Forum www.stalnierdzewna.com

Witam serdecznie.
Bardzo dziękuję za wcześniejszą pomoc natomiast mam do Pana prośbę o krótkie przestawienie jak wpływają na kruchość materiału dodatki stopowe, spawanie a także obróbka cieplna.
Proszę o pilną odpowiedź z góry dziękuję.

Szanowny Panie. Tak jak zapewne Panu wiadomo - za pomocą dodatków stopowych można zarówno polepszyć lub też pogorszyć odporność stali na kruche pękanie. Jak wiadomo głównym składnikiem stali jest węgiel, który obniża odporność na pękanie, przesuwając temperaturę przejścia w stan kruchy w kierunku temperatur dodatnich. W przeciwieństwie do węgla działa mangan który znacznie poprawia odporność stali na pękanie. Wpływ manganu zależy jednak również od zawartości azotu. Dodatni wpływ jest tym większy, im mniejsza zawartość azotu znajduje się w stali. Dodatki stopowe, jak chrom, kobalt, krzem w większych ilościach a także wanad i molibden pogarszają odporność na pękanie, natomiast tytan i nikiel polepszają ją. Szczególnie korzystny wpływ wykazuje nikiel - który jest dodawany do stali pracujących w niskich temperaturach. Duże znaczenie dla własności mechanicznych, a także dla odporności na pękanie mają dodatki mikrostopowe - składników dodawanych w bardzo małych ilościach. Dla stali spawalnych istotne znaczenie mają mikrododatki azotu, niobu, wanadu i tytanu. Składniki te rozdrabniają ziarna ferrytu a tym samym wpływają na własności mechaniczne i odporność na pękanie. Kolejny składnik - azot - w stali jest jak wiadomo, składnikiem szkodliwym, jeżeli występuje w postaci roztworu lub w postaci dużych wydzieleń azotków. Jeżeli jednak azot tworzy azotki, które znajdują się w stanie bardzo drobnej dyspersji, wówczas uzyskuje się efekt rozdrobnienia ziarna ferrytu, podwyższenie granicy plastyczności a co za tym idzie polepszenie odporności na pękanie. Przy bardzo grubym ziarnie pęknięcie występuje po uzyskaniu granicy plastyczności natomiast przy drobniejszym ziarnie pęknięcie występuje po znacznym odkształceniu plastycznym. Wielkość ziarna wywiera również wpływ na temperaturę przejścia w stan kruchy. Drobniejsze ziarno znacznie podwyższa odporność stali na pękanie. Stąd też dodatki mikrostopowe, które pozwalają otrzymać bardzo drobnoziarniste struktury w ostatnim okresie znajdują one duże zastosowanie przy wytwarzaniu stali spawalnych o podwyższonej wytrzymałości.

Obróbka cieplna natomiast podwyższa odporność stali na pękanie - zależy to jednak od rodzaju rozpatrywanej stali i rodzaju przeprowadzonej obróbki cieplnej – proszę zatem o sprecyzowanie pytania. Na przykład w przypadku stali gorąco walcowanych normalizowanie może albo obniżyć, albo podwyższyć temperaturę przejścia w stan kruchy. Stale zawierające składniki mikroskopowe rozdrabniające ziarno jak niob, aluminium, wanad i tytan po właściwej normalizacji mogą wykazać lepszą odporność na pękanie. Dla stali uspokojonych krzemem i stali półuspokojonych normalizowanie często powoduje podwyższenie temperatury przejścia w stan kruchy. Normalizowanie nie musi być odpowiednią obróbką cieplną dla stali wykazujących małą odporność na pękanie w stanie gorąco walcowanym. W przeciwieństwie do normalizowania, hartowanie za pomocą na przykład natrysku wodą stali półuspokojonych o grubości około 12 i 25 [mm] obniża nieco temperaturę przejścia w stan kruchy. Jeszcze lepsze wyniki uzyskuje się dla stali uspokojonych za pomocą aluminium. Hartowanie z punktu widzenia temperatury przejścia w stan kruchy jest korzystniejszym zabiegiem niż normalizowanie. Dotyczy to temperatury przejścia w stan kruchy badanej za pomocą udarności. Po tych zabiegach cieplnych próba spadającego ciężaru nie wykazuje różnicy temperatur. Odporność stali hartowanych na pękanie zależy również od jej struktury po hartowaniu. Bainit górny wykazuje gorszą odporność na pękanie od bainitu dolnego. Najlepszą jednak odporność wykazują stale, które po zahartowaniu mają strukturę martenzytyczną. Stale te wykazują przy tym lepszą odporność na pękanie w porównaniu do struktur mieszanych zawierających pewne ilości perlitu, ferrytu lub bainitu. Najniższą temperaturę przejścia w stan kruchy wykazuje stal niskowęglowa o strukturze martenzytycznej. Dla stali hartowanych i odpuszczanych duży wpływ na temperaturę przejścia w stan kruchy wywiera kruchość odpuszczania. W celu uniknięcia tego zjawiska po odpuszczeniu jest konieczne szybkie chłodzenie stali w wodzie.

Jeżeli chodzi natomiast o spawanie – trzecią wspomnianą przez pana sprawę - to wady spawalnicze powodują spiętrzenie naprężeń i są inicjatorami pęknięć w przypadku, gdy obciążenie osiągnie określoną wielkość. Cały wysiłek technologii spawania zmierza w kierunku wykonania spoin bez wad, a w szczególności bez pęknięć. Szkodliwy wpływ zmian metalurgicznych wywołanych spawaniem, jest mniej oczywisty i zależy od gatunku rozpatrywanej stali, techniki spawania i materiałów dodatkowych. Przyjmuje się, że najsłabszym miejscem, z punktu widzenia odporności na kruche pękanie, jest strefa wpływu ciepła, a dokładniej strefa przylegająca do jeziorka roztopionego metalu, w której występuje silny rozrost ziarn austenitu. Warstwy strefy wpływu ciepła bardziej oddalone od jeziorka są odporniejsze na pękanie. Gorszą odporność na pękanie może wykazać strefa wtórnej krystalizacji, wreszcie spawanie może wywołać w okolicy spoiny proces starzenia.

A jaka jest różnica miedzy nieodwracalną a odwracalna kruchością?

Szanowny Panie. Pierwiastki stopowe opóźniają przemiany zachodzące podczas odpuszczania stali a tym samym wpływają korzystnie na podwyższenie własności mechanicznych. Po odpuszczaniu wystąpić mogą dwa rodzaje kruchości:
• nieodwracalna kruchość odpuszczania,
• odwracalna kruchość odpuszczania.

Nieodwracalna kruchość odpuszczania
Kruchość ta jest właściwa dla stali stopowych i występuje przy około 300 [°C] i do chwili obecnej nie jest wyjaśniona przyczyna jej występowania. Najprawdopodobniej przyczyną jej jest wydzielanie się węglików na granicach płytek martenzytu.

Odwracalna kruchość odpuszczania
Występuje po powolnym chłodzeniu w zakresie 450 – 600 [°C] po odpuszczaniu stali stopowych zawierających pierwiastki węglikotwórcze: Mn , Cr. Kruchości tej uniknąć można przez szybkie chłodzenie po odpuszczaniu lub przez powtórne nagrzanie i szybkie ochłodzenie stali od temperatury odpuszczania. Dodatek 0,2 – 0,3 [%] Mo lub 05 – 0,6 [%] W zmniejsza skłonność stali do odwracalnej kruchości odpuszczania. Kruchość odpuszczania spowodowana jest prawdopodobnie przez segregację fosforu na granicach ziarn.