Stal automatowa 15SMn13 1.0725
15SMn13 to niskowęglowa stal automatowa z podwyższoną zawartością siarki i manganu, przeznaczona przede wszystkim do produkcji elementów obrabianych skrawaniem na automatach tokarskich. Wykazuje bardzo dobrą skrawalność, umożliwia uzyskiwanie krótkich wiórów i wydajną obróbkę seryjną. Jest to stal automatowa przystosowana do nawęglania, dzięki czemu można uzyskać twardą warstwę powierzchniową przy zachowaniu bardziej ciągliwego rdzenia. Nie jest jednak stalą konstrukcyjną do silnie obciążonych elementów bez dodatkowej weryfikacji jej właściwości.
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. | 1.0725 |
| ENOznaczenie normy europejskiej, budowane ze składu chemicznego. | 15SMn13 |
| DINStarsze oznaczenie niemieckie, wciąż spotykane w dokumentacji. | 15S10 |
| PNOznaczenie polskie — to zwykle jest na rysunku i w rozmowie na hali. | 15SMn13 |
| AISIOznaczenie amerykańskie, częste w katalogach narzędzi i literaturze. | 1117 |
| UNSUjednolicony numer amerykański (ASTM/SAE), np. S30400 dla stali 304 — spotykany w normach ASTM i atestach hutniczych. | G11170 |
| Nazwa handlowaJak materiał nazywa się w praktyce warsztatowej i w sklepie. | 15SMn13 |
Właściwości
| Właściwość | Symbol | Wartość | Źródło |
|---|---|---|---|
| Gęstość | ρ | 7850 kg/m³ | EN ISO 683-4:2018 |
| Moduł Younga | E | 210 GPa | EN ISO 683-4:2018 |
| Liczba Poissona | ν | 0,3 | EN ISO 683-4:2018 |
| Twardość Brinella | HB | 125–178 HB | EN ISO 683-4:2018 |
| Rozszerzalność cieplna | α | 11,5–12 10⁻⁶/K | EN ISO 683-4:2018 |
| Przewodność cieplna | λ | 46–52 W/(m·K) | EN ISO 683-4:2018 |
| Ciepło właściwe | c | 460–480 J/(kg·K) | EN ISO 683-4:2018 |
| Temperatura topnienia | Tm | 1420–1520 °C | EN ISO 683-4:2018 |
| Maksymalna temperatura pracy | Tmax | 150 °C | EN ISO 683-4:2018 |
| Rezystywność | ϱ | 0,14–0,16 µΩ·m | EN ISO 683-4:2018 |
Granica plastyczności zależy od grubości wyrobu:
| Grubość | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| 5–10 mm | 450 MPa | EN 10277:2018 |
| 10–16 mm | 430 MPa | EN 10277:2018 |
| 16–40 mm | 390 MPa | EN 10277:2018 |
| 40–63 mm | 350 MPa | EN 10277:2018 |
| 63–100 mm | 265 MPa | EN 10277:2018 |
Wytrzymałość na rozciąganie zależy od grubości wyrobu:
| Grubość | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| 5–10 mm | 560–840 MPa | EN 10277:2018 |
| 10–16 mm | 500–800 MPa | EN 10277:2018 |
| 16–40 mm | 470–770 MPa | EN 10277:2018 |
| 40–63 mm | 460–680 MPa | EN 10277:2018 |
| 63–100 mm | 440–650 MPa | EN 10277:2018 |
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
- 0,12–0,18 %
- Si
- maks. 0,40 %
- Mn
- 0,90–1,30 %
- P
- maks. 0,06 %
- S
- 0,08–0,18 %
- Fe
- 97,88–98,90 %
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. | 950–1250 °C | kontrolowane chłodzenie | — |
| KucieZakres temperatur kucia — zwykle najszerszy z wszystkich. Kucie poniżej dolnej granicy rozrywa materiał, powyżej górnej przepala go. | 950–1250 °C | kontrolowane chłodzenie | — |
| NormalizowaniePo kuciu albo walcowaniu: rozdrabnia ziarno, które obróbka na gorąco pozostawiła, i ujednolica strukturę przed hartowaniem. | 880–920 °C | powietrze | — |
| Wyżarzanie zmiękczająceStan dostawy i stan, w którym stal się obrabia. Twardość podana jako górna granica. | 650–700 °C | piec | — |
| Wyżarzanie odprężającePo obróbce zgrubnej, przed wykańczającą — zdejmuje naprężenia, które inaczej wyjdą przy hartowaniu. | — | brak standardowego zakresu w karcie producenta | — |
| HartowanieTemperatura austenityzowania i ośrodek chłodzący. | 780–820 °C | olej | 58–62 HRCHartowanie warstwy nawęglonej. Wartości orientacyjne, nie gwarantowane dla każdego elementu. Siarka poprawiająca skrawalność może pogarszać niektóre właściwości technologiczne, a wynik zależy m.in. od głębokości nawęglenia, hartowności rdzenia i szybkości chłodzenia. |
| Odpuszczanie niskieOkoło 150–250 °C. Zdejmuje naprężenia hartownicze i kruchość, zostawiając twardość prawie nietkniętą — stan narzędzi skrawających. | 150–200 °C | powietrze | 56–62 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
Elementy toczone
Tuleje i tulejki dystansowe, Sworznie i trzpienie, Kołki i elementy ustalające, Wałki oraz drobne elementy mocujące, Detale wykonywane seryjnie na automatach tokarskich
Elementy nawęglane
Małe koła zębate o umiarkowanych, Elementy maszyn, w których istotna jest odporność powierzchni na zużycie wymaganiach obciążeniowych, Tuleje i sworznie z wymaganą twardą powierzchnią, Rolki oraz drobne elementy współpracujące ciernie
Spawalność
Spawalność jest ograniczona. Podwyższona zawartość siarki zwiększa ryzyko niekorzystnych zjawisk w spoinie i strefie wpływu ciepła. Stali tej nie należy wybierać jako typowego materiału konstrukcyjnego do spawanych zespołów.
W przypadku konieczności spawania należy wykonać kwalifikację technologii odpowiednią do zastosowania i sprawdzić wymagania dotyczące jakości złącza.
Obróbka skrawaniem
To główna zaleta stali 15SMn13.
Bardzo dobrze nadaje się do toczenia na automatach. Ułatwia produkcję dużych serii drobnych elementów. Podwyższona zawartość siarki sprzyja łamaniu wióra. Można ją stosować do toczenia, wiercenia i innych operacji skrawania, dobierając parametry do narzędzia, chłodzenia oraz stanu materiału.
Obróbka plastyczna
Zalecany zakres temperatur kucia na gorąco wynosi około 950–1250°C. Po zakończeniu kształtowania należy kontrolować chłodzenie, aby ograniczyć ryzyko wad i niekorzystnych zmian struktury.
Ze względu na skład automatowy oraz zawartość siarki stal nie jest optymalnym wyborem do operacji wymagających dużej ciągliwości w kierunkach poprzecznych.
Obróbka cieplna
Stal 15SMn13 nadaje się do obróbki cieplnej ale należy ją odpowiednio nawęglić przed procesem hartowania Hartowanie indukcyjne
15SMn13 nie jest typowym materiałem do hartowania indukcyjnego. Niska zawartość węgla ogranicza możliwość uzyskania wysokiej twardości przez bezpośrednie hartowanie powierzchni. Jeśli wymagana jest twarda warstwa i miękki rdzeń, właściwszym rozwiązaniem dla tego gatunku jest zwykle nawęglanie z następczym hartowaniem.
Nawęglanie
Stal jest przystosowana do nawęglania. Proces zwiększa zawartość węgla w warstwie powierzchniowej, umożliwiając jej późniejsze zahartowanie. Dzięki temu można uzyskać większą odporność na zużycie przy zachowaniu bardziej ciągliwego rdzenia.
Należy pamiętać, że bardzo dobra skrawalność nie oznacza automatycznie wysokiej odporności zmęczeniowej gotowego elementu. W przypadku części silnie obciążonych dobór gatunku powinien uwzględniać również obciążenia, geometrię i warunki pracy.
Azotowanie
Azotowanie nie jest typowym zastosowaniem stali 15SMn13. Jeżeli głównym wymaganiem jest uzyskanie twardej warstwy azotowanej, należy rozważyć stal przeznaczoną do azotowania, np. 31CrMoV9, z uwzględnieniem wymaganej twardości i głębokości warstwy.
Odporność na korozję
Stal nie jest nierdzewna i nie zapewnia podwyższonej odporności na korozję atmosferyczną ani chemiczną. W zależności od warunków pracy może wymagać olejowania, malowania, powłoki galwanicznej lub innego zabezpieczenia powierzchni.