MATERIALE METALICE

Curs 5

Oţeluri de calitate cu destinatie precizată

Oţeluri pentru rulmenţi:

Hipereutectoide, cu omogenitate avansată, fără defecte (de suprafaţă)

Aliate cu Cr, fără Ni (măreşte cant. Ar) [+Mn, Si]

Rulmenţi obişnuiţi: 1%C, 1.5%Cr, max.0.45%Mn

Rulmenţi grei: 1%C, 1.5%Cr, 0.9 – 1.2%Mn, 0.4 – 0.65%Si

(rezistenţă şi duritate mărite, martensită de revenire mai stabilă)

Oţeluri cu proprietăţi fizico-chimice speciale

Oţeluri rezistente la coroziune

Oţeluri slab aliate (patinabile): + Cu, Cu-Mo, Cu-Ni,… rezistente la

coroziune atmosferică

Ex. 0.12%C, 0.45%Mn, 0.3-0.6%Cu, Cr, Al, 0.055%P);

0.32%C, 1.2%Mn, Cr, Al, 0.04%P)

Oţeluri mediu aliate: 0.1-0.2%C, max.5%Cu + Mo [V, Nb]

rezistente în uleiuri minerale, H2S, H2,…

în special în industria petrolieră

Oţeluri inoxidabile: rezistente la coroziune atmosferică, vapori, acizi, apă, săruri,…

Oţeluri inoxidabile Aliate cu Cr – strat oxidic Cr2O3 → viteză mică de coroziune

Cr în soluţia solidă !!

Potenţialul de electrod: ~ -0.6V până la 12%Cr;

creşte la 0.2V până la 16% → PASIVARE

>>> necesar > 12%Cr dizolvat în soluţia solidă (ferită / austenită)

Oţeluri inoxidabile

Clasificarea oţelurilor inoxidabile

A. După compoziţie

Cr (+ Cr-Mn, Cr-Mn-N) 12-27%Cr, 0.08-0.45%C

Cr-Ni (mai scumpe) >17%Cr, >8%Ni, max.0.12%C

B. După structura la răcire în aer feritice

martensitice

austenitice

Oţeluri inoxidabile

Diagrama Schaeffler: structura oţelurilor inoxidabile

la răcirea în aer de la 1000˚C

Crechiv= %Cr + %Mo + 1.5 x %Si + 0.5 x %Nb

Niechiv= %Ni + 30 x %C + 0.5 x %Mn

Oţeluri inoxidabile

Oţeluri feritice medii cu agresivitate moderată

(HNO3, acizi organici, apă de mare)

0.06-0.2%C, 13-30%Cr

rezistenţă mecanică mică, ductilitate scăzută

tendinţă de supraîncălzire

Oţeluri martensitice Cr-Ni autocălibile; cele mai rezistente şi dure (instrumente, arcuri, scule)

0.1-0.4%C, 12-17%Cr, max.2%Ni [+Si]

Oţeluri inoxidabile

Oţelurile austenitice Cr-Ni; cea mai mare rezistenţă la coroziune

plasticitate ridicată, sudabilitate

~0.1%C, 16-25%Cr, 8-30%Ni

Dezavantaj: fisurare / coroziune intercristalină

(500-800˚C) prin precipitare de carburi (Cr,Fe)23C6

Eliminare: introducere de elemente stabilizatoare (Ti, Mo,…)

călire apă / ulei de la 1000-1100˚C (dizolvarea carburilor)

Variante intermediare: ferito-martensitice

ferito-austenitice (mai sudabile, puţin sensibile intergranular)

Oţeluri inoxidabile (martensitice, austenitice) durificabile prin dispersie de carburi / compuşi intermetalici>> 1500-2000 MPa la 400-500˚C

Oţeluri refractare

Rezistente la cald (maximum 650-700˚C – datorită proprietăţilor mecanice)

Aliate cu Cr [+ Al, Si] → straturi oxidice stabile

Rezistenţă la cald: Stabilitate structurală (înlăturarea supraîncălzirii)

Ex. carburi intergranulare; Si ridică mult A3

Stabilitatea proprietăţilor mecanice

Ex. Cr, Mo, W – frânarea dislocaţiilor

Stabilitate chimică – până la 1100˚C

Oţeluri refractare

Oţeluri feritice cu carburi: 8-30% Cr

Structură grosolană, rezistenţă scăzută

Oţeluri martensitice: 7-22%Cr, 0.1-0.15%C

Rezistente la oxidare până la 800˚C

Pentru ţevi, supape, palete de turbină

Oţeluri austenitice: asemănătoare celor inoxidabile, cu elemente stabilizatoare

15-36%Cr

Stabile chimic până la 1000-1250˚C

Oţeluri înalt rezistente la uzare – manganoase

(Hadfield)

0.9 – 1.3%C, 11.5 – 14.5% Mn

Turnare >>> austenită + (FeMn)3C

>>> călire în apă (1050 – 1100˚C) >>> austenită omogenă

Austenita se ecruisează la suprafaţă >>> duritate mărită

+ tenacitate în miez

(Orice alt oţel dur este fragil)

Rm = 800 – 900MPa; Rp0.2= 310 – 355 MPa; A = 15 – 25%;

180 – 220 HB

Simbolizarea oţelurilor înalt aliate (SR CR 10260:2000):

(G) X E1E2 N1-N2

E1, E2 – elementele de aliere, în ordinea descrescătoare a

importanţei; N1, N2 – procentul elementelor E1, şi E2

Ex. G X CrNi 18-10

Oţeluri de scule

Utilizări: scule de deformare la cald / rece, tăiere prin deformare, aşchiere, de mână, verificatoare,…

Caracteristici de bază:

- Rezistenţă la uzare – depinde direct de duritate

(+ compoziţie chimică, distribuţia carburilor, etc.)

Uzare fără încălzire – apare la scule de deformare la rece, aşchiere la viteze mici, verificatoare

contează în primul rând duritatea (nu gradul de aliere)

Uzare cu încălzire – apare la scule de deformare la cald, aşchiere,..

ESENŢIAL: stabilitatea structurală (~ martensită) >>> numai aliate!!!

- Tenacitatea – mare la oţelurile cu călibilitate scăzută (nealiate / slab aliate)

- Duritatea la temperatura de lucru – definită prin temperatura maximă admisă

Oţeluri nealiate < oţeluri cu Cr < oţeluri cu W, Mo

Capacitatea de călire (oţeluri nealiate) creşte brusc până la 0.7%C (~62 HRC); max. ~ 65 HRC

Oţeluri de scule

Oţeluri aliate pentru scule (STAS 3611 – 88)

slab aliate: Cr, Cr-V, Cr-Mn, Cr-Mo-V, etc.

înalt aliate – ledeburitice: peste 1.5%C +Cr (Mo, W, V,…)

a. pentru temperatură normală

a.1 rezistente la uzare (scule pentru prelucrare la rece);

a.2 scule nedeformabile - rezistenţă la uzare şi tenacitate (matriţe, broşe);

a.3 scule de aşchiere şi dispozitive verificatoare;

a.4 scule rezistente la şocuri (dălţi, ştanţe);

a.5 chei fixe şi scule de mână;

b. pentru temperaturi ridicate

b.1 rezistente la şocuri termice – matriţe de turnare / injecţie

b.2 rezistente la şocuri mecanice – forjare la cald;

b.3 rezistente la uzare (şi mecanic);

(revenire înaltă la 600˚C)

Oţeluri de scule

Oţeluri rapide

300-400 m/min, 600-700˚C (stabilitate la roşu)

Max. 0.8-1.4%C; 5-18%W / 2-9%Mo; 3.8-4.4%Cr, 1-4%V (+Co)

Elemente de aliere: Mo, W – carburi stabile, martensită stabilă la cald

+Cr – elementele de bază

V – mai ieftin (înlocuire W) >> creşte sensibilitatea la supraîncălzire

Co – măreşte capacitatea de aşchiere, durifică Ar

Structuri: turnare – eutectoid sorbitic + carburi ledeburitice

deformare la cald (600-800˚C) – eutectoid sorbitic fin + carburi primare / secundare

călire (>1200˚C) – martensita fină de călire

(+max. 30%Ar) + carburi ~ 60 HRC

revenire(500-600˚C) – martensita fină de revenire + carburi

durificare secundară (63-66 HRC)

Oţeluri de scule – Oţeluri rapide

Categorii: cu W (0.9-1%C); >9%W; 3.8-4.4%Cr; 1-2.6%V (+Co)

18-4-1

cu Mo (de înlocuire) 8 – 9%Mo

W-Mo: 2 – 7%W, 2 – 5%Mo

Oţeluri de scule – Oţeluri rapide

Carburi ledeburitice (primare) Carburi primare si secundare

-turnare- -forjare-

Oţeluri de scule – Oţeluri rapide

Oţeluri de scule – Oţeluri rapide