Klasyfikacje Stali
Gatunki stali są klasyfikowane na podstawie ich właściwości i / lub ich przedkładanego celu zastosowania.
Stal
Jako stal określa się wszystkie metaliczne stopy, których głównym składnikiem jest żelazo i gdzie ilościowa zawartość węgla C jest mniejsza niż 2 %. Obie grupy główne stali są określane jako stal jakościowa oraz stal szlachetna. W zależności od kombinacji elementów stopowych, charakter stali może być bardzo zróżnicowany: stal bardzo miękka, za to wspaniale plastycznie fomowalna, lub też stal twarda i raczej łamliwa.
Właściwości użytkowe
Właściwości użytkowe stali są kształtowane poprzez elementy stopowe w kombinacji z odpowiednią procedurą cieplną. W ten sposób mogą być przeznaczone do szerokiego obszaru zastosowania: stal bardzo miękka, ale za to doskonale formowalna plastycznie (np. blacha biała na puszki do konserw) lub też stal twarda i raczej łamliwa (np. hartowalna stal do noży przemysłowych). Nowoczesny rozwój jest skoncentrowany na wytworzeniu stali równocześnie twardej i wytrzymałej na pękanie, np. jako wkład do budowy lekkiej maszyn.
Stal jakościowa
Stale jakościowe są to wszystkie stale stopowe i niestopowe, o ile są one sklasyfikowane w grupie stali numerowanej od 1.00xx do 1.09xx. Z reguły stale te posiadają tylko kilka zdefiniowanych cech, np. minimalną granicę rozciągalności dla stali konstrukcyjnej: 1.0570 (S355J2G3) – PN 18G2AA (S355J2G3) z granicą rozciągalności co najmniej 355 MPa.
Stal szlachetna
Stale szlachetne są to wszystkie stale niestopowe i stopowe, o ile są one sklasyfikowane w grupie stali numerowanej od 1.1xxx do 1.89xx. Z reguły stale te posiadają wyższy stopień czystości i wyróżniają się poprzez niską zawartość fosforu i siarki. Więc zgodnie z definicją wszystkie stale narzędziowe, stale szybkotnące, stale do azotowania i stale szlachetne są deklarowane jako stal szlachetna. Zwrot stal szlachetna znajduje zastosowanie w użyciu technicznym, często w zakresie nierdzewiejących, odpornych na korozję stali (grupa stali numerowana od 1.40xx do 1.45xx, dokładnie mówiąc tylko część całej grupy stali szlachetnej).
Niestopowa stal narzędziowa
Przy niestopowych stalach narzędziowych dana część elementów stopowych znajduje się według DIN 10 020 poniżej specyficznych granic. W pierwszym rzędzie, stale te są definiowane poprzez zawartość węgla od 0,40 – 1,40 %. Po celowej obróbce cieplnej stale te wyróżniają się poprzez wysoką twardość powierzchni, wysoką odporność na ścieranie i dobrą zdolność do cięcia, przy wiązkim rdzeniu (utwardzane tylko powierzchniowo). Są one stosowane do prostych narzędzi, które podlegają raczej małym obciążeniom użytkowym. Obrobione cieplnie, są one stosowane w temperaturach pracy nie przekraczających 200 stopni Celsjusza,
np. 1.1730 – PN C45W.
Stopowa stal narzędziowa
Stopowe stale narzędziowe są w swoich właściwościach kształtowane poprzez co najmniej jeden element stopowy, którego zawartość leży według DIN 10 020 powyżej specyficznej granicy. Poprzez to stale te mają możliwość przyjęcia dużej twardości (w zależności od elementów stopowych, także dobrej przehartowalności na wskroś przekroju), dużej odporności na ścieranie i / lub wysokiej wiązkości, przez co nadają się do obróbki i przeróbki różnych materiałów, jak np. blachy czy tworzywa sztuczne.
W oparciu o ich temperaturę pracy, stale te są przydzielone do kategorii stali do pracy na zimno (trwałe temperatury pracy do 200 stopni Celsjusza), stali do pracy na gorąco (trwałe temperatury pracy > 200 stopni Celsjusza), a także stali szybkotnących (trwałe temperatury pracy do 600 stopni Celsjusza). Niezależnie od temperatury dokonywana jest dalsza klasyfikacja według zastosowania, mianowicie jako stal na formy do tworzyw sztucznych, przy czym jej właściwości mają sprostać szczególnym wymaganiom dla obróbki tworzyw sztucznych. Do tej kategorii można w zasadzie zaliczyć wszystkie rozpowszechnione stale narzędziowe i szlachetne stale konstrukcyjne.
Stal do pracy na zimno
Na bazie stopowych stali do pracy na zimno są wytwarzane narzędzia, którymi można pracować zarówno na sposób skrawająco-podnoszący (np. cięcie), jak również bez skrawania (np. wytłaczanie) w temperaturach do 200 stopni Celsjusza. Stale te muszą być wystarczająco ciągliwe i wytrzymałe na ściskanie, a także posiadać wysoką odporność na ścieranie. Właściwości te wynikają z celowej kombinacji elementów stopowych. Wyższe zawartości chromu wytwyrzają twarde karbidy, poprzez co zostaje ulepszona; np. odporność na ścieranie. Dodatek molibdenu, wanadu i wolframu, może zoptymalizować tę cechę. Stale do pracy na zimno powinny być przede wszystkim wystarczająco dobre do obróbki i wykazywać możliwie niewielkie zmiany wymiarowe po następującej procedurze cieplnej,
np. 1.2842 – PN NMV.
Stal do pracy na gorąco
Na bazie stopowych stali do pracy na gorąco są wytwarzane narzędzia, którymi w praktyce mogą być wykonywane prace na zimno w temperaturach do 200 stopni Celsjusza (np. narzędzia napinające, zbrojenia / opancerzenia), jednakże ich skład stopowy predestynuje je szczególnie do użytku w trwałych temperaturach powyżej 200 stopni Celsjusza (np. kucie, walcowanie na gorąco, cięcie na gorąco). Te stale odznaczają się wysoką żarowytrzymałością, ciągliwością pod wpływem ciepła, odpornością na ścieranie, odpornością przy zmianach temperatury, a także wysoką odpornością w procesie odpuszczania. Ważnymi elementami stopowymi są obok tych, ogólnie charakterystycznych dla stali do pracy na zimno, nikiel, molibden i kobalt,
np. Toolox44.
Stal szybkotnąca
Stale szybkotnące są używane głównie do wytwarzania narzędzi, które same wytwarzają bardzo wysokie prędkości przy cięciu (np. frezarki). Są to stale wysokostopowe (z elementami tworzącymi karbidy jak chrom, molibden, wolfram i wanad, względnie kobalt przy szczególnych obciążeniach termicznych), umożliwiające w porównaniu do stali niskostopowych, zwiększenie prędkości cięcia do 10ciu razy, ponieważ wyróżniają się niezmiernie wysoką żarowytrzymałością, odpornością na ścieranie, odpornością w procesie odpuszczania i twardością cieplną (czerwona twardość żaru). Są one określane jako stale-HSS (High Speed Steel),
np. 1.3343 – PN SW7M.
Stal na formy do tworzyw sztucznych
Stal na formy do tworzyw sztucznych jest pojęciem odgórnym dla stali, które z powodu ich właściwości, poza zastosowaniem do pracy na zimno lub gorąco, są stosowane w zakresie obróbki i przeróbki tworzyw sztucznych. Ponieważ wymagania są różnorakie, jest bardzo wiele dostępnych stali narzędziowych i szlachetnych stali konstrukcyjnych używanych do wytwarzania elementów z tworzyw sztucznych. Rozróżniane są tutaj narzędzia wtryskowe (tutaj materiał twardnieje w narzędziu, np. we wkładce formy) i narzędzia odlewnicze (tutaj stal znajduje się tylko przejsciowo w kontakcie z płynnym tworzywem sztucznym, np. w narzędziach do ekstruzji). Stal na formy do tworzyw sztucznych powinna być, z powodu potrzeby wysokiej jakości powierzchni w produktach końcowych, dobrze polerowalna (wysoki stopień czystości), musi być żarowytrzymała, odporna na ściskanie i ścieranie, a także powinna być kwasoodporna i odporna na korozję przy obróbce produktów PVC,
np. 1.2316.
Stal odporna na korozję i stal kwasoodporna
Stale odporne na korozję posiadają wysoki udział stopu chromu (co najmniej 12 %),
np. 1.2083 – PN~4H13.
Stale te niekoniecznie gwarantują całkowitą ochronę przed korozją, zapobiegają jednakże problematycznemu technicznie wżeraniu się rdzy. Stale jeszcze bardziej odporne na korozję i stale kwasoodporne, które ponadto dysponują przykładowo conajmniej 8 % zawartością niklu, jak np. 1.4301 – PN 0H18N9 są ogólnie stosowane w przemyśle spożywczym i chemicznym.
W zależności od składu stopowego struktura może być, np. martenzytyczna (1.2316, magnetyzowalna) lub też austenityczna (1.4301 – PN 0H18N9, niemagnetyzowalna).
Stal do nawęglania
Stalami do nawęglania są stale bez dodatków stopowych lub ze średnią ilością elementów stopowych. Z reguły zawierają one mniej niż 0,25 % węgla. Przy temperaturach > 920 stopni Celsjusza następuje celowe wzbogacenie węglem (nawęglanie), np. za pomocą proszku / granulatu, gazu lub kąpieli solnej. Węgiel dyfunduje w części krawędziowej obrabianego przedmiotu do głębokości od 1,5 do 2 mm. Po nawęglaniu są stosowane różne procesy hartowania, które uwzgledniają konieczność różnych temperatur hartowania przy odchyleniach zawartości węgla na krawędziach i w rdzeniu. Stale do nawęglania osiągają twardości krawędziowe do 62 HRC, podczas gdy twardość rdzenia jest określana zawartością elementów stopowych,
np. 1.7131 – PN 16HG, 1.2162- PN ~20HG.
Stal do ulepszania
Stale do ulepszania (ulepszać: hartować i odpuszczać) są to zarówno stale niestopowe jak i stale stopowe, które charakteryzują się zawartością węgla z reguły pomiędzy 0,25 i 0,60 %, nadają się one w szczególności do hartowania i wykazują po procesie odpuszczania wyznaczone mechaniczne właściwości (np. życzona odporność na rozciąganie przy dobrej wiązkości, która nie jest dana w stanie normalnego wyżarzenia). Częściowo stan dostawy jest wyżarzony i zostaje celowo ulepszony, np. 1.1730 – PN C45W lub stal zostaje dostarczona jako tzw. „stal ulepszona wstępnie”, już w stanie ulepszonym (Quenched and Tempered, „QT”), np. 1.2312 – PN ~40H.
