Stal łożyskowa M50 1.3551
M50 jest wysokowęglową stalą chromowo-molibdenowo-wanadową przeznaczoną przede wszystkim do produkcji wysokoobciążonych łożysk tocznych pracujących w podwyższonej temperaturze i przy dużych prędkościach obrotowych. W porównaniu z klasyczną stalą łożyskową 100Cr6 / 1.3505 M50 została opracowana z myślą o zachowaniu wysokiej twardości, odporności na zużycie i odporności zmęczeniowej w trudniejszych warunkach pracy. Szczególne znaczenie ma jej zdolność do zachowania właściwości mechanicznych podczas pracy w temperaturach, w których klasyczne stale łożyskowe mogą szybciej tracić twardość.
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. | 1.3551 |
| ENOznaczenie normy europejskiej, budowane ze składu chemicznego. | 80MoCrV42-16 |
| DINStarsze oznaczenie niemieckie, wciąż spotykane w dokumentacji. | 80MoCrV42-16 |
| AISIOznaczenie amerykańskie, częste w katalogach narzędzi i literaturze. | M50 |
| UNSUjednolicony numer amerykański (ASTM/SAE), np. S30400 dla stali 304 — spotykany w normach ASTM i atestach hutniczych. | T11350 |
Właściwości
| Właściwość | Symbol | Wartość | Źródło |
|---|---|---|---|
| Gęstość | ρ | 7850 kg/m³ | 10027 |
| Wytrzymałość na rozciąganie | Rm | 1320 MPa | 10027 |
| Moduł Younga | E | 210 GPa | 10027 |
| Liczba Poissona | ν | 0,29 | 10027 |
| Twardość Brinella | HB | 248–255 HB | 10027 |
| Rozszerzalność cieplna | α | 11,4 10⁻⁶/K | 10027 |
| Przewodność cieplna | λ | 35 W/(m·K) | 10027 |
| Ciepło właściwe | c | 460 J/(kg·K) | 10027 |
| Temperatura topnienia | Tm | 1440–1480 °C | 10027 |
| Maksymalna temperatura pracy | Tmax | 315 °C | 10027 |
| Rezystywność | ϱ | 0,6 µΩ·m | 10027 |
Granica plastyczności zależy od grubości wyrobu:
| Grubość | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| 5–10 mm | 520 MPa | 10027 |
| 10–16 mm | 520 MPa | 10027 |
| 16–40 mm | 460 MPa | 10027 |
| 40–63 mm | 400 MPa | 10027 |
| 63–100 mm | 400 MPa | 10027 |
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
- 0,75–0,85 %
- Cr
- 3,75–4,25 %
- Mo
- 4,00–4,50 %
- V
- 0,90–1,10 %
- Si
- 0,15–0,35 %
- Mn
- 0,15–0,45 %
- Fe
- 86,80–90,40 %
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. | 1000–1150 °C | kontrolowane chłodzenie | — |
| KucieZakres temperatur kucia — zwykle najszerszy z wszystkich. Kucie poniżej dolnej granicy rozrywa materiał, powyżej górnej przepala go. | 1065–1120 °C | piec / wapno / popiół | — |
| NormalizowaniePo kuciu albo walcowaniu: rozdrabnia ziarno, które obróbka na gorąco pozostawiła, i ujednolica strukturę przed hartowaniem. | — | — | —Normalizowanie |
| Wyżarzanie zmiękczająceStan dostawy i stan, w którym stal się obrabia. Twardość podana jako górna granica. | 843–899 °C | piec, ≤11°C/h | — |
| Wyżarzanie odprężającePo obróbce zgrubnej, przed wykańczającą — zdejmuje naprężenia, które inaczej wyjdą przy hartowaniu. | 600–650 °C | piec | — |
| HartowanieTemperatura austenityzowania i ośrodek chłodzący. | 1093–1121 °C | olej / powietrze / sól | 62–64 HRC62–64 HRC po pełnym HT |
| Odpuszczanie niskieOkoło 150–250 °C. Zdejmuje naprężenia hartownicze i kruchość, zostawiając twardość prawie nietkniętą — stan narzędzi skrawających. | — | — | —nie jest typowym zabiegiem |
| Odpuszczanie wysokieOkoło 500–650 °C. Oddaje twardość za udarność — ulepszanie cieplne części maszyn, nie narzędzi skrawających. | 525–552 °C | powietrze | 60–64 HRC |
| Twardość roboczaTwardość gotowego narzędzia — to ona decyduje, jak długo trzyma krawędź. | — | — | 60–64 HRCTwardość robocza po zdjęciu naprężeń spowodowanych obróbką cieplną |
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
pierścienie łożysk, kulki, wałeczki, rolki, łożyska wysokoobrotowe, łożyska lotnicze, łożyska turbin, łożyska przekładni
Energetyka
łożyska turbin, łożyska wysokoobrotowych maszyn, elementy układów wirujących, specjalistyczne łożyska pracujące w podwyższonej temperaturze
Przemysł maszynowy
wysokoobrotowe wrzeciona, przekładnie, turbiny, sprężarki, specjalistyczne maszyny wirujące
Obróbka skrawaniem
M50 w stanie zmiękczonym może być obrabiana skrawaniem, jednak jej wysoka zawartość węgla oraz dodatki Cr-Mo-V powodują, że jest znacznie trudniejsza w obróbce niż zwykłe stale konstrukcyjne.
Przed hartowaniem możliwe jest:
toczenie, frezowanie, wiercenie, wykonywanie otworów.
Po hartowaniu materiał osiąga bardzo wysoką twardość i klasyczna obróbka skrawaniem staje się bardzo trudna.
W takim stanie stosuje się przede wszystkim:
szlifowanie, honowanie, docieranie, obróbkę ścierną, w wybranych zastosowaniach EDM.
Obróbka cieplna
Obróbka cieplna jest kluczowym etapem uzyskania właściwości M50.
Typowy proces obejmuje:
hartowanie → odpuszczanie → stabilizację wymiarową → obróbkę wykańczającą
Ze względu na wysoką zawartość pierwiastków stopowych proces musi być prowadzony znacznie bardziej precyzyjnie niż w przypadku zwykłej stali węglowej.
Hartowanie
M50 jest stalą głęboko hartującą się.
Wysoka zawartość Cr i Mo pozwala uzyskać wysoką hartowność i odpowiednią strukturę również w większych przekrojach.
Proces wymaga kontrolowania:
temperatury austenityzowania, czasu wygrzewania, atmosfery pieca, szybkości chłodzenia. Odpuszczanie
Po hartowaniu stosuje się odpowiednio dobrane odpuszczanie, którego zadaniem jest:
zmniejszenie naprężeń, poprawa stabilności wymiarowej, uzyskanie wymaganej twardości, zwiększenie odporności materiału na pracę w podwyższonej temperaturze.
M50 może osiągać po obróbce cieplnej twardość rzędu około 60–65 HRC, zależnie od technologii i wymaganej specyfikacji.
Obróbka plastyczna
M50 może być poddawana obróbce plastycznej przede wszystkim w stanie odpowiednio zmiękczonym i w podwyższonej temperaturze.
Możliwe procesy obejmują:
kucie na gorąco, walcowanie, formowanie na gorąco.
Ze względu na wysoką zawartość pierwiastków stopowych wymaga dokładnej kontroli temperatury i parametrów procesu.
Po zahartowaniu M50 jest bardzo twarda i krucha, dlatego nie nadaje się do klasycznej obróbki plastycznej na zimno.
Spawalność
Spawalność M50 jest bardzo słaba.
Wysoka zawartość węgla oraz pierwiastków stopowych powoduje dużą podatność na:
powstawanie twardych struktur w strefie wpływu ciepła, pękanie, naprężenia, lokalne zahartowanie.
M50 nie jest materiałem przeznaczonym do konstrukcji spawanych.
Hartowanie indukcyjne
M50 może być hartowana powierzchniowo, jednak nie jest to podstawowa technologia stosowana dla typowych elementów łożyskowych wykonanych z tego gatunku.
Ze względu na wysoką hartowność i dużą zawartość pierwiastków stopowych uzyskanie odpowiedniej struktury wymaga precyzyjnego sterowania procesem.
W przypadku standardowych elementów łożyskowych preferowane jest kontrolowane hartowanie objętościowe.
Nawęglanie
M50 nie jest stalą do nawęglania.
Zawartość około 0,8% C jest już wystarczająco wysoka do uzyskania bardzo wysokiej twardości po hartowaniu.
Jeżeli potrzebna jest stal do nawęglania, należy zastosować gatunki niskowęglowe, np.:
16MnCr5, 20MnCr5, 18CrNiMo7-6.
Azotowanie
M50 może tworzyć twarde azotki dzięki obecności Cr, Mo i V, jednak nie jest klasyczną stalą azotującą.
Azotowanie może być stosowane w specjalistycznych zastosowaniach, ale dla typowych elementów łożyskowych podstawową drogą uzyskania właściwości jest odpowiednia obróbka cieplna i kontrola struktury.
Jeżeli projekt wymaga przede wszystkim głębokiej i bardzo twardej warstwy azotowanej, lepszym wyborem będzie stal specjalnie opracowana do azotowania.
Odporność na korozję
M50 nie jest stalą nierdzewną.
Pomimo zawartości około 4% Cr jest to zdecydowanie za mało, aby uzyskać odporność korozyjną typową dla stali nierdzewnych.
W środowisku wilgotnym i agresywnym wymaga odpowiedniej ochrony.