PL30199B1 - iissfildorf / Stal stopowa, przeznaczona do wyrobu przedmiotów majacych wykazywac duza odpornosc na dzialanie ciepla i duza wytrzymalosc na dlugotrwale obciazenia stale, oraz sposób jej obróbki cieplnej - Google Patents

Description

W technice znana jest znaczna liczba stali stopowych o duzej odpornosci na dzia¬ lanie ciepla i duzej wytrzymalosci na dlu¬ gotrwale obciazenia .stale (pelzanie), poni¬ zej zwanej wytrzymaloscia stala, stosowa¬ nych do wyrobu przedmiotów obciazanych mechanicznie w wyzszych temperaturach.W temperaturach powyzej 500°C wytrzy¬ malosc tych znanych stopów stalowych znacznie spada. Przy budowie nowoczes¬ nych kotlów parowych, maszyn lub innych aparatów potrzebne sa stale stopowe od¬ znaczajace sie szczególnie duza wytrzyma¬ loscia stala równiez i w temperaturach po¬ wyzej 500°C.Wplyw poszczególnych skladników stali stopowej na jej wytrzymalosc stala byl juz wielokrotnie badany, jednakze nie udalo sie dotychczas ustalic regul umozliwiaja¬ cych w dostatecznym stopniu najkorzyst¬ niejsze dobieranie skladu chemicznego sta¬ li. Natomiast stwierdzono, ze stale stopowe o jednakowym skladzie chemicznym wyka¬ zuja bardzo rózne wartosci wytrzymalosci stalej, przy czym nie mozna bylo znalezc widocznego powodu tych róznic. Te rózni-ce wartosci wytrzymalosci stalej stwierdzo¬ no równiez i w stalach, które byly podda¬ wane w stanie uszlachetnionym dlugotrwa¬ lym obciazeniom w wysokich temperatu¬ rach; czesto odradzano nawet stosowanie uszlachetniajacej obróbki stali i przypisy¬ wano stosunkowo najwieksza wytrzyma¬ losc stala stali o strukturze grubokrysta- licznej. Wobec tego przy stosowaniu wy¬ próbowanych juz stali oraz przy wytwarzar niu nowych stali stopowych trzeba bylo do¬ tychczas zadowalac sie glównie doswiad¬ czalnym wypróbowywaniem ich zachowa¬ nia sie w podwyzszonych temperatu¬ rach.Stwierdzono jednak, ze wytrzymalosc stala stali stopowych w temperaturach wyz¬ szych, zwlaszcza powyzej 500°C, jest tym wieksza, im wyzsza jest z jednej strony temperatura rozpuszczania sie weglików, z drugiej zas strony — temperatur górnego punktu przeksztalcania sie Ac3. Warunki te mozna spelnic w stalach stopowych przez wprowadzanie do nich metali, które w ukladzie podwójnym z zelazem, to znaczy w ukladzie zelazoskladnik wprowadzony, zwezaja obsza,r przeksztalcania sie, oraz przez wzajemne dostosowywanie zawarto¬ sci tych skladników i zawartosci wegla w ten sposób, alby osiagnac najkorzystniejsze warunki podwyzszenia temperatury górne¬ go punktu przeksztalcania sie. Przedmio¬ tem wynalazku niniejszego jest przeto stal stopowa, sluzaca do wyrobu przedmiotów posiadajacych w wysokich temperaturach, zwlaszcza zas powyzej 500°C, duza wytrzy¬ malosc stala, a wiec np. do wyrobu czesci kotlów, zaworów i sprezyn do zaworów sil¬ ników spalinowych, srub, sworzni itd. W sklad tych stali wchodza co najmniej sklad¬ niki zwezajace obszar przeksztalcania sie odmiany y w ukladzie podwójnym z zelar zem, np. molibden, wanad, krzem i alumi¬ nium, w ilosciach tak dostosowanych do zawartosci wegla, aby osiagnac mozliwie najwyzsza temperature przeksztalcania sie stali stopowej (Ac3), najlepiej okolo 1000°C lub wyzsza.Ponizszy przyklad wyjasnia w jakim stopniu skladniki stali zwezajace w znany sposób obszar y, np. molibden, wanad, krzem, wolfram i aluminium, podwyzszaja temperature górnego punktu przeksztalca¬ nia sie stali. Inne skladniki zwezajace obszar y sa przytoczone w pracy F. Wewe- ra „Ueber den Einfluss der Elemente auf den Polymorphismus des Eisens" w czaso¬ pismie „Archiv fiir das Eisenhiittenwesen" tom 2 (1928 — 29).Fig. 1 wyjasnia dzialanie dowolnego skladnika B zwezajacego obszar y» Linia M — R — O — N ogranicza obszar y czy¬ stego zelaza, czyli przy zawartosci 0% we¬ gla ; linia M* — S — P — N' — przy za¬ wartosci 0,1% wegla; linia zas M" — T — Q — Nu odpowiada zawartosci 0,2% we¬ gla. Skladnik B z poczatku, w miare wzro¬ stu jego zawartosci, podwyzsza temperatu¬ re górnego punktu przeksztalcania, sie, któ¬ ra dla czystego zelaza wynosi okolo 900°C; z wykresu widac, ze temperatura ta osiaga wartosc okolo 1200°C przy zawartosci &'% skladnika B w przypadku 0% wegla wzglednie przy zawartosci &"% i 0,1% wegla ii w koncu przy zawartosci 6"'% i 0,2% wegla. Z wykresu widac tez, ze w miare zwiekszania zawartosci wegla w sta¬ li nalezy tez zwiekszyc odpowiednio zawar¬ tosc w niej skladnika Bt aby osiagnac za¬ mierzone podwyzszenie punktu przeksztal¬ cania sie.Na fig. 2 przedstawiono na podstawie doswiadczen oraz na podstawie danych, ja¬ kie w obecnej chwili mozna znalezc w lite¬ raturze technicznej, wzajemna zaleznosc pomiedzy zawartoscia wegla w stali, naj¬ korzystniejsza dla otrzymania mozliwie najwyzsziej temperatury przeksztalcania sie, a zawartoscia aluminium, wanadu, molibdenu, krzemu i wolframu. Na o&i od¬ cietych odlozona jest zawartosc aluminium wzglednie wanadu, molibdenu lub innych — 2 —skladników, na osi rzednych zas — zawar¬ tosc wegla. Ze wzgledu na wahania skladu chemicznego stali wystepujace w praktyce, najwyzsza wartosc temperatury przeksztal¬ cania sie (linie 0, P lub Q na fig. 1) nie zawsze da sie utrafic zupelnie dokladnie; jednakze najkorzystniejsza zawartosc skladnika stali moze byc o 20% nizsza, niz to odpowiada mocno wyciagnietym krzy¬ wym, odpowiadajacym poszczególnym skla¬ dnikom na fig. 2, nie pociagajac za soba znaczniejszego pogorszenia wytrzymalosci stalej wskutek spowodowanego przez to ob¬ nizenia temperatury przeksztalcania sie. W odniesieniu do najkorzystniejszych zawar¬ tosci skladników mozna przeto podac obsza¬ ry, odpowiadajace np. wedlug fig. 1 obsza¬ rom alx (pomiedzy a( i V), a2 (pomiedzy a" i b") oraz a3 (pomiedzy a'" i V"). Obsza¬ ry te na fig. 2 sa zaznaczone kreskowaniem po lewej stronie krzywych. Krzywe poda¬ ne wedlug obecnego stanu techniki moga byc poprawione na podstawie wyników dal¬ szych badan bez zmiany przedmiotu wyna¬ lazku.Poszczególne skladniki stopowe zweza¬ jace obszar y moga byc stosowane oddziel¬ nie lub tez po kilka razem, przy czym jeden ze skladników moze byc zastepowany cze¬ sciowo lub calkowicie innym, jednak tak, aby nastepowalo podwyzszenie temperatury przeksztalcania sie. Przy zastosowaniu kil¬ ku skladników stali, które pod wzgledem ich oddzialywania na podwyzszenie tempe¬ ratury przeksztalcania sie dzialaja suma¬ rycznie, najkorzystniejszy sklad chemiczny stali stopowej mozna dobrac wedlug rów¬ nania nastepujacego: a% X b %Y c%Z ap%X bp%Y cp%Z + = m W równaniu tym litery a, b, c oznacza¬ ja rzeczywiste zawartosci procentowe w go¬ towej stali zadanych skladników X, Y, Z zwezajacych obszar y; litery ap, bp wzgled¬ nie cp — zawartosc procentowa odpo¬ wiedniego skladnika stali, przy której mie¬ szany krysztal y wykazuje — wedlug sche¬ matu fig. 1 wzglednie wedlug danych z fig. 2 — najwyzsza wartosc temperatury prze¬ ksztalcania sie (punkt Ac3) przy zawarto¬ sci p°/o wegla w ukladzie podwójnym z ze¬ lazem ; liczba m posiada wartosc 0,8 — 1%.Wedlug fig. 1 skladnikowi B przy za¬ wartosci 0,1% wegla odpowiada najwyzsza temperatura przeksztalcania sie, oznaczona punktem P, przy czym w podanym wyzej równaniu mianownik posiada wówczas wartosc b"°loB. W przypadku zawartosci w stali skladników, których dzialanie na tem¬ perature przeksztalcania sie nie jest suma¬ ryczne, przytoczone wyzej równanie padaje najkorzystniejsze zawartosci skladników stali w pewnym przyblizeniu.Na przyklad równanie to w odniesieniu do stali o zawartosci wegla 0,05 — 0,2%, zawierajacej jako glówne skladniki krzem, molibden i wanad, przybiera postac naste¬ pujaca: przy 0,05 %C : *^ + ^^ + °%V 2,6 1,9 3,5 2,3 4,2 2,7 5,0 3,2 1,5 0,10% C: «»/' + h% M° + C%V 2,0 niK „ 0,15 % V : ——— + —^^— + 2,4 n oti v ' a % Si , b % Mo c%V „ 0,20 % C: 1- \- 2,7 = m = m = m = m — 3 —Mianowniki podane w tych równaniach od¬ powiadaja danym zaczerpnietym z fig. 2.Zamiast trzech wymienionych wyzej sklad¬ ników stali mozna tez oczywiscie stosowac w tych samych warunkach kazdy inny skladnik zwezajacy obszar y- Przy wiekszej liczbie skladników okre¬ slenie najkorzystniejszego skladu chemicz¬ nego stali dajacego najwyzsza temperatu¬ re przeksztalcania sie jest, praktycznie bio¬ rac, rzecza bardzo trudna. W tym przypad¬ ku celowe jest przeto zblizyc sie dosc znacznie do wyzej podanej dolnej granicy wartosci liczby m, a wiec do wartosci 0,8. aby miec wieksza swobode przy doborze wzajemnych stosunków zawartosci po¬ szczególnych skladników stali.Ponizej przytoczono kilka przykladów.Przyklad I. Nalezy sprawdzic, czy stal o nastepujacym skladzie chemicznym posia¬ da sklad calkowicie wyrównany pod wzgle¬ dem obnizenia temperatury przeksztalcania sie Acz.Sklad stali: 0,05% C 0,64% Si 1,15

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Stal stopowa, przeznaczona do wy¬ robu przedmiotów majacych wykazywac duza odpornosc na dzialanie ciepla i duza wytrzymalosc na dlugotrwale obciazenia stale (pelzanie), w wysokich temperatur rpch, zwlaszcza w temperaturze powyzej 500°C, jak np. do wyrpbu czesci kotlów, zaworów, sprezyn zaworowych do silników spalinowych, srub, sworzni itd., w której sklad wchodza co najmniej takze i skladni¬ ki zwezajace obszar y ukladu podwójnego tego skladnika z zelazem, jak np. molibden, wanad, krzem, aluminium i inne, zawar¬ tosc zas tych skladników jest dobrana od¬ powiednio do zawartosci wegla w stali w ten sposób, ze temperatura przeksztalca¬ nia sie Acs przekracza 1000°C, znamienna tym, ze zawartosc w niej skladników zwe¬ zajacych obszar y czyni zadosc nastepuja¬ cemu równaniu a%X , b%Y . c%Z , ap % X bp%Y cp% Z — 5 —w.którym litery a, b, c iitd. oznaczaja rze¬ czywiste zawartosci procentowe danych skladników X, Y, Z itd., zwezajacych ob¬ szar y w gotowej stali, ap, bp, cp itd. — procentowa zawartosc odpowiedniego skla¬ dnika X, Y, Z stali, przy której wedlug schematu przedstawionego na fig. 1 wzgle¬ dnie wedlug danych uwidocznionych na fig. 2 mieszane kryszitaly y w ukladzie po* dwójnym z zelazem przy zawartosci p°/o wegla wykazuja najwyzsza wartosc górnej temperatury przeksztalcania sie (Acs), m — liczbe równa 0,8 — 1,0, najlepiej zas = 0,85. ¦ , ¦ , \ ;;^jt| 2. Stal wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawartosc w niej chromu miesci sie w granicach przedstawionych za po- moca zakreskowanych obszarów na fig. 4. 3. Stal wedlug zastrz. 1—2, znamien¬ na tym, ze w celu wyrównania obnizenia górnej granicy przeksztalcania sie Ac3, spowodowanego zawartoscia takich sklad¬ ników, jak np. mangan, nikiel lub chrom, lezaca poza granicami oznaczonymi przez zakreskowane obszary na fig. 1, zawiera skladniki podwyzszajace górna temperatu¬ re przeksztalcania sie Ac3 w takiej ilosci procentowej, ze wartosc liczby m zbliza sie do 1. 4. Sposób obróbki cieplnej stali stopo¬ wej wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze stal te ogrzewa sie do temperatury co naj¬ mniej o 50°C wyzszej od górnej temperatury przeksztalcania sie Acs i nastepnie hartu¬ je sie ja — natychmiast lub po powolnym ochlodzeniu do temperatury wyzszej o 20°C niz temperatura punktu Ac3—w wo¬ dzie, oleju, powietrzu sprezonym itd., po czym odpuszcza sie ja w znany sposób, najlepiej jednak w temperaturze wyzszej o 50°C od temperatury zastosowania jej. Kohle-und Eisenforschung G. m. b. H. Zastepca: inz. Cz. Raczynski rzecznik patentowy MUM. M ARCT. CEMNIAKOWSKA MSDo opisu patentowego Nr 30199 Ark. 1 9.1%C az%CDo opisu patentowego Nr 30199 Ark. 2 1S00 L %Cr # r,st PL