J2+N
1.0145 1.0145
OL44-4kf OL44-4kf, normalizat
S355JR S355JO S355J2 S355J2+N S355K2+N
1.0045 1.0553 1.0577 1.0577 1.0596
OL52-2k OL52-3k; OL52-3kf OL52-4kf OL52-4kf, normalizat OL52-4kf, normalizat
•k=calmat, kf= calmat suplimentar cu Al
Elemente de construcţii metalice sudate sau îmbinate prin alte procedee: ferme, poduri, rezervoare, stâlpi, b ti i sudate, batiuri d t lanţuri, l ţ i plase l sudate d t pentru t beton b t armat, structuri portante de maşini şi utilaje Elemente de construcţii metalice sudate, supuse la solicitări mecanice relativ ridicate și care trebuie să prezinte o suficientă garanţie la ruperea fragilă Elemente de construcţii metalice puternic solicitate: stâlpi pentru linii electrice aeriene, căi de rulare, macarale, şasiuri la autovehicule, rezervoare de mare capacitate
Oțeluri pentru construcţii mecanice-echivalenţe
SR EN 10025
SR EN 10025
Simbolizare
Simbolizare
alfanumerică
numerică
E295
E335
E360
1.0050
1.0060
1.0070
STAS 500/2-80
Exemple de utilizare
OL 50
Elemente de construcţii mecanice supuse la solicitări ridicate: bare de tracţiune, arbori drepţi și cotiţi, arbori pentru pompe şi turbine, cârlige de macara, menghine, piuliţe, şuruburi de precizie, roţi dinţate pentru viteze periferice mici p
OL 60
Elemente de construcţii mecanice supuse la solicitări mai ridicate arbori drepţi şi cotiţi, şuruburi de precizie, roți dinţate pentru viteze periferice moderate
OL 70
Organe de maşini supuse la uzură: arbori canelaţi, pene, cuplaje, roţi melcate, melci pentru transport, fusuri pentru prese, roti de lanţ, bolțuri de centrare
Simbolizare oţeluri nealiate de construcţii-proprietăţi mecanice
Simbolizarea oţelurilor carbon
Oţelurile nealiate turnate pentru construcţii mecanice de uz general sunt oţeluri hipoeutectoide, p , care se livrează în stare recoaptă, p , după p normalizare şşi detensionare sau după normalizare, călire şi revenire. STAS 600 600–89 89 • VECHI : Oţel carbon turnat în piese OT + Rm [MPa] – 1,2,3 Ex: OT 400 - 1 • NOU: O Oţeluri O i nealiate i turnate de uz general SR S EN 10293 10293:2005 200 GE+Rp0,2 [MPa] varianta normală GS+Rp0,2 , [MPa] varianta sudabilă (impunerea compoziţiei chimice şi limitarea sumei elementelor reziduale) Ex: GE200,, varianta sudabilă GS200
Oţeluri nealiate turnate pentru construcţii mecanice de uz generalechivalenţe, proprietăţi mecanice SR EN 10293 Simbolizare Simbolizare numerică alfanumerică
C
Si (Max)
Mn
P (max)
S (max)
%
%
%
%
%
GE200
1.0420
-
-
-
0,035
0,030
GS200
1.0449
0,18 max
0,60
1,2 max
0,030
0,025
GE240
1.0446
-
-
-
0,035
0,030
GS240
1 0455 1.0455
0 23 max 0,23
0 60 0,60
1 2 max 1,2
0 030 0,030
0 025 0,025
GS300
1.0558
-
-
0,035
0,030
SR EN 10293 Simbolizare alfanumerică
Simbolizare numerică
STAS 600-82
Grosime
Rp0,2 Rp0 2 (min)
Rm
A( min)
mm
MPa
MPa
%
GE200
1 0420 1.0420
OT 400-3 400 3
t ≤ 300
200
380 530 380-530
25
GS200
1.0449
OT 400-3
t ≤ 100
200
380-530
25
GE240
1.0446
OT 450-3
t ≤ 300
240
450-600
22
GS240
1 0455 1.0455
OT 450-3 450 3
t ≤ 100
240
450 600 450-600
22
OT 500-3
t ≤ 30
300
600-750
15
OT 500-3
30 < t ≤ 100
300
520-670
18
GS300
1.0558
Simbolizarea oţelurilor carbon • VECHI: Oțel carbon de calitate OLC + %C x 100
STAS 880 - 88
Ex: OLC 35 • de cementare OLC 8 – OLC 20 • de îmbunătăţire ţ OLC 25 – OLC 60 • NOU: parte din Oțeluri pentru călire și revenire (îmbunătățire) SR EN 10083:2007 C + %C x 100 + starea de livrare netratată (simbol TU); cu tratament pentru îmbunătăţirea prelucrabilităţii (TS), înmuiată (TA), normalizată (TN), călită şi revenită (TQ+T).
Ex: C 45 TN (oțel de îmbunătățire normalizat) Oțeluri pentru cementare (carburare) SR EN 10084:2008 C + %C x 100 + E sau R ((E = conţinut ţ redus de S şşi P;; R = conţinut ţ controlat de S)) + Tratament termic cu proprietatea: (+S) rezistența la forfecare, (+A) duritate maximă, (+TH) duritate în interval, (+FP) structură ferito-perlitică și duritate în interval Ex: C 10R (oțel de cementare cu C= 0,07...0,13%, S= 0,020 … 0 040%) 0,040%) • VECHI: Oțeluri carbon de scule STAS 1700 – 90 OSC (O-oţel (O l carbon; b S S-scule; l C-de C d calitate) li ) + %C x 10 + M = conţinut i mărit ă i în î mangan Ex: OSC 8M
Simbolizarea oţelurilor carbon de îmbunătățire SR EN 10083:2007compoziţie chimică
Nume
Număr
C
Si (Max)
Mn
%
%
%
Cr (max)
Mo (max)
Ni (max)
Cr +Mo +Ni
%
%
%
%
%
P (max) S (max) %
C35
1.0501
0,320,39
0,40
0,5-0,80 0,045
0,045
0,40
0,10
0,4
0,63
C40
1.0511
0,37 0,370,44
0,40
0,5-0,80 0,045
0,045
0,40
0,10
0,4
0,63
C45
1.0503
0,420 50 0,50
0,40
0,5-0,80 0,045
0,045
0,40
0,10
0,4
0,63
C55
1.0535
0,520,60
0,40
0,6-0,90 0,045
0,045
0,40
0,10
0,4
0,63
C60
1.0601
00,5757 0,65
0,40
0,6-0,90 0,045
0,045
0,40
0,10
0,4
0,63
Simbolizarea oţelurilor carbon de îmbunătățire SR EN 10083:2007proprietăţi mecanice
Nume
Echiv. STAS 880-80
d < 16 t≤8
16 < d ≤ 40 8 < t ≤ 20
40 < d ≤ 100 20 < t ≤ 60
Re
Rm
A
Re
Rm
A
Re
Rm
A
MPa
MPa
%
MPa
MPa
%
MPa
MPa
%
C35
OLC35
430
630-780 630 780
17
380
600-750 600 750
19
320
550-700 550 700
20
C40
OLC40
460
650-800
16
400
630-780
18
350
600-750
19
C45
OLC45
490
700-850
14
430
650-800
16
370
630-780
17
C55
OLC55
550
800 950 800-950
12
490
750 900 750-900
14
420
700 850 700-850
15
C60
OLC60
580
8501000
11
520
800-950
13
450
750-900
14
Simbolizarea oţelurilor carbon de îmbunătățire SR EN 10083:2007echivalenţe
N Nume
Echiv. STAS 880-80
C35
OLC35
C40
OLC40
Exemple de utilizare Piese tratate termic mediu solicitate: arbori cotiţi cu dimensiuni mici, biele, butuci sudați pentru roţi, cilindri de prese, bandaje Piese tratate termic cu utilizări diverse în construcţia de maşini
C45
OLC45
Piese tratate Pi t t t termic t i de d rezistenţă i t ţă ridicată idi tă şii tenacitate t it t medie: di discuri de turbină, arbori cotiţi, biele, coroane dinţate, roţi cu clichet, volanţi, pene de ghidaj, melci
C55
OLC55
Piese tratate Pi t t t termic t i puternic t i solicitate: li it t roţi ţi dinţate, di ţ t bandaje, b d j coroane, arbori, bolţuri de lanţ
OLC60
Piese tratate termic cu proprietăţi de rezistenţă ridicată combinată cu elasticitate: excentrice, bandaje, bucşe elastice, roţi dinţate
C60
Simbolizarea oţelurilor carbon de cementare (carburare) SR EN 10084:2008-compoziţie chimică
C
Si (Max)
Mn
P (max)
S (max)
%
%
%
%
%
1.1121
0,07 - 0,13
0,4
0,3 - 0,6
0,035
0,035
C10R
1.1207
0,07 - 0,13
0,4
0,3 - 0,6
0,035
0,02-0,04
C15E
1.1141
0,12 - 0,18
0,4
0,3 - 0,6
0,035
0,035
C15R
1 1140 1.1140
0 12 - 0,18 0,12 0 18
04 0,4
0 3 - 0,6 0,3 06
0 035 0,035
0 02 0 04 0,02-0,04
C16E
1.1148
0,12 - 0,18
0,4
0,6 – 0,9
0,035
0,035
C16R
1.1203
0,12 - 0,18
0,4
0,6 – 0,9
0,035
0,02-0,04
Nume
Număr
C10E
Simbolizarea oţelurilor carbon de cementare (carburare) SR EN 10084:2008-echivalenţe Nume SR EN 10084:2008
Echivalența
Duritatea HB pentru STAS 880-80 condiția de livrare +A
C10E
OLC10 OLC10S
C10R
OLC10X OLC10XS
C15E
OLC15 OLC15S
C15R
OLC15X OLC15XS
C16E
OLC20 OLC20S
C16R
OLC20X OLC20XS
Exemple de utilizare
131
Piese i cementate cu rezistenţă i ă redusăă în î miez: şaibe, clicheţi, furci, pene de ghidare, culbutoare, supape, discuri, b bucşe şii role l pentru t lanţuri l ţ i de d tracţiune.
143
Piese cementate cu rezistenţă ţ redusă în miez: bolţuri, pârghii, chei, pene de ghidare.
156
Piese cementate cu rezistenţă redusă în miez: bolţuri, şaibe, bucşe.
•X-oţeluri superioare, XS- oţeluri superioare cu conţinut controlat de S
Echivalența oţelurilor carbon de cementare (carburare) SR EN 10084:2008-echivalenţe
Oţeluri carbon de scule STAS 1700 – 90 • • • •
•
Cuprind oţeluri prelucrate prin deformare plastică la cald sau la rece sub formă de produse laminate, forjate şi trase, cojite sau şlefuite destinate confecţionării sculelor. S t oţeluri Sunt ţ l i care conţin ţi 0,65...l,24%C, 0 65 l 24%C folosite f l it cu tratamentul t t t l termic t i final fi l de d călire şi revenire joasă. După călire, ating duritatea superficială 60-62 HRC. Sunt oţeluri cu călibilitate redusă, pentru că numai sub l0 mm diametru se călesc complet în volum, între 10-15 mm diametru călirea este superficială în limita a 5 mm, iar peste 50mm diametru se călesc în limita a 2mm. Stabilitatea termică a structurii este limitată de temperatura de revenire la 150...200°C.
Oţeluri carbon de scule STAS 1700 – 90
80
Influenţa conţinutului de carbon asupra proprietăţilor oţelurilor nealiate fără tratament termic
H B [dd a N /m m 2 ]; R m e c [d a N //m m 2 ]; A [% % ]; Z [% ]; K C U [d a J /c m 2 ]
Oţelurile nealiate -proprietăți
HB 0 31
100
15
R
60
14 Z
80
A
25
KCU
30
3 2 0
0.2
0.4
0.6
0.8 %C
1.0
1.2
1.4
Elemente însoţitoare în oţelurile nealiate • Si: maximum 0,5%. , Provine de la elaborare ((sau dezoxidare). ) Apare: p dizolvat în ferită (crește rezistența) incluziuni nemetalice (silicați, oxizi). • Mn: în oţelurile nealiate max. max 0,8%. 0 8% Se adaugă la dezoxidare şi desulfurare. desulfurare Apare: dizolvat în ferită în î cementită i ă secundară d ă (FeMn) (F M )3C Mn3C MnS, oxizi • P: max. 0,05% (general). Provine din minereu. Apare: dizolvat în ferită Fe3P, P Fe2P • Fragilizează la rece • Formează fibrajul în oţeluri – creștere a rezistenței pe direcția de deformare plastică la cald. cald
Elemente însoţitoare în oţelurile nealiate
• • • • • • •
S: max. 0,05% (în general). Provine din minereu, cocs, gaze de ardere. Formează eutectic Fe – FeS (topire la 985°C) → fragilitate la cald O: max. 0,05%. Din atmosferă și oxizi. Oxizi : FeO, FeO Fe3O4, Fe2O3 Formează incluziuni fragile N: max. 0,03%. Din atmosferă Apare dizolvat în ferită și în Fe4N (precipitate care duc la îmbătrânirea feritei).
Oțeluri aliate
• Oţelurile în care suma elementelor de aliere este între 1...50%. • Elementele de aliere se pot repartiza în oțeluri: ¾ dizolvate în fier sub formă de soluții, soluții fomând ferita și austenita aliată; ¾ combinații cu carbonul: carburi simple, complexe, cementita aliată sau faze de pătrundere. Sunt elementele tradiționale de la stânga Fe în tabelul periodic (Ti, V, Cr, Mo, W, etc); ¾ compuși intermetalici (FeCr, (FeCr FeV, FeV Fe3Ti, Ti Fe2W, W Fe2Mo,etc.) Mo etc ) ¾ în stare liberă (Pb, Cu > 1%).
Influența elementelor de aliere • Elementele de aliere acționează asupra punctelor critice ale fierului (A3, A4) deplasându-le pe axa temperaturii. • Din acest punct de vedere elementele de aliere se clasifică în: ¾ γ-gene, austenitogene, care deschid sau lărgesc domeniul austenitic și-l reduc pe cel feritic (Mn, Ni, Pt, C, N, etc.-prin ridicarea punctului A4 și coborârea lui A3, iar Co prin ridicarea ambelor puncte critice); ¾ α-gene, feritogene, care închid sau îngustează domeniul austenitic lărgindu-l pe cel feritic (Si, Mo, W, Ti, V, etc. prin coborârea punctului A4 și ridicarea lui A3, iar Cr prin coborârea ambelor puncte critice).
Oțeluri aliate
Sistemul Fe-Mn g elemente γγ‐gene
Sistemul Fe-Cr elemente α-gene g
Influența elementelor de aliere
• •
•
• •
•
•
Cromul este un element de aliere care se găseşte în anumite cantităţi în majoritatea oţelurilor aliate, datorită efectului său favorabil. Cromul se dizolvă în ferită, durificând-o într-o măsură mai mică decât alte elemente de aliere, iar pe de altă parte favorizează formarea carburilor şi nitrurilor. Acestea în cazul în care sunt repartizate la limita cristalelor micşorează sensibilitatea la supraîncălzire î ăl i a oţelurilor, ţ l il favorizând f i â d comportarea t la l sudare, d întrucât î t ât cristalele i t l l zoneii influenţate termic sunt frânate să crească odată cu încălzirea. Astfel are loc şi o mărire a rezistenţei la rupere. Nitrurile de crom, crom de tipul CrN sau Cr2N se formează în oţelurile crom, crom datorită afinităţii cromului faţă de azotul dizolvat în metalul lichid, la elaborare sau la sudarea acestor oţeluri, mărind fragilitatea la revenire. De asemenea cromul micşorează conductivitatea termică a oţelurilor, oţelurilor determinând micşorarea zonei influenţate termic, obţinută pentru o anumită energie liniară. Cromul măreşte şi segregaţia dendritică, provocând apariţia cristalelor columnare mari,, a căror efect nefavorabil este cu atât mai pputernic cu cât dimensiunea ppieselor este mai mare. Cromul, în cazul răcirilor rapide, favorizează apariţia austenitei reziduale, datorită faptului că este un element care coboară temperatura de începere a transformărilor martensitice. Creşterea cantităţii de austenită reziduală poate favoriza variaţii dimensionale ale pieselor, provocând în acest fel tensiuni interne şi deformaţii. Oţelurile între 0,3-2 % Cr sunt considerate oţeluri slab aliate.
Influența elementelor de aliere • Nichelul se dizolvă în orice proporţie în ferită şi austenită, nu formează carburi b i şii favorizează f i ă ddescompunerea cementitei, tit i fiind fii d un element l t gamagen şi grafitizant. • Nichelul coboară temperatura de formare a eutecticului. În funcţie de concentraţia t ţi sa în î oţeluri, ţ l i acestea t pott avea structură t t ă perlitică liti ă (P), (P) martensitică (M) sau austenitică (A). • Nichelul are rolul şi de a compensa efectele defavorabile ale cromului, pe care îl însoţeşte de cele mai multe ori în oţelurile aliate. aliate • Datorită solubilităţii ridicate a hidrogenului în nichel, se poate observa o scădere a rezilienţei în cazul alierii cu Ni. • Nichelul Ni h l l măreşte ă călibilitatea ălibili şii micşorează i ă temperatura de d începere î a transformărilor austenitice, acest efect fiind maxim în cazul în care oţelul conţine şi un adaos de 0,1 – 0,8 %V. • Un U alt l efect f ddeosebit bi dde ffavorabil bil all nichelului, i h l l i asupra oţelurilor, l il îl constituie i i micşorarea coeficientului de dilatare lineară, odată cu creşterea conţinutului de Ni până la 35,5%. Aliajul cu 46% Ni, aliajul platinită, are acelaşi coeficient de dilatare termică ca şi sticla sticla. • Oţelurile între 1-5% Ni sunt considerate oţeluri slab aliate cu Ni.
Influența elementelor de aliere
40
30
% Ni
M+ A
20
M
10
P+M
A
P 0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
%C
Diagrama structurală a oţelurilor aliate cu nichel
Influența elementelor de aliere
70
Conductivittatea termicã λ [W/mk]
60 50 40 30 20 10 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Continutul de nichel [%]
Variaţia coeficientului de dilatare termică a oţelurilor aliate cu nichel
•
•
• • •
•
Influența elementelor de aliere
Manganul fiind un element de aliere ieftin şi având proprietăţi asemănătoare cu cele ale Ni, este foarte des utilizat, dar fără a se atinge aceleaşi performanţe ca în cazul alierii cu Ni. Ni Manganul ajunge în oţel din feromanganul introdus la elaborare pentru dezoxidare şi desuflare. Manganul se dizolvă parţial, iar parţial formează o serie de compuşi chimici în oţel. parte a manganului g se găseşte g ş în structura oţelurilor ţ sub formă de Cea mai mare p MnS, ca incluziuni nemetalice. MnS are aspect globular de culoare gri, este plastică şi are temperatura de topire ridicată. Se deformează bine în timpul proceselor de prelucrare la cald. Î funcţie În f ţi de d cantitatea tit t de d Mn M din di oţel, ţ l acesta t poate t fi element l t însoţitor î ţit (< 00,8%Mn) 8%M ) sau element de aliere (> 0,8 %Mn). Manganul măreşte călibilitatea oţelurilor asemănător cu cromul şi micşorează temperatura de începere a transformării martensitice martensitice, favorizând apariţia austenitei reziduale în cazul răcirilor rapide. Conţinutul de mangan influenţează pozitiv variaţia coeficientului de dilatare ş conţinutului ţ de Mn creşte ş şi ş lineară a oţelurilor. Astfel rezultă că odată cu creşterea coeficientul de dilatare lineară şi totodată cresc şi tensiunile interne care apar în timpul sudării acestor oţeluri. Din cercetările experimentale s-a determinat că rezistenţa la rupere şi limita de curgere cresc cu cca. 100 MP MPa pentru t fi fiecare procentt d de mangan, alungirea l i la l rupere fiind puţin influenţată.
Influența elementelor de aliere • Siliciul ajunge în oţel parţial din fonta brută care serveşte la elaborarea oţelului, parţial din căptuşeala cuptorului de elaborat oţel, din zgură şi ferosiliciul utilizat pentru dezoxidare. • Este element de aliere la concentraţii peste 1%Si. • Datorită faptului că fierul dizolvă până la 14 %Si la temperatura ordinară, în cea mai mare parte siliciul se dizolvă în ferită, determinând mărirea durităţii şi a limitei de elasticitate. • Astfel la o creştere a conţinutului de siliciu cu 1% are loc creşterea rezistenţei la curgere şi a rezistenţei la rupere cu cca. 100 MPa, crescând de asemenea şi duritatea. • Întrucât siliciul nu formează carburi, rezultă că are un efect favorabil asupra formei carburilor şi asupra comportării lor la încălzire. În acest fel carburile din oţelurile aliate cu siliciu au o tendinţă de globulizare şi se dizolvă mai greu în î soluţia l i solidă lid îîn timpul i l încălzirii. î l i ii • Siliciul măreşte călibilitatea oţelurilor şi împiedică descompunerea martensitei la încălzire, favorizând în acelaşi timp decarburarea oţelului î atmosferă în f ă oxidantă. id ă
Influența elementelor de aliere • Molibdenul, vanadiul şi wolframul sunt elemente de aliere care au efect favorabil asupra proprietăţilor oţelurilor aliate. • Datorită afinităţii mari pentru carbon, aceste elemente dau carburi greu fuzibile şi cu solubilitate scăzută. Ele micşorează sensibilitatea la supraîncălzire, ducând la mărirea rezistenţei la cald a oţelurilor, datorită efectului mecanic al carburilor de la limita cristalelor. • Datorită efectului favorabil pe care îl manifestă asupra punctelor critice de transformare, aceste elemente măresc stabilitatea termică al oţelurilor • Molibdenul, vanadiul şi wolframul determină ridicarea temperaturii de transformare AC3 a oţelurilor, formând carburi greu fuzibile în austenită, d ducând d la l mărirea termosensibilităţii. • Molibdenul şi vanadiu înlătură fragilitatea de revenire în timp ce molibdenul şi wolframul însoţite de siliciu favorizează decarburarea oţelurilor i încălzite î ă i în î mediu i oxidant. i Rezistenţa i la curgere la cald şii duritatea oţelurilor cresc odată cu mărirea conţinutului de W, Mo, şi V.
Influența elementelor de aliere
110
o M
[0
-5
]
2
→ R [N / mm ]
90 [0
]
C
V
,4 -1
70 W
[
1 0-
2]
50 Continutul de W, Mo, V [%]
Influenţa W, Mo, V asupra rezistenţei la curgere a oţelurilor
Influența elementelor de aliere • •
• • • •
Titanul este un element care este dorit în compoziţia oţelurilor. oţelurilor Datorită acestui efect titanul măreşte rezistenţa mecanică şi duritatea oţelurilor. Cobaltul este un element care favorizează precipitarea unor compuşi greu solubili şi p mărind duritatea şi stabilitatea termică. Cobaltul este un element fin dispersaţi, care formează carburi, având un efect deosebit de favorabil asupra obţinerii carburilor sau altor compuşi intermetalici cu alte elemente de aliere sau însoţitoare – Mo, Cr, W, Ti, etc. D t ită modificării Datorită difi ă ii formei f i carburilor b il de d molibden libd şii a cementitei, tit i cobaltul b lt l prezintă i tă dezavantajul de scădere a tenacităţii oţelurilor. De asemenea cobaltul măreşte valorile punctelor critice A1 şi A3 cu cca. 6,5 K pentru o creştere de 1%Co. Alte efecte favorabile ale cobaltului asupra oţelurilor sunt mărirea conductivităţii termice şi mărirea rezistenţei la oxidare la cald. Borul este un element de microaliere în oţeluri, care în proporţii de 0,0005…0,003% întârzie transformarea perlitică, fără să o deplaseze pe scara temperaturilor. De asemenea măreşte călibilitatea oţelurilor, opunându-se formării constituenţilor moi în timpul călirii şi determină micşorarea susceptibilităţii la fisurare.
Influența elementelor nedorite • •
• • •
Azotul este un element însoţitor ţ care ajunge j g în oţel ţ din aerul cu care vine în contact la elaborare. Din acest motiv procedeul prin care a fost elaborat oţelul influenţează în măsură apreciabilă conţinutul de azot din oţel. Azotul care se găseşte în oţel dizolvat în ferită în cantităţi mari determină formarea nitrurii it ii Fe F 4N ((γ’). ’) ÎÎn cazull oţelurilor ţ l il moi, i determină d t i ă fragilitatea f ilit t la l albastru lb t şii îmbătrânirea mecanică, fapt ce se evită prin dezoxidare suplimentară cu aluminiu, care având afinitate mai mare faţă de oxigen decât fierul, determină formarea AlN, fără să mai rămână azot în ferită. Hidrogenul este un element însoţitor prezent în oţeluri datorită umidităţii materialelor refractare fie din adaosurile care conţin hidrogen şi care sunt introduse în oţel în timpul elaborării, cum ar fi ferosiliciul sau varul. Hidrogenul mai poate apare şi în timpul sudării, din apa conţinută de învelişurile electrozilor sau din fluxuri, precum şi din diferite impurităţi de pe materialele de sudat. Hid Hidrogenul l aflat fl t în î oţel ţ l subb două d ă forme f de d bază b ă – în î stare t atomică t i ă când â d formează f ă cu fierul o soluţie solidă de interstiţie, sau în stare moleculară când rămâne inclus la locul de formare – conduce la formarea de fulgi şi pori care sunt nedorite în ţ oţeluri.
Influența elementelor nedorite
Compoziţia chimică [%] Oţel
C
Si
Mn
P
S
Rezilienţa KCU [J/cm2]
N
Al
Răcit în
Def.
Răcit în
Def.
aer de
pplastic
aer de
pplastic
la
la
la
la
9500C
2590C
9500C
2500C
Thomas
0 13 0,13
0 01 0,01
0 47 0,47
0 066 0,066
0 037 0,037
0 013 0,013
0 003 0,003
140
20
100
5
Martin
0,13
0,15
0,016
0,016
0,019
0,004
0,008
180
120
170
40
0,14
0,07
0,043
0,015
0,017
0,005
0,050
200
180
190
170
Martin dezoxidat cu Al
Fragilitatea la albastru (cald) a oţelurilor
Influența elementelor nedorite •
•
• •
• •
•
Oxigenul este un element însoţitor care ajunge în oţel, parţial din fontă, unde ajunge din minereuri, şi parţial din contactul cu aerul în timpul elaborării. De asemenea oxigenul mai pătrunde în oţelul în stare solidă în timpul încălzirii la temperaturi ridicate, prin difuzia care are loc de-a lungul limitelor grăunţilor. În oţel oxigenul se găseşte sub formă de compuşi chimici, cum ar fi: magnetită (Fe3O4) sau hematită (Fe2O3) sau sub formă dizolvată în ferită, în cazul cantităţilor mici, sub 0,05%, sau sub formă de incluziuni oxidice. În general compuşii formaţi de oxigen reduc rezistenţa mecanică a oţelului, determinând înrăutăţirea atât a rezistenţei mecanice, cât şi a tenacităţii oţelului. Sulful nedizolvându-se în ferită, formează sulfura de fier – FeS – care la rândul ei formează cu fierul un eutectic – Fe-FeS – care se găseşte în mod obişnuit la limita grăunţilor şi se topeşte la o temperatură relativ scăzută, 9850C. Sulful determină, proporţional cu creşterea cantităţii sale în oţel, scăderea proprietăţilor mecanice ale oţelurilor. Fosforul se dizolvă în ferită, formând cu acesta o soluţie solidă de substituţie. În cazul în care se găseşte în cantităţi mari poate forma şi fosfuri, cum ar fi: Fe3P sau Fe2P. Aceste elemente determină la cald aşa numita fragilitate la roşu a oţelurilor. De asemenea în urma cercetărilor experimentale s-a constatat că fosforul diminuează şi tenacitatea la temperatura ambiantă oţelurilor.
Influența elementelor nedorite
A [% ],R ,R C [d a N /m m 2 ],K C U [d a J /c m 2 ]
60
12
KCU
50 40
R A
30
RC 20 2
10 0
0
0.05
0.10 →O2 %
0.15
0.20
Influenţa oxigenului asupra proprietăţilor mecanice ale oţelurilor
Influența elementelor de aliere Elementele de aliere specifice Cr Mn Ni Co Si Mo W Efecte posibile asupra structurii şi proprietăţilor oţelului
Segregaţia dendritică Sensibilitatea la
Ç
Ì
Ê
V
Ti
Nb
È
È
supraîncălzire Stabilitatea termică
Ì
Ç
Æ
Ì
Ì
È
È
È
Ç
È
Ì
Ê
Ê
Ç
Ç
Ç
Adâncimea de pătrundere
Ç
Ç
Ê
Ì
Ê
Ç
Ê
Ê
Cantitatea de austenită reziduală
Ç
Ç
Ê
Ì
Æ
Fragilitatea la revenire
Ê
Ê
Ì
È
Ê
È
Ê
È
È
È
Duritatea
Ç
Ç
Ê
Ê
Ê
Ç
Ç
Ç
Ç
Ç
R i t ţ la Rezistenţa l cald ld
Ì
Ê
Æ
Ì
Ì
Ç
Ì
Ì
Rezistenţa la uzură la cald
Ç
È
Ì
Ê
Ê
Ç
Ç
Ç
Rezistenţa ţ la şoc ş
Ç
Ç
Ê
Ç
Ê
Al
Ì
Influenţa elementelor de aliere asupra proprietăţilor oţelurilor
Ê
Influența elementelor de aliere Elementele de aliere specifice Cr
Mn
Ni
Co
Si
Mo
W
V
Ti
Nb
Al
Influenţa asupra temperaturilor critice A4 [K]
Ì
Ê
Ê
Ê
Ì
Ì
Ì
Ì
Ì
Ì
Ì
A3 [K]
Ì
Ì
Ì
Ê
Ê
Ê
Ê
Ê
Ê
Ê
Ê
A1 [K]
Ê
Ì
Ì
Ê
Ê
Ê
Æ
Ê
Ê
Ms [K]
È
È
Ì
È
È
Ê
Ì
È
È
Ì
Æ
Ê
Ê
Ê
Æ
Ê
È
È
Æ
Æ
Ì
Æ
Ê
Ê
Ì
Ê
Ç
Ì
Ê
È
λ [W/mk] Căldura latentă c [J/kgK] [J/k K] Căldura specifică ρ[kg/m3] Densitatea
Ì Ê Ê Ì Influenţa asupra proprietăţilor fizice
Ì
Ç
αdilatare Coeficient de dilatare
Ì
termică
Influenţa elementelor de aliere asupra proprietăţilor oţelurilor
Ê
Clasificare oțeluri aliate
După gradul de aliere pot fi: ¾ slab aliate: ∑ EA < 2,5% ¾ mediu aliate: 2,5 < ∑ EA< 10% ¾ înalt aliate: ∑ EA < 10% După structura în stare normalizată: ¾ perlitice –oteluri slab aliate; ¾ martensitice (autocalibile) –oteluri mediu aliate; ¾ austenitice t iti –bogat b aliate. li După structura în stare recoaptă: ¾ hipoeutectoide, cu ferita aliata structural liberă; ¾ hipereutectoide, cu carburi secundare, precipitate din austenita; ¾ ledeburitice, în stare turnata prezintă în structura un eutectic ce contine carburi pprimare (separate ( p din lichid). )
Clasificare oțeluri aliate Oţelurile aliate, cu cantitate mare de elemente γ-gene mai pot fi: ¾ austenitice, care nu sufera transformari la încalzire; ¾ semiaustenitice,, cu transformari la încalzire si care se ppot supune p unei caliri incomplete. Oţelurile aliate cu cantităţi mari de elemente α-gene pot fi: ¾ feritice, fără transformări la încălzire; ¾ semiferitice, cu transformări la încălzire şi cu posibilitatea aplicării unei căliri incomplete; După destinaţie oţelurile sunt: ¾ pentru construcţii mecanice, dupa tratamentul termic final sunt: de cementare (% C <0,25), de îmbunătăţire (% C ≥0,25) şi de nitrurare. ¾ pentru construcţii metalice sunt destinate realizării unor ansambluri îmbinate prin i şuruburi, b i nituri it i sau sudate: d t ¾ pentru scule: de aşchiere şi aparate de măsură şi control, pentru deformare plastică la rece, la cald sau pentru scule pneumatice; ¾ cu destinaţie specială: pentru cazane şi recipiente sub presiune, presiune inoxidabile şi refractare, pentru rulmenţi, etc.
SUBIECTE • • • • • •
Oţeluri ţ carbon: standardizare,, aplicaţii. p ţ Elemente însoţitoare în oţeluri carbon. Oţeluri carbon. Proprietăţi. Clasificarea oţelurilor aliate. Elemente de aliere în oţeluri aliate. Elemente l nedorite d i în oţeluri l i aliate. li Influenţă. fl
44
