Stal łożyskowa 100Cr6 1.3505
Stal łożyskowa 100Cr6 o numerze materiałowym 1.3505, przeznaczona do elementów łożyskowych wymagających wysokiej twardości, odporności na zużycie i stabilności wymiarowej. Szczegółowe właściwości zależą od gatunku, stanu dostawy oraz obróbki cieplnej.
Oznaczenia
Ten sam materiał pod nazwami, których używa się w różnych normach i krajach. Wpisanie dowolnej z nich w wyszukiwarce prowadzi na tę stronę.
| System | Oznaczenie |
|---|---|
| Werkstoff-NrNumer materiałowy — tak gatunki opisują huty i dostawcy w Europie. | 1.3505 |
| ENOznaczenie normy europejskiej, budowane ze składu chemicznego. | 100Cr6 |
| DINStarsze oznaczenie niemieckie, wciąż spotykane w dokumentacji. | 100Cr6 |
| PNOznaczenie polskie — to zwykle jest na rysunku i w rozmowie na hali. | ŁH15≈ odpowiednik przybliżony |
| AISIOznaczenie amerykańskie, częste w katalogach narzędzi i literaturze. | 52100 |
| UNSUjednolicony numer amerykański (ASTM/SAE), np. S30400 dla stali 304 — spotykany w normach ASTM i atestach hutniczych. | G52986 |
| Nazwa handlowaJak materiał nazywa się w praktyce warsztatowej i w sklepie. | 100Cr6 |
≈ Zbliżony gatunek, nie ten sam. Do zamiany w produkcji wymaga sprawdzenia w karcie materiałowej.
Właściwości
| Właściwość | Symbol | Wartość | Źródło |
|---|---|---|---|
| Gęstość | ρ | 7850 kg/m³ | EN ISO 683-17 |
| Wytrzymałość na rozciąganie | Rm | 570 MPa | EN ISO 683-17 |
| Moduł Younga | E | 210 GPa | EN ISO 683-17 |
| Liczba Poissona | ν | 0,3 | EN ISO 683-17 |
| Twardość Brinella | HB | 170–207 HB | EN ISO 683-17 |
| Rozszerzalność cieplna | α | 12 10⁻⁶/K | EN ISO 683-17 |
| Przewodność cieplna | λ | 33–46,6 W/(m·K) | EN ISO 683-17 |
| Ciepło właściwe | c | 460 J/(kg·K) | EN ISO 683-17 |
| Temperatura topnienia | Tm | 1424–1455 °C | EN ISO 683-17 |
| Maksymalna temperatura pracy | Tmax | 150 °C | EN ISO 683-17 |
| Rezystywność | ϱ | 0,22 µΩ·m | EN ISO 683-17 |
Granica plastyczności zależy od grubości wyrobu:
| Grubość | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| 5–10 mm | 460 MPa | EN ISO 683-17 |
| 10–16 mm | 450 MPa | EN ISO 683-17 |
| 16–40 mm | 440 MPa | EN ISO 683-17 |
| 40–63 mm | 430 MPa | EN ISO 683-17 |
| 63–100 mm | 420 MPa | EN ISO 683-17 |
Wartości nominalne z podanych norm. Do obliczeń wytrzymałościowych używaj atestu materiałowego od dostawcy.
Skład chemiczny
Zakresy dopuszczone przez normę, w procentach masowych. Rzeczywisty skład wytopu podaje atest hutniczy.
- Pierwiastek — Zawartość
- C
- 0,95–1,10 %
- Si
- 0,15–0,35 %
- Mn
- 0,25–0,45 %
- Cr
- 1,35–1,60 %
- P
- maks. 0,025 %
- S
- maks. 0,025 %
- Fe
- 95,90–97,30 %
Obróbka cieplna
Temperatury podane w stopniach Celsjusza. Ośrodek chłodzący i twardość po zabiegu tak, jak podaje karta materiałowa. Ten sam zabieg może wystąpić kilka razy — np. hartowanie w wodzie i w oleju dają różną twardość.
| Zabieg | Temperatura | Ośrodek | Twardość |
|---|---|---|---|
| WalcowanieZakres temperatur walcowania na gorąco. Poniżej dolnej granicy stal przestaje płynąć i zaczyna pękać. | 850–1100 °C | kontrolowane chłodzenie | — |
| KucieZakres temperatur kucia — zwykle najszerszy z wszystkich. Kucie poniżej dolnej granicy rozrywa materiał, powyżej górnej przepala go. | 850–1100 °C | kontrolowane chłodzenie | — |
| NormalizowaniePo kuciu albo walcowaniu: rozdrabnia ziarno, które obróbka na gorąco pozostawiła, i ujednolica strukturę przed hartowaniem. | 870–900 °C | powietrze | — |
| Wyżarzanie zmiękczająceStan dostawy i stan, w którym stal się obrabia. Twardość podana jako górna granica. | 780–800 °C | piec | 207–235 HB |
| Wyżarzanie odprężającePo obróbce zgrubnej, przed wykańczającą — zdejmuje naprężenia, które inaczej wyjdą przy hartowaniu. | 600–650 °C | piec | — |
| HartowanieTemperatura austenityzowania i ośrodek chłodzący. | 800–830 °C | woda | maks. 66 HRC |
| HartowanieTemperatura austenityzowania i ośrodek chłodzący. | 830–870 °C | olej | 62–65 HRC |
| OdpuszczanieWyższa temperatura to niższa twardość i większa ciągliwość. Zakres zbiorczy, gdy karta gatunku nie dzieli odpuszczania na niskie i wysokie. | 150–180 °C | powietrze | 60–64 HRC |
| Odpuszczanie niskieOkoło 150–250 °C. Zdejmuje naprężenia hartownicze i kruchość, zostawiając twardość prawie nietkniętą — stan narzędzi skrawających. | — | powietrze | 59–64 HRC |
| Odpuszczanie wysokieOkoło 500–650 °C. Oddaje twardość za udarność — ulepszanie cieplne części maszyn, nie narzędzi skrawających. | 600–650 °C | powietrze | —nie jest typowym zabiegiem dla łożysk |
| Twardość roboczaTwardość gotowego narzędzia — to ona decyduje, jak długo trzyma krawędź. | 60–65 °C | — | 60–65 HRC |
Wartości nominalne z podanych norm. Do obliczeń wytrzymałościowych używaj atestu materiałowego od dostawcy.
Kalkulatory dla tego materiału
Gęstość tego materiału zostanie wczytana automatycznie po przejściu do kalkulatora.
Zastosowania
Łożyska toczne
pierścienie łożysk, kulki, wałeczki, igiełki, bieżnie, elementy łożysk specjalnych
Elementy odporne na zużycie
rolki, krążki, prowadnice, tuleje, trzpienie, elementy mechanizmów narażone na tarcie
Narzędzia i części maszyn
małe rolki, sworznie, trzpienie, elementy pomiarowe, części precyzyjne, elementy pracujące pod dużym naciskiem
Elementy wymagające wysokiej twardości
elementy cierne, rolki prowadzące, krzywki, elementy mechanizmów pracujące przy kontakcie tocznym
Obróbka cieplna
Obróbka cieplna jest kluczowa dla właściwości 100Cr6.
W stanie wyżarzonym stal jest stosunkowo miękka i może być obrabiana mechanicznie. Docelowe właściwości uzyskuje się poprzez odpowiednio przeprowadzony proces:
hartowanie → odpuszczanie → stabilizacja wymiarowa / dalsza obróbka
Hartowanie
100Cr6 hartuje się zwykle z temperatury około 830–860°C, zależnie od zastosowanej technologii i przekroju elementu.
Po hartowaniu uzyskuje się strukturę zawierającą dużą ilość martenzytu oraz pozostałości węglików chromu.
Ze względu na wysoką zawartość węgla należy bardzo dokładnie kontrolować proces, ponieważ zbyt wysoka temperatura austenityzowania może prowadzić do:
nadmiernego rozrostu ziaren, zwiększenia ilości austenitu szczątkowego, pogorszenia stabilności wymiarowej, niekorzystnych zmian właściwości mechanicznych. Odpuszczanie
Po hartowaniu stosuje się niskie odpuszczanie, najczęściej w zakresie około 150–200°C, zależnie od wymaganej twardości i technologii.
Celem jest przede wszystkim:
zmniejszenie naprężeń po hartowaniu, poprawa stabilności materiału, ograniczenie ryzyka pękania, zachowanie wysokiej twardości.
Austenit szczątkowy i stabilność wymiarowa
W 100Cr6 szczególne znaczenie ma austenit szczątkowy.
Po hartowaniu część austenitu może pozostać nieprzemieniona. Jego późniejsza przemiana może powodować zmianę wymiarów elementu.
W przypadku precyzyjnych elementów łożyskowych stosuje się dlatego odpowiednio kontrolowaną technologię:
hartowania, niskiego odpuszczania, stabilizacji, czasami obróbki wymrażania.
Ma to szczególne znaczenie w łożyskach pracujących z bardzo małymi tolerancjami.
Obróbka skrawaniem
Stan wyżarzony
100Cr6 w stanie zmiękczonym może być obrabiana skrawaniem stosunkowo dobrze.
Możliwe jest:
toczenie, wiercenie, frezowanie, gwintowanie, wykonywanie otworów. Stan zahartowany
Po osiągnięciu twardości około 60 HRC klasyczna obróbka skrawaniem staje się bardzo trudna.
Stosuje się przede wszystkim:
szlifowanie, szlifowanie bezkłowe, honowanie, docieranie, obróbkę ścierną, w określonych przypadkach obróbkę EDM.
Dlatego w produkcji łożysk kolejność operacji ma ogromne znaczenie.
Obróbka plastyczna
100Cr6 może być obrabiana plastycznie przede wszystkim w odpowiednio dobranym stanie materiału, najczęściej przed końcową obróbką cieplną.
Wysoka zawartość węgla ogranicza plastyczność w porównaniu ze stalami niskowęglowymi.
Możliwe jest m.in.:
kucie na gorąco, walcowanie, odpowiednio kontrolowane formowanie.
Po zahartowaniu materiał jest bardzo kruchy i nie nadaje się do klasycznej obróbki plastycznej.
Spawalność
Spawalność 100Cr6 jest bardzo słaba.
Wysoka zawartość węgla oraz chromu powoduje duże ryzyko:
pękania, powstawania twardych struktur w strefie wpływu ciepła, naprężeń, lokalnego zahartowania.
Dlatego 100Cr6 nie jest przeznaczona do wykonywania konstrukcji spawanych.
Jeżeli spawanie jest konieczne, wymaga specjalistycznej technologii i odpowiednio dobranej procedury, jednak dla typowych zastosowań konstrukcyjnych należy wybrać inny gatunek.
Hartowanie indukcyjne
100Cr6 może być poddawana hartowaniu indukcyjnemu, jednak nie jest to jej podstawowa technologia obróbki dla typowych elementów łożyskowych.
Ze względu na wysoką zawartość węgla można uzyskać bardzo wysoką twardość powierzchni.
Proces wymaga jednak precyzyjnej kontroli:
temperatury, czasu nagrzewania, głębokości warstwy, szybkości chłodzenia.
W przypadku klasycznych elementów łożyskowych częściej stosuje się odpowiednio kontrolowane hartowanie całej objętości elementu.
Nawęglanie
100Cr6 nie jest stalą do nawęglania.
Zawiera już około 1% węgla, dlatego dodatkowe nawęglanie nie jest potrzebne.
Jeżeli wymagany jest:
twardy odporny na zużycie rdzeń + twarda powierzchnia,
100Cr6 sama z siebie może uzyskać bardzo wysoką twardość po hartowaniu.
Do nawęglania stosuje się natomiast stale niskowęglowe, np.:
16MnCr5, 20MnCr5, 18CrNiMo7-6.
Azotowanie
100Cr6 nie jest typową stalą azotującą.
Możliwe jest przeprowadzanie specjalistycznych procesów azotowania, ale nie jest to podstawowa metoda poprawy właściwości tego gatunku.
Jeżeli projekt wymaga uzyskania grubej i bardzo odpornej warstwy azotowanej, lepiej zastosować stal specjalnie przeznaczoną do azotowania, np.:
31CrMoV9, 34CrAl6, 34CrAlNi7.
Odporność na korozję
100Cr6 nie jest stalą nierdzewną.
Zawartość około 1,5% Cr poprawia hartowność i odporność na zużycie, ale jest zdecydowanie niewystarczająca do zapewnienia odporności korozyjnej charakterystycznej dla stali nierdzewnych.
W wilgotnym środowisku materiał może korodować i wymaga odpowiedniego zabezpieczenia.