Clasificarea oţelurilor Oţelurile se pot clasifica după mai multe criterii ţinând cont de: compoziţia chimică; structură; domeniul de aplicare. După modul de elaborare, sunt: oţeluri de cuptor Siemens- Martin; oţeluri de cuptor electric; oţeluri de convertizor.
38
Embed
Clasificarea oţelurilorusers.utcluj.ro/~cteodor/AN1MI/Curs 4 Curs 5.pdfdeosebite (oţeluri inoxidabile, refractare, magnetice,electrotehnice, pentru magneţi permanenţi etc.). Clasificarea
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Clasificarea oţelurilor
Oţelurile se pot clasifica după mai
multe criterii ţinând cont de:
compoziţia chimică;
structură;
domeniul de aplicare.
După modul de elaborare, sunt:
oţeluri de cuptor Siemens-
Martin;
oţeluri de cuptor electric;
oţeluri de convertizor.
După starea de livrare, sunt:
oţel laminat la cald (cojit sau
necojit);
oţel forjat;
oţel laminat sau tras la rece;
oţel turnat.
După compoziţia chimică, avem:
oţeluri carbon (nealiate),
care conţin Fe, C şi
elemente însoţitoare permanente:
Mn<0,80%; Si<0,5%; S<0,055%;
P<0,045%; Cu<0,030%. În funcţie de
gradul de dezoxidare cu siliciu (Si),
se pot diferenţia:
oţeluri necalmate cu < 0,07 %Si;
oţeluri semicalmate cu 0,07 - 0,17
%Si;
oţeluri calmate cu > 0,17 %Si;
oţeluri calmate, dezoxidate
suplimentar cu Al.
oţeluri aliate, care în afară de
Fe, C şi elemente însoţitoare
permanente mai conţin şi elemente
de aliere: Si>0,5%,
Mn>0,8%, Al>0,1%, Cr, Ni, Mo, W,
V, Ti etc. După gradul de aliere,
(suma elementelor de aliere) acestea
pot fi:
slab aliate, dacă suma elementelor de
aliere este sub 5%;
mediu aliate, dacă suma elementelor de
aliere este cuprinsă între 5-10%;
înalt aliate, dacă suma elementelor de
aliere este peste 10%.
După structură, avem oţeluri cu:
structura de echilibru
(recoaptă), obţinută prin răcirea lentă
în cuptor. La oţelurile carbon se
disting oţelurile:
hipoeutectoide < 0,77% C;
eutectoide ≈ 0,77% C;
hipereutectoide > 0,77% C.
structura în stare normalizată
(forjată sau laminată), rezultată prin
încălzirea la 900-950oC şi răcire în
aer.
După duritate, avem:
oţeluri extramoi sub 0,1% C;
oţeluri moi cu 0,1-0,25% C;
oţeluri semimoi cu 0,25-0,4% C;
oţeluri semidure cu 0,4-0,6% C;
oţeluri dure cu 0,6-0,7% C;
oţeluri foarte dure cu 0,7-0,8%
C;
oţeluri extradure peste 0,8%C;
După destinaţie, avem:
oţeluri de construcţie, pentru
construcţii metalice şi mecanice, care
lucrează în condiţii normale de
solicitări:
mecanice;
termice;
chimice.
oţeluri pentru scule, destinate
confecţionării sculelor;
oţeluri cu proprietăţi speciale,
pentru organe de maşini şi piese, care
lucrează în condiţii deosebite de
temperatură, presiune, medii agresive
sau care au proprietăţi fizice
deosebite (oţeluri inoxidabile,
refractare, magnetice,electrotehnice,
pentru magneţi permanenţi etc.).
Clasificarea fontelor
Fontele sunt aliaje fier-carbon, în care
conţinutul de carbon este cuprins între
2,11 - 6,67% C (în practică fontele se
elaborează cu un conținut de carbon
cuprins între 3,5 - 4% C).
Clasificarea fontelor se face după
următoarele criterii:
modul de elaborare;
compoziţia chimică;
natura masei metalice;
distribuţia şi forma grafitului.
După modul de elaborare, avem:
fonte de primă fuziune
(elaborată în furnal), utilizate ca
materie primă pentru elaborarea
oţelurilor şi a fontelor de a doua
fuziune; din acestă categorie fac
parte următoarele tipuri de fonte:
obişnuite;
speciale;
pentru afinare;
oglindă;
silicioase;
silicioase oglindă.
fonte de a doua fuziune, se
elaborează în cubilouri sau
cuptoare electrice, prin retopirea
fontei de furnal cu adaosuri de fier
vechi, deşeuri de fontă, feroaliaje şi
fondanţi pentru reglarea
compoziţiei chimice şi purităţii. Din
această categorie fac parte
următoarele tipuri de fonte:
cenuşii cu grafit lamelar;
maleabile;
cu grafit nodular şi
vermicular;
refractare;
fonte antifricţiune;
fonte pentru maşini-
unelte.
Fontele de primă fuziune, se clasifică
după:
compoziţia chimică în fonte:
brute nealiate (%Mn + %Si <
5%);
brute aliate (%Mn + %Si > 5%,
acestea mai conţin şi elemente
de aliere um ar fi: nichelul (Ni),
cuprul (Cu), cromul (Cr),
vanadiul (V) etc.).
structură în fonte:
albe;
cenuşii.
După compoziţia chimică:
fonte nealiate, aliaje care au
pe lângă elementele componente Fe şi
C şi elemente însoţitoare permanente
în concentraţii mai mari ca la oţeluri:
Si 1-3,5%; Mn 0,5-1,5%; S 0,10-
0,15%; P 0,1-0,65%. În funcţie de
poziţia punctului eutectic în diagrama
de echilibru fonte pot fi:
hipoeutectice, la care concentraţia
carbonului echivalent (CE) este
cuprinsă între: 2,11 - 4,26%;
eutectice, la care concentraţia
carbonului echivalent (CE) este ≈
4,26%;
hipereutectice, la care
concentraţia carbonului echivalent
(CE) este > 4,26%.
fonte aliate, care conţin pe
lângă elementele însoţitoare amintite
şi alte elemente introduse în mod
voit, numite elemente de aliere,
precum: Si>3,5%; Mn>1,5%; Ni; Al;
Cr; Mo; V.
După natura masei metalice fontele cenuşii
lamelare sunt:
fonte cenuşii feritice, aliaje la care
întreaga cantitate de carbon nedizolvată
în fier se găseşte sub forma de grafit (Ct =
CS + CG; CFe3C = 0). Acestea au structura
formată dintr-o matrice feritică şi grafit
lamelar.
Fig. Microstructura fontei cenusii feritice
fonte cenuşii feritico-perlitice, conţin
sub 0,77% C legat chimic în cementită
(CFe3C < 0,77%). Structura este formată
dintr-o masă de bază ferito - perlitică şi
separări de grafit lamelar.
Fig. Microstructura fontei cenuşii
feritico -perlitice
fonte cenuşii perlitice, care conţin ≈
0,77% C, legat chimic în cementita
eutectoidă, fază constitutivă a grăunţilor
de perlită (CFe3C ≈ 0,77%); au structura
formată dintr-o matrice perlitică şi grafit
lamelar.
Fig. Microstructura fontei cenuşii
perlitice
fontele pestriţe, care conţin peste
0,77% C legat chimic în cementită (CFe3C
> 0,77%); Se obţin fie în condiţiile unor
viteze de răcire mult mai accelerate faţă
de cea de echilibru, fie în prezenţa unor
cantităţi în exces de elemente perlitizante
şi antigrafitizante; au structura
formată dintr-o matrice perlitică ce
include grafit lamelar şi cementită.
Fig. Microstructura fontei pestrițe
fonte cenuşii fosforoase, sunt fonte
aliate cu fosfor care au masa de bază
perlitică sau feritico-perlitică şi care
includ pe lângă foiţele de grafit şi grăunţi
de eutectic fosforos numiţi steadită
(amestec mecanic ternar alcătuit din
perlită fărâmiţată într-un microvolum de
cementită şi fosfură de fier, cu aspect
metalografic dantelat (CFe3C > 0,77%)).
Fig. Microstructura fontei
cenuşii fosforoase
După forma grafitului:
fonte cenuşii obişnuite cu grafit lamelar
cu vârfuri ascuţite;
fonte cenuşii modificate cu grafit lamelar
cu vârfuri rotunjite;
fonte cenuşii modificate cu grafit
vermicular;
fonte maleabile cu grafit de recoacere sau
în cuiburi;
fonte cenuşii modificate cu grafit nodular.
După rezistenţa la tracţiune (R) şi alungirea la
rupere (A), fontele cu grafit nodular se pot grupa
în următoarele clase:
fonte cu plasticitate foarte mare, Amin =
18-22%, (structură 100% F), sunt fonte tenace
la temperaturi scăzute de -20 până la -40oC;
fonte cu plasticitate mare, Amin = 10-
15%, (structură: F cu foarte puţină P);
fonte cu plasticitate medie, Amin = 7% şi
rezistenţă la tracţiune relativ mică, R =
500N/mm2, (structură: F+P);
fonte cu rezistenţă la tracţiune medie, R =
600N/mm2, (structură: P+F);
fonte cu rezistenţă la tracţiune mare, R =
700N/mm2, (structură: 100%P);
fonte cu rezistenţă foarte mare, R = 800-
1400 N/mm2, (structură: bainito-martensitică).
Oțeluri aliate
1.Definirea oţelurilor aliate
Oţelurile aliate sunt aliaje complexe cu baza
Fe, care au ca element principal de aliere
carbonul (max. 2,11%) şi alte elemente introduse
pentru îmbunătăţirea unor proprietăţi:
mecanice (rezistenţa mecanică, elasticitatea,
plasticitatea, duritatea, rezilienţa etc.);
fizice (magnetice, termice);
chimice (rezistenţa la coroziune);
tehnologice (prelucrabilitatea, călibilitatea,
sudabilitatea, forjabilitatea, maleabilitatea,
capacitatea de turnare (turnabilitatea),
ductilitatea etc.).
2. Clasificarea oţelurilor aliate
Clasificarea oţelurilor aliate se poate realiza
după următoarele criterii:
după gradul de aliere, oţelurile pot fi:
oţeluri slab aliate: suma
elementelor de aliere 5%;
oţeluri mediu aliate: suma
elementelor de aliere trebuie să fie
cuprinsă între 5-10%;
oţeluri înalt aliate: suma
elementelor de aliere >10%.
după numărul elementelor de aliere,
oţelurile pot fi:
binare (cu două elemente chimice
de aliere);
ternare (cu trei elemente chimice
de aliere);
cuaternare (cu patru elemente
chimice de aliere);
polinare (cu mai multe elemente
chimice de aliere).
după structura de normalizare,
oţelurile pot fi:
austenitice;
martensitice;
feritice.
după destinaţie, oţelurile pot fi
pentru:
construcţii mecanice;
construcţii metalice;
scule;
cazane şi recipiente sub presiune;
rulmenţi etc.
Clase de oțeluri inoxidabile
Oțelurile inoxidabile sunt de următoarele
clase structurale:
oţeluri inoxidabile feritice;
oţeluri inoxidabile martensitice şi
ferito-martensitice;
oţeluri inoxidabile austenitice;
oţelurile inoxidabile austenito -
feritice (ferito – austenitice);
oţelurile refractare
(termorezistente).
1. Oțeluri inoxidabile feritice
Acestea fac parte din categoria oţelurilor aliate
cu crom şi au compoziţia caracterizată prin:
%Cm
≤ 0,08 %;
conţinuturi foarte scăzute de impurităţi
(%Sm
≤ 0,015 %; %Pm
≤ 0,04 %);
concentraţia masică de crom încadrată în
una din următoarele reţete: %Crm
=11-13%;
%Crm
= 17-18 % sau %Crm
= 25-30 %
(oțelurile cu concentraţii mari de crom
prezintă şi proprietăţi bune de
refractaritate);
diverse concentraţii de alte elemente: siliciu
(%Sim
≤ 1%), aluminiu (%Alm
≤ 2%),
molibden (%Mom
= 0,8-4,5 %), nichel (%Nim
= 0,3-1,6 %), niobiu (%Nbm
= 0,3-1 %), titan
(%Tim
= 0,3-0,8 %) şi/sau zirconiu (%Zrm
=
0,3-0,5 %);
prezența (Al, Si, Mo) pentru creşterea
refractarităţii şi comportării la fluaj;
prezența (Ni) pentru îmbunăţăţirea
tenacităţii şi prelucrabilităţii prin deformare
plastică;
prezența (Nb, Ti, Zr) pentru finisarea
granulaţiei, stabilizarea feritei şi mărirea
rezistenţei la coroziune intercristalină.
FLUÁJ (tehn.) deformație lentă a unui material
supus unor solicitări continue.
2. Oţeluri inoxidabile martensitice şi
ferito-martensitice
Acestea fac parte din categoria oţelurilor
aliate cu crom şi au compoziţia caracterizată
prin:
%Cm
= 0,08-1,0 %;
conţinuturi foarte scăzute de
impurităţi (%Sm
≤ 0,015 %; %Pm
≤
0,04 %);
concentraţia masică de crom
încadrată în una din următoarele
reţete: %Crm
= 11-13 %; %Crm
= 17-
18 %;
diverse concentraţii de alte
elemente: siliciu (%Sim
≤ 1 %),
aluminiu (%Alm
≤ 1,5 %), molibden
(%Mom
= 0,6-3,0 %), nichel (%Nim
=
1-8 %), cupru (%Cum
= 1-5 %),
niobiu (%Nbm
= 0,3-0,6 %) şi/sau
vanadiu (%Vm
= 0,1-0,2 %);
prezența (Al, Si, Mo) pentru
creşterea refractarităţii şi
comportării la fluaj;
prezența (Ni) pentru
îmbunăţăţirea tenacităţii şi
prelucrabilităţii prin deformare
plastică;
prezența (Al, Cu)pentru
îmbunăţăţirea rezistenţei la
coroziune;
prezența (Ni, Cu, Nb, V) pentru
finisarea granulaţiei, mărirea
călibilităţii şi durificarea prin
precipitare a acestor oţeluri;
prezența (Mo) pentru evitarea
apariţiei fenomenelor de fragilitate la
revenire.
3. Oţeluri inoxidabile austenitice
Acestea fac parte din categoria oţelurilor
aliate cu crom şi nichel. Sunt o clasă structurală
de oţeluri cu proprietăţi remarcabile:
rezistenţă mare la coroziune în aer,
apă şi diverşi agenţi chimici;
tenacitate şi rezistenţă mecanică
ridicate la temperaturi scăzute;
plasticitate mare;
comportare paramagnetică;
sudabilitate bună.
Compoziţia chimică a acestor oţeluri se
caracterizează prin:
concentraţie masică scăzută de
carbon; în mod obişnuit, %Cm
≤ 0,15 %;
concentraţii de crom %Crm
= 18-20 %
(corespunzătoare oţelurilor inoxidabile);
concentraţii masice de nichel %Nim
=
8-10 %;
prezența cromului; acesta conferă
acestor oţeluri rezistenţă la coroziune şi
la oxidare; %Crm
= 12-15 % asigură
rezistenţă bună la oxidare în medii
uscate şi la temperaturi înalte; %Crm
>15 % conferă oţelurilor rezistenţă la
coroziunea (de tip electrochimic)
produsă de mediile active apoase.
concentraţii de alte elemente: siliciul
(%Sim
≤ 1-3 %), manganul (%Mnm
= 2-
10 %), azotul (%Nm
= 0,1-0,25 %),
molibdenul (%Mom
= 2-7 %), cuprul
(%Cum
= 0,5-4 %), niobiul (%Nbm
= 0,8-
1 %) sau titanul (%Tim
= 0,4-0,7 %);
prezența (Si, Mo) pentru creşterea
refractarităţii şi comportării la fluaj;
prezența (Mo, Cu, Nb, Ti) pentru
îmbunăţăţirea rezistenţei la coroziune şi
pentru stabilizarea structurii austenitice.
prezența (Mn, N) pentru înlocuirea
parţială a nichelului.
4. Oţeluri inoxidabile austenito - feritice
(ferito – austenitice sau duplex)
Aceste oţeluri combină proprietăţile
oţelurilor inoxidabile feritice şi austenitice.
Prezenţa în structura acestora a feritei asigură
niveluri ridicate ale rezistenţei mecanice şi
rezistenţei la coroziune. Prezenţa austenitei
conferă ductilitate şi tenacitate bune.
Compoziţia chimică a acestor oțeluri este
caracterizată prin:
%Cm
≤ 0,04 %; %Crm
= 24-26 %;
%Nim
= 6-8 %; %Mom
= 3-4 % , %Cum
≤
2,5 % şi %Nm
= 0,15-0,30 % (unele
conţinând şi %Wm
= 0,5-1,0 %);
azotul a fost utilizat pentru înlocuirea
parţială a nichelului ca element
austenitizant, constatându-se că el
îmbunătăţeşte: rezistenţa mecanică,
rezitenţa la coroziune şi contribuie la
formarea austenitei din ferită la
temperaturi ridicate.
5. Oţeluri refractare
(termorezistente)
Acestea aparţin, în funcţie de compoziţia lor
chimică, uneia dintre clasele structurale
prezentate anterior: feritică, martensitică sau
austenitică.
Rezistenţa la oxidare este conferită oţelurilor
de alierea cu crom şi este îmbunătăţită de alierea
suplimentară cu siliciu şi aluminiu.
Rezistenţa mecanică la temperaturi ridicate
a oţelurilor este asigurată prin alierea cu crom,
molibden, nichel, wolfram, vanadiu.
Oţelurile inoxidabile prezintă refractaritate
bună.
Pentru aplicaţiile în care mediul de lucru
este foarte agresiv şi/sau temperaturile de lucru
sunt ridicate, se utilizează aliaje speciale Ni-Cr