Kulki ze stali węglowej

Z perspektywy współczesnego świata stal jest materiałem o szczególnym znaczeniu, bez którego cywilizacyjny postęp byłby praktycznie niemożliwy. Określeniem stal większość ludzi zwykło określać wszelkie materiały metalowe, które wykazują cechy magnetyczne – i w zasadzie jest to częściowo prawda.

Zgodnie z normą PN-EN 10020:2002U, w której dokonano klasyfikacji stali, stal jest plastycznie i cieplnie obrabialnym stopem żelaza z węglem i innymi pierwiastki, otrzymywanym w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego. Graniczne stężenie węgla, które pozwala oddzielić stale od żeliw wynosi 2% - wyjątkiem są niektóre stale wysokochromowe, w których udział węgla może przekraczać 2%.

 

Z technicznego punktu widzenia, najważniejszym metalem jest żelazo (Fe), będące głównym składnikiem stali. Inne technicznie ważne metale określa się nazwą metali nieżelaznych. Metale o gęstości mniejszej od 4,5 g/cm3 zalicza się do tak zwanych metali lekkich (glin, magnez, beryl, sód, potas), natomiast o gęstości większej niż 4,5 g/cm3 zalicza się do metali ciężkich. Wśród nich ważną grupę stanowią metale kolorowe (cyna, miedź, cynk, ołów), stosowane do otrzymywania różnego rodzaju stopów. Najbardziej odporne chemicznie są tak zwane metale szlachetne (platyna, złoto, srebro). Często stosuje się też podział metali na metale żelazne (żelazo, stal, staliwo, żeliwo) i nieżelazne (pozostałe), bądź metale uszlachetniające stal.

           

Metale są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie. Występują w postaci rud, czyli minerałów lub skał, z których za pomocą procesów metalurgicznych wytapia się żelazo (tzw. surówkę) lub dany metal. Metale znalazły we współczesnym świecie  szerokie zastosowanie zwłaszcza jako materiały konstrukcyjne.

 

Stale – stopy żelaza z węglem i innymi pierwiastkami (Mn, Si, S, P) o zawartości węgla do 2,11%. W zależności od ilości innych pierwiastków stale można podzielić na stopowe i niestopowe. W zależności od zawartości węgla stale dzielimy na:

-         konstrukcyjne o zawartości węgla do ok. 0,65%

-         narzędziowe o zawartości węgla do ok. 1,7% (teoretycznie do 2,11% C)

Dla stali niestopowych można wprowadzić podział na:

-         stale niskowęglowe (miękkie do 0,25% C)

-         stale średniowęglowe (półtwarde od 0,25% C do 0,65% C)

-         stale węglowe (twarde od 0,65% C)

 

Należy zdawać sobie sprawę, że stosowane w praktyce stale węglowe nie są czystymi stopami żelaza z węglem, lecz zawierają pewne ilości dodatków, uwarunkowanych względami technologicznymi (np. mangan, krzem, aluminium), które są wprowadzane w celu lepszego odtlenienia lub odsiarczenia stali. Inne pierwiastki jak S, P, O, H, N pozostają w stali w nieznacznych ilościach, gdyż ich całkowite usunięcie byłoby bardzo kosztowne i nieopłacalne. Pomimo, że występują w małych ilościach, wywierają one jednak istotny wpływ na własności stali. Niektóre pierwiastki dostają się do stali przypadkowo, najczęściej ze złomu. Są to np. Ni, Cu, Cr, których ilość w stalach węglowych jest również ograniczona. Tak więc podstawowym pierwiastkiem stopowym stali węglowych jest węgiel, którym reguluje się własności stali i od zawartości którego zależy również ich zastosowanie. Zgodnie z normą PN--91/H-01010/03 stale węglowe dzieli się na 3 grupy: niskowęglowe (poniżej 0,25% C), średniowęglowe (0,25-0,6%C) i wysokowęglowe (powyżej 0,6% C).

            Wzrost zawartości węgla w stali powoduje zmniejszenie zawartości miękkiego składnika strukturalnego (ferrytu), a zwiększenie — twardego cementytu. W związku z tym własności wytrzymałościowe stali węgłowych zwiększają się ze wzrostem zawartości węgla, podczas gdy własności plastyczne maleją. Dlatego też stale z pierwszej grupy są stosowane przeważnie do nawęglania, na blachy tłoczne i konstrukcje spawane, stale z drugiej grupy jako konstrukcyjne, a trzeciej — jako narzędziowe.