Stale konstrukcyjne są używane do budowy najczęściej spotykanych typowych konstrukcji oraz części maszyn. Samo ich wyodrębnienie wynika z podziału stali ze względu na zastosowanie. Z tego artykułu dowiesz się, jakie mają właściwości i skład chemiczny, a także poznasz konkretne przykłady ich wykorzystania.
Stale konstrukcyjne są używane do budowy najczęściej spotykanych typowych konstrukcji oraz części maszyn. Samo ich wyodrębnienie wynika z podziału stali ze względu na zastosowanie. Z tego artykułu dowiesz się, jakie mają właściwości i skład chemiczny, a także poznasz konkretne przykłady ich wykorzystania.
Czym jest stal konstrukcyjna
Podobnie jak każdy rodzaj stali również ta jest stopem żelaza i węgla. Została wyodrębniona na podstawie normy PN-EN 10020:1996, która uwzględnia następujące kryteria:
- skład chemiczny
- procentową zawartość węgla i strukturę wewnętrzną
- stopień czystości
- zastosowanie.
W naszym artykule zatrzymamy się przy ostatnim punkcie, ponieważ stal konstrukcyjną (obok narzędziowej i specjalnej) klasyfikuje się ze względu na zastosowanie. Należy nadmienić, że jest to dość szerokie pojęcie, dlatego zwykle można spotkać się z bardziej precyzyjnym określeniem – stale konstrukcyjne. Sygnalizuje ono, że istnieją różne rodzaje stali konstrukcyjnych, które wykazują odmienne właściwości oraz są używane do różnych celów. Omówimy je w kolejnych częściach artykułu.
Rodzaje stali konstrukcyjnej
Ogólny podział stali konstrukcyjnych obejmuje poniższe rodzaje:
- stal konstrukcyjną ogólnego przeznaczenia
- stal konstrukcyjną wyższej jakości
- stal konstrukcyjną niskostopową
- stal do nawęglania
- stal do azotowania
- stal do ulepszania cieplnego
- stal sprężynową
- stal automatową
- stal łożyskową
- stal transformatorową.
Każdy z wymienionych typów posiada swoje specyficzne cechy. W tej części artykułu skupimy się na ich właściwościach chemicznych i fizycznych.
Stal konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia, jak wskazuje nazwa, jest powszechnie stosowana do części maszyn. Sprawdza się wszędzie tam, gdzie nie są konieczne wysokie parametry materiału, aby dobrze spełniać swoją funkcję m.in. ze względu na niską wytrzymałość. Nie nadaje się do obróbki cieplnej. Uznaje się ją za najniższy gatunek stali, ponieważ bardzo często zawiera zanieczyszczenia pierwiastkami takimi jak krzem, siarka czy fosfor. Może mieć także różną zawartość węgla.
Skrót dla stali konstrukcyjnych ogólnego przeznaczenia to StnS – „n” oznacza liczbę wskazującą na zawartość węgla (od 0 do 7), a „S” stal uspokojoną. W tym skrócie można spotkać się również z symbolami stali nieuspokojonej „X” lub półuspokojonej „Y”, a także ograniczonej zawartości węgla „V” lub węgla, fosforu i siarki jednocześnie „W”. Jednym z popularnych rodzajów jest S235JR, gdzie JR oznacza próbę udarności.
Stal konstrukcyjna wyższej jakości charakteryzuje się ściśle ustalonymi ilościami węgla i manganu. Przykładowo stal może zawierać od 0,15 do 0,19% węgla i od 0,25 do 0,5% manganu. Znajduje się w niej mniej zanieczyszczeń. Zwykle są to śladowe ilości krzemu i fosforu. Ten rodzaj nadaje się zarówno do obróbki cieplnej, jak i obróbki skrawaniem. Warto nadmienić, że jest wytwarzany w trzech kategoriach:
- A – stal, która podlega obróbce skrawaniem na całej powierzchni
- B – stal, która podlega obróbce skrawaniem na wybranych powierzchniach
- C – stal, która nie podlega obróbce skrawaniem.
Do oznaczenia stali konstrukcyjnej wyższej jakości stosuje się liczby naturalne oznaczające zawartość węgla. Dodatkowo przy liczbie może pojawić się litera G wskazująca na wyższą zawartość manganu.
Stal konstrukcyjna niskostopowa wyróżnia się niską zawartością węgla (maks. do 0,22%). Ceni się jej wytrzymałość (jest pod tym względem lepsza od stali konstrukcyjnej wyższej jakości) i znaczną odporność na korozję. Oznacza się ją liczbą wskazującą na średnią zawartość węgla i literami symbolizującymi dodane do stopu metale.
Stal do nawęglania może być poddana obróbce cieplno-chemicznej. Proces nawęglania pozwala osiągnąć odporną na ścieranie i twardą warstwę wierzchnią elementu. Nawęglona stal charakteryzuje się wysoką udarnością, czyli odpornością na pękanie przy obciążeniu dynamicznym. W omawianym procesie stosuje się zwykle stale stopowe o zawartości węgla w zakresie od 0,08 do 0,25%, niskostopowe oraz konstrukcyjne wyższej jakości.
Kolejnym rodzajem stali przeznaczonym do poddawania procesowi cieplno-chemicznemu jest stal do azotowania. Polega ono na nasyceniu powierzchni metalu azotem. Dzięki niemu powierzchnia jest np. bardziej odporna na korozję. Stal stopowa oraz niskostopowa z dodatkiem glinu, chromu i molibdenu charakteryzuje się większą twardością.
Stal można poddawać także ulepszaniu cieplnemu, czyli procesowi łączącemu hartowanie z odpuszczaniem. Ulepszona cieplnie stal stopowa o zawartości węgla od 0,25 do 0,6%, niskostopowa lub wyższej jakości jest bardziej wytrzymała na rozciąganie, wykazuje większą odporność na pękanie i spadek twardości. Poprawiają się także jej właściwości plastyczne: udarność, przewężania oraz wydłużenie procentowe po zerwaniu.
Stale sprężynowe jednocześnie należą do stali węglowych (zawartość węgla od 0,6 do 0,85%) i niskostopowych. Ich wyróżnik stanowi stosunkowo duża ilość krzemu. Właśnie ten pierwiastek obniża plastyczność stali. Oprócz niego jako dodatki stopowe stosuje się chrom, mangan i wanad. Norma wyróżnia wśród stali sprężynowych węglowe, niechromowe i chromowe.
Stal automatową w postaci prętów stosuje się w automatach tokarskich. Podczas obróbki skrawaniem tworzy ona wióry, które są łamliwe i krótkie. Dzieje się tak za sprawą dodatku siarki i fosforu. Aby zwiększyć prędkość obróbki, do tego rodzaju stali używa się domieszek ołowiu oraz bizmutu.
Stal łożyskowa i transformatorowa to gatunki stali o wyjątkowo specyficznym przeznaczeniu, co wymusza jej wysoką jakość. Pierwsza z nich służy do produkcji łożysk tocznych. Ze względu na warunki ich działania stal musi charakteryzować się przede wszystkim odpowiednim doborem dodatków stopowych oraz strukturą. Druga z nich, wykorzystywana do produkcji blach transformatorowych, wyróżnia się szczególnymi właściwościami magnetycznymi.
Zastosowanie stali konstrukcyjnej
Po skróconym przeglądzie rodzajów stali konstrukcyjnych przedstawimy jej najbardziej typowe zastosowania. Jak wspomnieliśmy na początku jest to grupa materiałów, z której wykonuje się różnego rodzaju konstrukcje, a także części maszyn i urządzeń.
- Stal konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia – najczęściej stosuje się ją do wytwarzania konstrukcji spawanych ze względu na dobrą spawalność, a także prostych części maszyn. Sprawdzi się wszędzie tam, gdzie nie są konieczne wysokie parametry elementów stalowych.
- Stal konstrukcyjna wyższej jakości – jest ceniona za podatność na obróbkę termiczną i skrawaniem. Nadaje się do wytwarzania półproduktów takich jak blachy, profile stalowe, rury oraz wielu części do pojazdów i maszyn, m.in. wałów, piast do kół i wirników pomp.
- Stal konstrukcyjna niskostopowa – sprawdza się w trudnych warunkach atmosferycznych, dlatego stosuje się ją do budowy masztów, mostów, pojazdów szynowych.
- Stal poddana nawęglaniu – ze względu na swoją dużą twardość i ciągliwość doskonale nadaje się do wytwarzania elementów o dużej wytrzymałości. Mogą to być np. wały i przekładnie.
- Stal poddana azotowaniu – za sprawą swojej odporności na naprężenia stykowe szczególnie dobrze sprawdza się jako materiał kół zębatych.
- Stal do ulepszania cieplnego – nadaje się do produkcji mocno obciążanych części takich jak korbowody, tuleje i tarcze ścierne.
- Stal sprężynowa – dzięki zawartości krzemu zmniejszającej plastyczność wykorzystuje się ją do sprężyn, podkładek sprężynujących, resorów i innych elementów podatnych na odkształcanie.
- Stal automatowa (w kształcie prętów) – nadaje się do produkcji drobnych części, na które nie działają duże obciążenia, np. nakrętek, podkładek i śrub.
Spawanie stali konstrukcyjnej
Spawanie jest najpowszechniejszą metodą spajania stali. Nie każda jednak w równym stopniu się do tego nadaje, co dotyczy również stali konstrukcyjnych. Ogólna zasada mówi, że lepiej spawa się stale o niskiej zawartości węgla. Dlatego rodzaje o jego zawartości wynoszącej mniej niż 0,2% uznaje się za spawalne. Poniżej przedstawiamy rodzaje stali konstrukcyjnych o dobrej spawalności:
- stal ogólnego przeznaczenia
- stal konstrukcyjna wyższej jakości (pod warunkiem odpowiednio niskiej zawartości węgla)
- stal konstrukcyjna niskostopowa
- niektóre rodzaje stali do nawęglania (spawanie jest możliwe tylko przed procesem nawęglania).
Metodą spawania praktycznie wszystkich rodzajów stali jest TIG. Dużą popularnością cieszy się również metoda MIG/MAG. Często stosuje się ją do powszechnego gatunku stali S235. Stal można spawać również metodą MMA. Spawarki obsługujące wymienione sposoby sprawdzą się zarówno w rękach specjalistów z dużą praktyką, jak i mniej doświadczonych spawaczy. Tego typu urządzenia oferuje wielu producentów, w tym Stamos.
Stale konstrukcyjne – normy i informacje
Stale konstrukcyjne to szeroka gama stopów o różnej zawartości pierwiastków chemicznych oraz rozmaitym przeznaczeniu. Wspólnym kryterium stało się dla nich zastosowanie do budowy typowych konstrukcji i części urządzeń. Poruszając się w tak szerokim temacie, zawsze należy mieć na uwadze normy, które ściśle regulują ich skład i oznakowanie. Decydując się na zakup konkretnego rodzaju stali, warto zapoznać się z informacjami od producenta. Zwykle zawierają one dane o składzie chemicznym, właściwościach mechanicznych oraz możliwościach obróbki.
Udostępnij