Upload
dangminh
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Hvilken betydning har legeringselementernei stål, og hvordan kan
legeringssammensætningen bestemmes?
Af
Carsten Jensen,FORCE Technology,
Afdelingen for Korrosion & Metallurgi
Risø-DTU, Roskilde, 24. januar 2008.
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Disposition
� Grundstoffernes oprindelse
� Hvad forstås ved en legering?
� Generelt om legeringselementer
� Legeringselementernes indflydelse på materialetsegenskaberne
� Enkelte eksempler på stål-legeringer
� Bestemmelse af legeringssammensætningen
Legeringselementernes oprindelse
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Smithsonian Astrophysical Observatory / NASA Chandra / Harvard � for non-commercial use
Si Ti Fe Ni
Cu V
2,7 x 105 g/ton 8,6 x 103 g/ton
58 g/ton 1,7 x 102 g/ton
5,8 x 105 g/ton 72 g/ton
Cr Mg Al Mn
96 g/ton 2,8 x 104 g/ton 8,0 x 104 g/ton 1,0 x 103 g/ton
Metaller på jordskorpen
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
C
Materialevalg
Materialeegenskaber
Legeringssammensætning / Fremstillingsmetode
Legeringselementer
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Legeringer
Hvad forstås ved en legering?
En legering består af to eller flere grundstoffer, hvorafhovedbestanddelen er et metal.
Det metal, som indgår i størst mængde, kaldes basismetallet
Hvad forstås ved et legeringselement?
Et legeringselement er et grundstof, der er tilsat en legering i en mindre mængde end basismetallet.
Lavt legeret stål:
Mindre end 5% legeringselementer
Højt legeret stål:
Mere end 5% legeringselementer
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Klassificering af jern-kulstof-legeringer
Klassificering efter kulstofmængden
Legeringstype % kulstof
Hypoeutektoidt stål ca. 0,05 - 0,8Eutektoidt stål 0,8Hypereutektoidt stål 0,8 - ca. 1,5Støbejern 2 - 4
Klassificering efter totale legeringsindhold
Legeringstype Sammensætning
Ulegeret stål 0,05 � 1,3
Totalt max. 1-2% leg.
Mikrolegeret stål Som ovenfor dog med
op til 1,5% Mn samt op
til 0,1% specielle leg.
Lavtlegeret stål Totalt max. 2-5% leg.
Højtlegeret stål Totalt max. Leg. > 5%
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Grænseværdier for legeringselementer
Grænseværdier hos en række legeringselementer af stållegeringer som legerede eller ulegerede
Legeringselement Grænseværdi [wt%]
Al Aluminium 0,10B Bor 0,0008Co Kobolt 0,10Cr Krom 0,30Cu Kobber 0,40Mn Mangan 1,65Mo Molybden 0,08Nb Niob 0,06Ni Nikkel 0,30Pb Bly 0,40Si Silicium 0,50Ti Titan 0,05V Vanadium 0,10W Wolfram 0,10
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Ståls Legeringselementer (1)
Kulstof [C]:� STYRKE OG HÅRDHED ØGES MENS � SEJHEDEN MINDSKES MED STIGENDE INDHOLD.� HÆRDBARHEDEN ØGES.� SVEJSELIGHEDEN FORRINGES.
Silicium [Si]:� BEROLIGELSESMIDDEL (binder ilt).
Mangan [Mn]:� ØGET STYRKE OG HÆRDELIGHED.� BINDER SVOVL OG SLAGGE.
Svovl [S]:� FORURENINGSELEMENT.� PROBLEMER MED RØDSKØRHED (varmerevner)� STØRRE INDHOLD I AUTOMATSTÅL.
Fosfor [P]:� FORURENINGSELEMENT.� PROBLEMER MED KOLDSKØRHED (hæver omslagstemp.)
Kvælstof [N]:� FORURENINGSELEMENT.� PROBLEMER MED ÆLDNING.
Legeringselementerne findes alle i lavt legerede stål.
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Urenheder i stål
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Energi, J
Temperatur, °C
Sprød
Sej
Ståls Legeringselementer (2)
Krom [Cr]:� STYRKEN ØGES. SEJHEDEN FORRINGES.� VARMEBESTANDIGHEDEN ØGES.� KORROSIONSBESTANDIGHEDEN ØGES.
Nikkel [Ni]:� STYRKEN ØGES UDEN AT � SEJHEDEN FORRINGES.
Wolfram [W]:� VIRKNING SOM Cr.� SPECIELT ØGES STYRKEN VED � HØJERE TEMPERATURER.
Vanadin [V]:� STYRKEN ØGES VED HØJERE TEMPERATUR.� FINKORNDANNER. ØGER SEJHEDEN.
Molybden [Mo]:� EGENSKABER SOM Cr OG W,
DOG KRAFTIGERE EFFEKT.
Cobalt [Co]:� SAMME VIRKNING SOM Ni.
ANVENDES MEST TIL VÆRKTØJSSTÅL.
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Sensibilitering af rustfritstål
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Samspillet mellem kulstof, krom og titani austnitisk rustfritstål.
Opløsningsglødet. jævn kromfordeling
Karbidudskillelse i korngrænser efter opvarmning til 600-900°C. kromfattige områder
Kromkarbid
18% Cr12% Cr
18% Cr
Legeringselementernes indvirkenpå hærdeprocessen
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Legeringselementernes effekt
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Titan- og krom-indholdetsindflydelse på austenit-områdets udstrækning
Ferrit- og austenit-stabiliserende legerings-elementer
Ferrite formers Austenite formers
Dan
nel
ses-
enth
alpi
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Ti Cr
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Kulstofs (C) betydning for mekaniske egenskaber
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Legeringselementernes indflydelse på egenskaberne
Kul
stof
Silic
ium
Man
gan
i lav
t le
g. s
tål
Man
gan
i høj
t leg
. stå
l
Kro
m
Nik
kel
i lav
t. le
g. s
tål
Nik
kel
i høj
t leg
. stå
l
Alu
min
ium
Wol
fram
Van
adiu
m
Mol
ybdæ
n
Kob
ber
Svov
l
Fos
for
C Si Mn Mn Cr Ni Ni Al W V Mo Cu S P
Trækstyrke - -
Forlængelse -
Kærvslagstyrke -
Hærdbarhed - -
Nitrerbarhed - - - - - -
Svejselighed ()
Korrosionsbestandighed - - - - - -
Slidbestandighed - - - - - -
Skalningsbestandighed - - -
= Forbedrer = Forringer = Lille effekt- = Ingen effekt
Kuls
tof
Silic
ium
Krom
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Udvalgte Ståltyper
0,80-1,20
0,30-1,15
0,15-1,10
1,00-3,50
0,40-1,10
0,26-0,42
%Al%Ni%Mo%Cr%Mn%C
-0,40-4,75
0,15-0,50
0,40-1,70
0,30-1,40
0,07-0,25
%Al%Ni%Mo%Cr%Mn%C
-0,60-4,75
0,15-1,00
0,30-2,70
0,30-1,10
0,22-0,62
%Al%Ni%Mo%Cr%Mn%C
--< 0,300,2-1,20
0,40-1,90
0,35-0,80
%Al%Ni%Mo%Cr%Mn%C
-0,30-4,70
0,12-5,20
0,30-17,0
0,15-1,60
0,24-2,30
%Al%Ni%Mo%Cr%Mn%C
----0,30-0,70
0,07-0,18
%Al%Ni%Mo%Cr%Mn%C
Indsætningsstål
Nitrerstål
Lavt legeret stål
Sejhærdningsstål
Fjederstål
Koldarbejsstål / værktøjsstål
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Rustfrit stål
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Ferritiske
12-30% Cr, 0,015-0,1% C
Martensitiske
11-17% Cr, 0,15-1,2%C
Austenitiske
16-26% Cr, 7-25% Ni, 0,02-0,1% C
Duplex (Ferritisk-Austenitiske)
18-26% Cr, 4,5-7% Ni, 0,03-0,07% C
Legeringselementer
Legeringselementer i værktøjsstål
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Eksempel � lavt legeret stål
Varmvalsede produkter af ulegeret konstruktions- og maskinstål
Kilde: DS/EN 10025
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Hvorfor analyser et materiale?
� Bestemme materialekvalitet
� Sikre overholdelse af standarder og specifikationer
� Vurdere styrkeegenskaber og bearbejdelighed
� Vurdere korrosionsbestandighed
� Fastlægge optimal varmebehandling
� Bedømme svejsbarhed
� Fastlægge evt. reparationsprocedure
� Angive mulige erstatningsmaterialer
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Bestemmelse af den kemiske sammensætning af metaller
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
OES - Optisk emmissionsspektoskopi
� Meget præcis metode� Kan bestemme kulstofindholdet
XRF � Røngtenflourescens
� Z=11 / Z=22� Mulighed for analyse af meget små mængder� Pulver, væsker og fastestoffer
SEM-EDAX � Energidispersiv røngten
� Z=5� Mulighed for analyse af volumen på 1 µm3
� Linescan og mapping
� Grøn : Klor
� Blå : Kalium
� Rød : Svovl
Ståltyperlegering, struktur og egenskaber
Legering
Struktur
Egenskaber
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008
Legeringselementer
supernova-eksplosioner
Risø-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008