Hvilken betydning har legeringselementerne i stål, og ... · Risł-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008...

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


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


C

Materialevalg

Materialeegenskaber

Legeringssammensætning / Fremstillingsmetode

Legeringselementer


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


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%


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


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.


Urenheder i stål


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.


Sensibilitering af rustfritstål


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


Legeringselementernes effekt


Titan- og krom-indholdetsindflydelse på austenit-områdets udstrækning

Ferrit- og austenit-stabiliserende legerings-elementer

Ferrite formers Austenite formers

Dan

nel

ses-

enth

alpi


Ti Cr


Kulstofs (C) betydning for mekaniske egenskaber


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


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


Rustfrit stål


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


Eksempel � lavt legeret stål

Varmvalsede produkter af ulegeret konstruktions- og maskinstål

Kilde: DS/EN 10025


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


Bestemmelse af den kemiske sammensætning af metaller


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


Legeringselementer

supernova-eksplosioner


Hvilken betydning har legeringselementerne i stål, og ... · Risł-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008...

Documents

Transcript of Hvilken betydning har legeringselementerne i stål, og ... · Risł-DTU, Roskilde, 24. Januar 2008...