Stale konstrukcyjne

Stale konstrukcyjne niestopowe są stosowane do wyrobu części i urządzeń oraz elementów konstrukcji.

Stale konstrukcyjne niestopowe ogólnego przeznaczenia są znakowane literami St i liczbami porządkowymi 0, 3, 4, 5, 6 i 7 (np. St5), określającymi numer gatunku w miarę wzrastającej zawartości węgla. Litera S na końcu znaku oznacza, że stal jest przeznaczona na konstrukcje spawane, np. St3S (~S235JR)1. Litera V na końcu znaku oznacza stal o ograniczonej zawartości węgla, a litera W – stal o ograniczonej zawartości węgla, fosforu i siarki. Zawartość miedzi w stali jest oznaczana symbolem Cu na końcu znaku. Gatunki od 0 do 4 występują wyłącznie jako spawalne, czyli zawsze z literą S na końcu znaku: St0S (S185), St3S (~S235JR) i St4S.

Stale konstrukcyjne niestopowe do utwardzania powierzchniowego i ulep-szania cieplnego są stosowane na części maszyn i konstrukcji poddawanych obróbce cieplnej przez normalizowanie i ulepszanie cieplne, a w przypadku stali niskowęglo-wych – również przez nawęglanie.

Rys. 2.12. Tłok silnika wykonany ze stali do ulepszania cieplnego

Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/T%C5%82ok_%28silnik_spalinowy%29

Znak stali składa się z liczb, które mogą być uzupełnione literami. Liczby określają przybliżoną średnią zawartość węgla w setnych częściach procentu. Na końcu znaku stali dodaje się litery, które oznaczają:
G – stal o podwyższonej zawartości manganu,
A – stal o podwyższonej czystości w odniesieniu do fosforu i siarki,
AA – stal o zaostrzonych wymaganiach co do składu chemicznego (o ograniczonym zakresie zawartości węgla, ograniczonej zawartości fosforu i siarki i ograniczonej sumie zawartości Cr + Mo +Ni),
Rs – stal o regulowanej zawartości siarki,
H – stal o wymaganej hartowności,
H – stal o podwyższonej dolnej granicy twardości w stosunku do wymaganego pasma hartowności,
L – stal o obniżonej górnej granicy twardości w stosunku do wymaganego pasma hartowności.

Stale konstrukcyjne niestopowe, o specjalnym przeznaczeniu, o składzie chemicz-nym i właściwościach określonych szczegółowymi wymaganiami norm i warunków od-bioru, mają zastosowanie między innymi do wytwarzania:

• drutów patentowych ogólnego przeznaczenia – gatunki D35 (-C38D), D45, D85 (C88D) wg PN-EN 10016-2:1999,
• drutów na sprężyny – gatunki DS75 (-C76D2), DS88, DS65G,
• drutów i elektrod do spawania, np. gatunek Sp1,
• ogniw łańcuchów technicznych i okrętowych – gatunki 10E (C10E lub 1.1121), 15E (C15E lub 1.1141) wg PN-EN 10084:2002,
• na obręcze kół kolejowych – gatunek P70.

Do grupy tej zalicza się również stal o specjalnych własnościach fizycznych – gatu-nek E04A (żelazo armco), stosowaną na blachy magnetyczne miękkie, stal automatową (przeznaczoną do obróbki skrawaniem na automatach) o gatunkach A35 (-35S20), A45 (-46S20) wg PN-EN 10277-3:2003 o podwyższonej do 0,25% zawartości siarki i do 0,15% zawartości fosforu. Zawartość tych składników powoduje powstawanie podczas obróbki skrawaniem bardzo krótkich i łamliwych wiórów. Stali tej jednak nie można stosować na części bardziej odpowiedzialne.

Stale konstrukcyjne stopowe są znakowane cyframi i literami. Pierwsze dwie cy-fry określają średnią zawartość węgla w setnych procentu, a litery oznaczają następują-ce pierwiastki stopowe: F – wanad, G – mangan, H – chrom, M – molibden, N – nikiel, S – krzem, T – tytan, J – aluminium.
Liczby występujące za literami oznaczają zaokrąglone do liczby całkowitej średnie zawartości pierwiastka, jeżeli jego ilość przekracza 1,5%. Na przykład stal o znaku 18H2N2 (ta grupa stali jest ujęta w normie PN-EN 10084:2002) jest stalą chromowo-niklową o średniej zawartości węgla 0,18% oraz chromu i niklu po ok. 2%.

Niektóre najczęściej stosowane stale stopowe konstrukcyjne do nawęglania, ulep-szania cieplnego i azotowania podano w tabeli 2.3.

Stale konstrukcyjne do nawęglania mają zawartość węgla do 0,25%. Do nawęgla-nia stosuje się stale konstrukcyjne niestopowe wyższej jakości: 10(C10E), 15 i 20 (C22) wg PN-EN 10083-1:2006 (U) oraz stale stopowe. Stale do nawęglania są stosowane na części, które nie muszą się odznaczać dużą wytrzymałością, lecz mieć twardą (do 68 HRC) i odporną na ścieranie powierzchnię oraz rdzeń miękki i odporny na zmienne ob-ciążenia.

Stale do ulepszania cieplnego mają zawartość węgla 0,25+0,50%. Do ulepszania cieplnego używa się zarówno stali niestopowych konstrukcyjnych wyższej jakości: 35, 45 (C45), 55, wg PN-EN 10083-l+Al:2006 (U), jak i stali stopowych. W budowie maszyn i urządzeń większość odpowiedzialnych części wykonuje się ze stali konstrukcyjnych stopowych. Części o małych przekrojach (do ok. 40 mm), które są narażone na zginanie i skręcanie, jak np. wały i osie, wykonuje się ze stali manganowych, np. 30G2 (~28Mn6), a jeżeli dodatkowo mają być odporne na ścieranie – to ze stali manganowo-krzemowych, np. 35SG. Na części o większych przekrojach – mocno obciążonych – stosuje się stale chromowo-molibdenowe, np. 35HM (~34CrMo4). Bardzo odpowiedzialne części maszyn i samochodów wykonuje się ze stali 37HGNM (~40NiCrMo2kD).

Stale sprężynowe mogą być niestopowe (węglowe) i stopowe. W stalach niestopo-wych (węglowych) zawartość węgla wynosi 0,64+0,9%; rozróżnia się gatunki 65, 75 (2CS75) i 85 (2CS85). Stosuje się je na mało odpowiedzialne sprężyny hartowane i od-puszczane. Stale sprężynowe stopowe podano w tabeli 2.4.
Sprężyny o małych przekrojach wykonuje się ze stali krzemowych (np. 45S i 55S2). Na sprężyny i resory pojazdów samochodowych stosuje się stal 60S2A (litera A na końcu oznacza stal o zwiększonych wymaganiach). Na bardzo odpowiedzialne elementy sprę-żynujące stosuje się stale 50HF (51CrV7), 50HS i 50HG.

Rys. 2.14. Sprężyny talerzowe stosowane w siłownikach hydraulicznych, np. hamulców maszyn wyciągowych
Źródło: http://www. sprezyny-talerzowe.com.pl

Stale stopowe konstrukcyjne do azotowania stosuje się na mocno obciążone sworznie, wały korbowe, korbowody, wały rozrządu i inne części. Na części te jest uży-wana stal 38 HMJ (~41CrAlMo7). Azotowanie stosuje się w celu uzyskania bardzo twar-dej, odpornej na ścieranie i zmęczenie warstwy powierzchniowej, a jednocześnie rdze-nia o dużej wytrzymałości.

Stale na łożyska toczne (rys. nr 2.15), (PN-EN ISO 638-17: 2004) odznaczają się dobrymi własnościami mechanicznymi, odpornością na ścieranie, dobrą obrabialnością i hartownością. Są to stale wysokowęglowo-chromowe, zawierające 0,7÷1,65% Cr i ok. 1% węgla. Są produkowane cztery stale łożyskowe: ŁH6, ŁH9, ŁH15 (100Cr6) i ŁH15SG(100CrMn6).

Rys. 2.15. Łożysko wykonane ze stali na łożyska toczne
Źródło: http://wynalazki.slomniki.pl

Stale stopowe konstrukcyjne o specjalnym przeznaczeniu produkuje się z prze-znaczeniem do określonych zastosowań, zgodnie z zaleceniami norm państwowych i branżowych lub warunków technicznych. Na przykład stal manganowa P55G (brak od-powiednika w PN-EN) jest używana na haki i śruby sprzęgowe w kolejnictwie. Stal niklo-wa 13N2 (brak odpowiednika w PN-EN) jest stosowana na odkuwki w przemyśle lotni-czym. Blachy kotłowe wykonuje się ze stali manganowej K22M. Specjalne druty spawalni-cze wykonuje się ze stali manganowej Spl-GA i z dodatkiem krzemu Sp5 (brak odpowied-nika w PN-EN).

Tabela 2.3. Najczęściej stosowane stale stopowe konstrukcyjne

Źródło: Aleksander Górecki, Technologia ogólna, podstawy technologii mechanicznej, Wydawnictwo Szkol-ne i Pedagogiczne, Warszawa, 2009.

Tabela 2.4. Stale sprężynowe stopowe
Źródło: Aleksander Górecki, Technologia ogólna, podstawy technologii mechanicznej, Wydawnictwo Szkol-ne i Pedagogiczne, Warszawa, 2009.

Opracowano na podstawie materiałów KOWEZIU.