1. Rozdělení ocelí podle chemického složení, hlavních skupin

1. KONSTRUKČNÍ OCELI Obsah přednáškylist č. 1. Rozdělení ocelí podle chemického složení, hlavních skupin jakostí a použití - ČSN EN 10020 ……………………………….. 2 až 6 2. Oceli pro ocelové konstrukce …………………………………... 7 3. Značení nelegovaných a nízkolegovaných konstrukčních ocelí dle ČSN 42 0002 ………………………………………….... 8 až 9 4. Nelegované konstrukční oceli (stručná charakteristika) …... 10 5. Vybraná použití konstrukčních ocelí tříd 10, 11 a 12 ……….. 11 6. Svařitelné oceli …………………………………………………….. 12 až 15 7. Oceli na hluboký tah ……………………………………………… 16 8. Oceli k cementování ………………………………………………. 7 až 21 9. Oceli k zušlechťování …………………………………………….. 22 až 29 10.Doporučená literatura …………………………………………… 30 Ing. Lubomír Stránský CSc.

2. ČSN EN 10020

3. nejsou určeny k tepelnemu zpracování • jsou předepsanépouze maximální obsahy P a S a min. obsah C • předepsané mechanické vlastnosti v nezpracovanémnebo normalizačněžíhaném stavu B - nelegované oceli obvyklých jakostí

4. Totéž co nelegované oceli obvyklých jakostí a navíc: • jsou vyráběny s větší větší pečlivostí než oceli obvyklých jakostí • max. obsah P a S < 0,045 % • nemají předepsanou metalurgickou čistotu • nemusí mít rovnoměrnou odezvu na tepelné zpracování • jsou na ně však kladeny dodatečné požadavky (např. na tvařitelnost, mez kluzu při zvýšených teplotách, houževnatost aj.) Q - nelegované jakostní oceli S - nelegované ušlechtilé oceli Totéž co nelegované jakostní oceli a navíc: • předepsané přesné chemické složení • vyšší stupeň metalurgické čistoty • max. obsah P a S < 0,025 % • jsou většinou určeny k cementování, zušlechťování nebo povrchovému kalení a mají na tepelné zpracování rovnoměrnou odezvu • předepsána minimální hodnota nárazové práce (KV > 27 J)

5. ČSN EN 10020

6. Vybrané nelegované oceli ČSN 42 0002 význam číslice za tečkou .0 - tepelně nezpracováno .1 – normalizačně žíháno .4 – kaleno a popuštěno při nízkých teplotách .6 – zušlechtěno na dolní pevnost .8 – zušlechtěno na horní pevnost ČSN EN 10 027-1 písmena před numerickou hodnotou S– ocel pro konstrukce, číslo mez kluzu v MPa E – ocel pro strojní součásti, číslo mez kluzu v MPa P– ocel pro tlakové nádoby, číslo mez kluzu v MPa C– písmeno = C uhlík (neleg. ocel se stř, obsahem Mn < 1%, pro nástroje, číslo = 100 x střední obsah uhlíku písmena za numerickou hodnotou N – normalizačně žíháno, nebo řízeně válcováno E – předepsaný max. obsah síry G – jiné charakteristiky H – vysoké teploty S – na pružiny U – nástrojové (+QT = stav zušlechtěný)

7. Oceli pro ocelové konstrukce – S Požadavky vysoká Re, Rp0,2 - úspora materiálu Rm - méně vyžadováno vysoký modul pružnosti E dobré plastické vlastnosti A, Z dobrá houževnatost - nárazová práce KV, KU mez únavy sC odolnost proti porušení křehkým lomem - tranzitní teplota odolnost proti opotřebení dobré kluzné vlastnosti odolnost proti korozi nízká hmotnost aj.

8. Základní značka . doplňkové číslo 41xx xx . x x stav oceli v závislosti na TZ třída oceli informace závislé na třídě oceli pořadové číslo Třída 10->3 a 4 číslice Rm v desítkách MPa (00 základní jakost) Třída 11->3 a 4 číslice Rm v desítkách MPa (1 = automat. ocel + C) Třída 12 až 16-> 3.číslice stř. obsah legujícíchprvků v % 4.číslice stř. obsah C vdesetinách % Značení nelegovaných a nízkolegovaných konstrukčních ocelí dle ČSN 42 0002 .0 – tepelně nezpracováno .1 – normalizačné žíháno .2 – žíháno s uvedením způsobu .3 – žíháno na měkko .4 – kaleno nebo kaleno a popuštěno .5 – normalizačně žíháno a popuštěno .6 – zušlechtěno na dolní pevnost .7 – zušlechtěno na střední pevnost .8 – zušlechtěno na horní pevnost .9 – stavy, jež nelze označit 0 až 8

9. Význam prvního dvojčíslí Rozdělení tvářených konstrukčních ocelí do tříd 11 až 16(ČSN 42 0002)

10. Nelegované konstrukční oceli (stručná charakteristika) Třída 10 převážnou část tvoří oceli nízkouhlíkové není předepsán obsah uhlíku, ani stupeň čistoty některé druhy mají předepsány max. obsahy C, S a P zaručují se pouze základní mechanické vlastnosti (Re, Rm, A) nepoužívají se k cementování, zušlechťování a povrchovému kalení Třída 11 zaručena horní hranice obsahu C a P a S, případně chemické složení zaručené mechanické vlastnosti použití většinou ve stavu normalizačně vyžíhaném do 0,2 % C jsou dobře svařitelné, tvařitelné i dobře obrobitelné některé značky jsou určeny k hlubokému tažení (nesmějí vykazovat výrazný sklon k stárnutí) nad 0.3 % představují základní řadu pro výrobu strojních součástí, mohou se zušlechťovat, prokalitelnost nepřesahuje 25 až 30 mm vysokouhlíkové oceli jsou vhodné na součásti vystavené opotřebení Třída 12 Oceli mají vyšší čistotu, lépe definované a zaručované vlastnosti oproti třídám 10 a 11, společně socelemi tříd 13 až 16 je to základní konstrukční materiál, optimálních vlastností se dosahuje tepelným zpracováním

11. Vybraná použití konstrukčních ocelí tříd 10, 11 a 12 Rozmezí obsahu uhlíku v ocelích v jednotlivých třídách třída 10 nepředepisuje se (jsou však převážně nízkouhlíkové) třída 11 od 0,07 do 0,85 % C (včetně povoleného rozmezí v dané třídě) třída 12 od 0,07 do 0,90 % C (včetně povoleného rozmezí v dané třídě)

12. Vlastnosti svařitelných oceli • požadovaná hodnota meze kluzu • dobrá svařitelnost • dobrá houževnatost i za teplot -20°C až -30 °C → odolnost proti porušení křehkým lomem • odolnost proti změnám vlastností za provozu → stárnutí • Zvýšení Re nad 350 MPa se dosahuje • náhradou intersticiálního zpevnění C - substitučním zpevněním feritu (Mn, Si) • mikropřísadami Al, Mo, Nb, V ,Ti ( setiny %) → precipitační zpevnění matrice + vázání C a N (karbidy, nitridy) → potlačení stárnutí, zábrana růstu zrna + snížení Cekv. • řízeným válcováním (precipitáty Nb, Mo zpomalují rekrystalizaci austenitu v průběhu válcování, Al, Ti brání růstu zrna) • termomechanickým zpracováním • zpevněním bainickou nebo martenzitickou přeměnou (komplexně legované oceli ∑( Mn, Cr, Mo, Ti, Nb, V, B do 3 až 4%), matrice obvykle dvoufázová ferit + bainit nebo martenzit), Re nad 500 MPa Svařitelné oceli

13. Charakteristická pásma v tepelně ovlivněné oblasti při svařování ocelí s polymorfní přeměnou g→a Tepelně ovlivněná oblast svaru

14. jsou zaručeně svařitelné do maximálního obsahu uhlíku Cmax.= 0,22 % • uhlík v tepelně ovlivněné oblasti (TOO) způsobuje zvýšení tvrdosti a snižuje plasticitu → vznik vnitřních pnutí → vznik prasklin • může dojít ke - hrubnutí zrna (rekrystalizace po předchozím tváření za studena) - rychlé ochlazení → Widmannstättenova struktura, martenzit - za provozustárnutí svarových spojů Svařitelnost nelegovaných (uhlíkových) ocelí Svařitelnost legovaných ocelí • pro oceli s obsahem C ≤ 0,22 hm.% je nutné určit ekvivalentní obsah uhlíku Cekv ,který musí být ≤ 0,50 • neboť se uplatňuje : • přítomnost legujících prvků v oceli • tloušťka stěny svařencet [ mm ] Vztah platí platí do obsahu prvků: [v hm.%] 0,22 % C; 1,6 % Mn; 1,0 % Cr; 3,0 % Ni; 0,14 % V; 0,3 % Cu

15. Příklady ocelí pro svařované konstrukce S 235, S 275, S 355, S 420 ,S 460 Pro snížené teploty Pro všeobecné použití Pro zvýšené teploty

16. Charakteristika ocelí • u ocelí se požaduje co nejnižší mez kluzu, poměr (Re:Rm)·100 ≈ 60%, tažnost min. 45% (nejjakostnější oceli mají Re max. 160MPa) • matrici tvoři ferit s malým množstvím perlitu bez vyloučeného Fe3CIII po hranicích (snižuje plastické vlastnosti) • je požadována odolnost proti stárnutí Oceli na hluboký tah Vybrané oceli ze skupiny jakosti:D - Ploché výrobky k tváření za studena D – ploché výrobky k tváření za studena; C – válcováno za studena; X – způsob válcování nepředepsán; číslo = pořadové číslo oceli

17. Charakteristika ocelí • jsou určeny k výrobě strojních součástí nebo součástí dopravních prostředků s cementovanými činnými plochami • mají nízký obsah uhlíku • po cementování se kalí a nízkoteplotně popouští • po TZ mají díly vysokou tvrdost povrchové vrstvy a houževnaté jádro • Prokalitelnost • u uhlíkových ocelí se prokalitelnost nezaručuje • legované oceli se dodávají bez nebo se zárukou prokalitelnosti (uvádí se minimální a maximální zaručované hodnoty tvrdosti v jednotkách HRC v závislosti na vzdálenosti od plochy kaleného čela čelní zkoušky prokalitelnosti → zkouška Jominiho) • Velikost zrna • oceli musí být jemnozrnné • Čistota oceli : • ocel musí vykazovat stupeň čistoty odpovídající jakosti ušlechtilé oceli (přítomnost sulfidů, oxidů, silikátů, nitridů po př. hlinitanů) Oceli k cementování (ČSN EN 10 084) Volba oceli je závislá na požadované tvrdosti cementační vrstvy a pevnosti a houževnatosti jádra součásti po tepelném zpracování

18. Nelegované (uhlíkové) oceli • Cmax. od 0,14 do 0,24% • použitelné pro méně namáhané a méně rozměrné součásti • malá prokalitelnost, nižší Rm jádra, nesnáší větší měrné tlaky • kalí se do vody→ velké vnitřní pnutí, nerovnoměrná tvrdost povrchové vrstvy Oceli k cementování • Legované cementační oceli • vyšší pevnost a houževnatost jádra při větších měrných tlacích • větší prokalitelnost, větší tvrdost a odolnost proti opotřebení • používají se pro součásti větších průřezů a pro součásti tvarově složité • kalí se převážně do oleje → nižší vnitřní pnutí • Oceli Cr a Cr - Mnpro středně namáhané cementované součásti; Cr-Mn oceli patří k nejpoužívanějším a nejúsporněji legovaným; jsou citlivé na přehřátí (hrubnutí zrna) a oba typy jsou náchylné k popouštěcí křehkosti; kalí se do vody nebo do oleje • Oceli Cr- Mn mikrolegované Ti nebo Ti + Zr jsou jemnozrnné cementační oceli • Oceli Cr – Ni přísada Ni výrazně zvyšuje prokalitelnost, (kalí se do oleje nebo i na vzduchu); necitlivé na přehřátí; přidání 0,5% Mo vede k potlačení sklonu k popouštěcí křehkosti; použití: čepy řízení, křížové klouby motorových vozidel • Oceli Ni – Cr - Mo, příp.Ni – Cr – W jsou nejjakostnější cementační oceli, kalí se na vzduchu nebo do oleje, Rm jádra až 1300 MPa, nárazová práce až 100 J, vhodná i k zušlechťování

19. Vybrané oceli k cementování

20. Ukázka materiálového listu oceli C15E (12 023)

21. Ukázka materiálového listu oceli 16MnCr5 (14 220)

22. Legované oceli • volí se především z důvodu prokalitelnosti • oceli jsou legovány komplexně a mají celkový obsah přísad obvykle do ≈ 3% • přísadovými prvky se dosahuje dalších specifických vlastností ocelí: • potlačení sklonu k popouštěcí křehkosti (Mo, W) • malé deformace při kalení (Ni) • pozvolný pokles houževnatosti s klesající teplotou (Ni) • snížení přechodové teploty (Ni) • zjemnění zrna a necitlivost na přehřátí při austenitizaci (Ti, Nb, V) apod. • jsou určeny k výrobě strojních součástí, které se tepelně zpracovávají převážně zušlechťováním (mart. kalení + vysokoteplotní popouštění) • některé izotermickým zušlechtěním (bainit) • případně jsou používány ve stavu normalizačně žíhaném (v tomto stavu jsou mechanické vlastnosti oceli dány převážně obsahem uhlíku, typ i úroveň legování se projevují málo výrazně) • základní požadovaná vlastnost - prokalitelnost Oceli k zušlechťování (ČSN EN 10 083) • Nelegované uhlíkovéoceli • k zušlechtění jsou vhodné jen oceli třídy 12. Použití je omezeno na méně namáhané součásti (malá prokalitelnost). Kalí se do vody.

23. Chemické složení nelegovaných ocelí k zušlechťování Nelegované uhlíkovéoceli k zušlechtění jsou vhodné jen oceli třídy 12. Použití je omezeno na méně namáhané součásti. Kalí se do vody.

24. Mechanické vlastnosti nelegovaných ocelí k zušlechťování

25. Označení oceli Chemické složení tavby ( hmotnostní podíl v % ) EU ĆSN C Si max Mn P max S Cr Mo Ni V Cr+Mo+Ni 28Mn6 28Mn6 0,25 -0,32 0,40 1,30- 1,65 0,035 max 0,035 max 0,40 max 0,10 max 0,40 - max 0,63 38Cr2 38Cr2 0,35- 0,42 0,40 0,50- 0,80 0,035 max 0,035 0,40 - 0,60 - - - - 46Cr2 46Cr2 0,42- 0,50 0,40 0,50- 0,80 0,035 max 0,035 0,40 - 0,60 - - - - 34Cr4 34Cr4- 0,30- 0,37 0,40 0,60- 0,90 0,035 max 0,035 0,90-1,20 - - - - 37Cr4 14 140 0,34 - 0,41 0,40 0,60- 0,90 0,035 max 0,035 0,90-1,20 - - - - 41Cr4 - 0,38 - 0,45 0,40 0,60- 0,90 0,035 max. 0,035 0,90 -1,20 - - - - 25CrMo4 15130 0,22 - 0,29 0,40 0,60- 0,90 0,035 max. 0,035 0,90 -1,20 0,15 - 0,30 - - - 34CrMo4 15 131 0,30 - 0,37 0,40 0,60- 0,90 0,035 man. 0,035 0,90 -1,20 0,15 - 0,30 - - - 42CrMo4 15 142 0,38 - 0,45 0,40 0,60- 0,90 0,035 max. 0,035 0,90 -1,20 0,15 - 0,30 - - - 50CrMo4 - 0,46 - 0,54 0,40 0,50- 0,80 0,035 max 0,035 0,90-1,20 0,15-0,30 - - - 36CrNiMo4 - 0,32 - 0,40 0,40 0,50- 0,80 0,035 max 0,035 0,90-1,20 0,15-0,30 0,90-0,20 - - 34CrNiMo6 16 343 0,30 - 0,38 0,40 0,50- 0,80 0,035 max. 0,035 1,30-1,70 0,15 - 0,30 1,30 -1,70 - - 36CrNiMo16 - 0,32 - 0,39 0,40 0,30- 0,60 0,030 max 0,025 1,60 - 2,00 0,25 - 0,45 3,60-4,10 - - 51CrV4 - 0,47 - 0,55 0,40 0,70-1,10 0,035 max. 0,035 0,90 -1,20 - - 0,10-0,25 - Vybrané celi k zušlechťování: manganová chromová chrom-molybdenová chrom-nikl-molybdenová chrom-vanadová Chemické složení legovaných ocelí k zušlechťování

26. Mechanické vlastnosti ve stavu zušlechtěném pro směrodatný průměr d Označení oceli 40 mm < d ≤ 100 mm 100 mm < d ≤ 160 mn 160 mn < d ≤ 250 mn Re min Rm A min Z min KV min Re min Rm A min Z min KV min Re min Rm A min Z min KV min EU ČSN MPa MPa % % J MPa MPa % % J MPa MPa % % J 28Mn6 440 650-800 16 50 - - - - - - - - - - 40 38Cr2 350 600-750 17 45 35 - - - - - - - - - - 46Cr2 400 650-800 15 45 35 - - - - - - - - - - 34Cr4 460 700-850 15 45 40 - - - - - - - - - - 37Cr4 510 750-900 14 40 35 - - - - - - - - - - 41Cr4 560 800-950 14 40 35 - - - - - - - - - - 25CrMo4 450 700-850 15 60 50 400 650-800 16 60 45 - - - - - 34CI Mo4 550 800-950 14 55 45 500 750-900 15 55 45 450 700-850 15 60 45 42CrMo4 650 900-1100 12 50 35 550 800-950 13 50 35 500 750-900 14 55 35 50CrMo4 700 900-1100 12 50 30 650 850-1000 13 50 30í! 550 800-950 13 50 30 Vybrané oceli k zušlechťování: manganová chromová chrom-molybdenová Mechanické vlastnosti legovaných ocelí k zušlechťování

27. Oceli k zušlechťování

28. 12 050 C45E 15 241 (42CrV6) 0,44%C, 0,22%Si, 0,60%Mn, 0,15%Cr nelegovaná ocel 0,40%C, 0,70%Mn, 1,80%Cr, 0,15%V legovaná ocel Digramy ARA a pásy prokalitelnosti

29. 0,44%C, 0,22%Si, 0,60%Mn, 0,15%Cr nelegovaná ocel 0,40%C, 0,70%Mn, 1,80%Cr, 0,15%V legovaná ocel Zušlechťovací diagramy 12 050 C45E 15 241 (42CrV6)

30. Ptáček, L. a kol.: Nauka o materiálu I. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2001, (2. opravené a doplněné vydání 2003) • Pluhař, J. a kol.: Nauka o materiálech. SNTL, Praha, 1989 • Askeland, D.R.- Phulé, P.P.: The Science and Engineering of Materials. Thomson-Brooks/Cool, 4th ed. 2003 (5th ed. 2005) • Callister, W.D., Jr.: Materials Science and Engineering. An Introduction. John Wiley & Sons, Inc., 6th ed., 2003 • Doporučeno k nahlédnutí: • http://62.168.62.45/cze/katalog • www.bolzano.cz/cz/technicka-podpora/technicka-prirucka/ Literatura