Badania mikroskopowe metali

1. Badania mikroskopowe stali i krótka charakterystyka.

Wszystkie stale dzielimy na węglowe i stopowe. Rozróżniamy gatunki stali, które łączymy w grupy gatunków. Gatunek stali określają: jej skład chemiczny oraz wymagane własności mechaniczne, techniczne, chemiczne i fizyczne. Istnieją, więc następujące grupy gatunków stali:

1.1 Według składu chemicznego:

• stale węglowe, gdzie zawartość składników stopowych wynosi maksymalnie - Mn = 0,8 % , Si = 0,4 % , Ni = 0,3 % , Cr = 0,3 % , W = 0,2 % , Cu = 0,2 % Al. = 0,1 % , a zawartość fosforu i siarki określają normy dla poszczególnych gatunków stali.

• Stale stopowe, w których zawartość składników stopowych przekracza ilości podane dla stali węglowych

1. Według podstawowego zastosowania:

• węglowe -konstrukcyjne - zwykłej jakości , wyższej jakości, najwyższej jakości,

• narzędziowe - płytko hartujące się , głęboko hartujące się, zgrzewane

• o szczególnych własnościach - magnetycznie miękka, łatwo obrabialna mechanicznie ,

• stopowe - konstrukcyjne - do budownictwa i na konstrukcje stalowe (niskostopowe), sprężynowe, do wywęglania, do ulepszania cieplnego, do azotowania, na łożyska toczne,

• narzędziowe - do pracy na zimno, na gorąco, szybko tnąca,

• o szczególnych własnościach - do pracy przy podwyższonej temperaturze, odporna na korozję, żaroodporna, o szczególnych własnościach magnetycznych i fizycznych.

1.3 Pod względem struktury, dzielimy na następujące grupy:

• Stale podeutektoidalne:

• ferrytyczne - do zawartości ok. 0,1% C - wykazujące strukturę ferrytu,

• ferrytyczno-perlityczne - do 0,4% C - w strukturze występuje przewaga ferrytu,

• perlityczno-ferrytyczne - powyżej 0,4% C - przewaga perlitu w strukturze,

• Stale eutektoidalne:

• perlityczne - 0,77% C - struktura perlityczna,

• Stale nadeutektoidalne:

• w strukturze występuje perlit z cementytem drugorzędowym.

Stale węglowe konstrukcyjne zwykłej jakości.

Znak gatunku stali niestopowej, konstrukcyjnej, ogólnego przeznaczenia składa się z liter S_T oraz liczb porządkowych 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Gatunki stali przeznaczone na konstrukcje spawane to S_T 0S, S_T 3SY, S_T4S, w przypadku określonej zawartości miedzi to S_T3SCu, S_T4SCu, stale o podwyższonych wymaganiach jakościowych i o obniżonej zawartości fosforu i siarki to S _T3V, S_T4W. W przypadku dodatkowo określonej zawartości węgla, manganu i krzemu uzupełnia się nazwę na początku literą M np. MS_T5, natomiast X dopisujemy w przypadku stali nie uspokojonej np. S _T4SX, a Y w przypadku stali półuspokojonej .

Stale węglowe konstrukcyjne wyższej jakości.

Dostarczane są one do hut w postaci kutych lub walcowanych na gorąco kęsów, prętów, odkuwek, grubych blach.Znak takiej stali składa się z dwucyfrowej liczby określającej średnią zawartość węgla w setnych procent. Na końcu znaku często dodaje się literę np.: G -stal uspokojona z zawartością krzemu (0,17% - 0,37 %), o podwyższonej zawartości manganu( od 0,7% - 1 %), X - stal uspokojona z maksymalną zawartością krzemu (do 0,07%) Y - stal półuspokojona z zawartością krzemu od 0,05% - 0,17 %, U -stal uspokojona z zawartością krzemu od 0,17% - 0,37 % z wymaganą udarnością.

Przed liczbą określającą zawartość węgla występują litery które oznaczają przeznaczenie stali np. : A - stal automatowa , D - stal na druty , N - stal narzędziowa , P - stal dla kolejnictwa ; natomiast litera podana po liczbie oznacza : A -o zawężonym zakresie pierwiastków , H - zawartość chromu , D - zawartość manganu , P - podwyższona zawartość fosforu .

Stale stopowe konstrukcyjne

Są to stale, do których celowo wprowadzono pierwiastki stopowe o określonych ilościach. Znak stali stopowej konstrukcyjnej zawiera średnią zawartość węgla oraz ważniejsze składniki stopowe z podaniem przybliżonej ich wartości. Znak ten składa się z paru liter i cyfr np. 35H2N2H jest znakiem stali chromowoniklolibdenowej, gdzie 35 określa zawartość węgla w setnych procentu, natomiast litery są symbolami głównych składników stopowych lub grupy składników, a liczby określające w przybliżeniu procentową zawartość pierwiastka stopowego. W stopowych obowiązuje następująca symbolika: G - mangan, S - krzem, H - chrom, N - nikiel, M - molibden, F - wanad, W - wolfram, K - kobalt, T - tytan, J - aluminium. Stale o obniżonej zawartości fosforu i siarki oznaczamy literą A, natomiast stale modyfikowane związkami chemicznymi litu, wapnia oznaczamy literą D.

2. Zasada działania mikroskopu metalograficznego.

Na laboratorium podstawowym narzędziem z jakiego korzystałem do badania próbek metali był mikroskop metalograficzny. Jest to mikroskop różniący się od mikroskopów biologicznych. Korzysta on bowiem z własnego, bardzo mocnego światła, które oświetla badaną próbkę, zaś w mikroskopach biologicznych obraz tworzą promienie podświetlające.

Lampa żarowa o gęstym uzwojeniu stwarza punktowe źródło światła, soczewki kondensorowe wytwarzają równoległe wiązkę promieni świetlnych o dużej intensywności. Przesłona przepuszcza środkową część wiązki promieni zatrzymując promienie zewnętrzne powodujące błędy optyczne. Zmniejszenie przesłony aperturowej zmniejsza ilość światła biorącego udział w powstawaniu obrazu, ale jednocześnie powoduje wyostrzenie obrazu.

Oświetlacze metalograficzne bywają w zasadzie trzech typów. Możemy wyróżnić dwa typy oświetlaczy do światła prostopadłego, padającego prostopadle na szlif i jeden do światła padającego ukośnie na szlif, czyli tzw. oświetlacz ciemnego pola. Każdy mikroskop metalograficzny ma możliwość łatwej wymiany oświetlaczy. Zastosowanie poszczególnych oświetlaczy dostosowuje się do charakteru badań i rodzaju struktury.

Z pośród dwóch rodzaj oświetlaczy prostopadłych płytka szklana równoległa ustawiona pod kątem 45 do biegu promieni daje obrazy ciemniejsze, gdyż promienie świetlne pochodzące ze żródła ze względu na przezroczystość płytki wykorzystane są tylko w 15 do 45%.Płytkę stosuje się przy dużych powiększeniach, gdy chodzi o jak najlepsze uzyskanie zdolności rozdzielczej obiektywu. Płytka bowiem zajmuje cały przekrój obiektywu daje najlepszą możliwość wykorzystania zdolności powiększających obiektywu.




3. Opis przebadanej próbki.

Badaną przeze mnie próbkę 3.3 określiłem jako stal łożyskową LH15 wg PN/H- 84041.

Skład: 0,5-1,10% węgla, 0,25-0,45% manganu, 0,15-0,35% krzemu, 1,3-1,35% chromu.

Maksymalne zanieczyszczenia: 0,02% siarki, 0,27% fosforu.

Stal do wytwarzania łożysk tocznych. Elementy łożyska tocznego pracujące w ekstremalnych warunkach wytężeniowych wymagają stali wysokiej jakości, wytwarzanej w szczególnie ścisłym reżimie technologicznym. Od stali łożyskowych wymaga się wąskiej i ściśle utrzymywanej tolerancji składników stopowych i zanieczyszczeń oraz odpowiedniej struktury

4. Badania mikroskopowe żeliw i krótka charakterystyka.

Żeliwo - jest to stop żelaza, otrzymany w drodze przetopienia surówki, zawierający ponad 2,5 ÷ 4,5% C oraz inne składniki, z których krzem, mangan, fosfor i siarka są zawsze obecne. Węgiel w żeliwach może występować w dwóch postaciach: w stanie wolnym jako grafit lub w postaci związanej jako cementyt.

Rozróżniamy żeliwa szare, w których węgiel występuje pod postacią grafitu, żeliwa białe, w których węgiel występuje pod postacią cementytu i żeliwa pstre lub połowiczne, gdzie węgiel występuje w obydwu postaciach.

Żeliwa szare

W żeliwach tych grafit występuje w postaci nieregularnych płatków różnej wielkości, tworząc nieciągłość w osnowie metalicznej. Odznaczają się niską wytrzymałością na rozciąganie i zgniatanie przy dość dobrej wytrzymałości na ściskanie. Również wytrzymałość zmęczeniowa żeliw jest niewielka, ze względu na istnienie karbów naturalnych. Główną zaletą ż. szarego są przede wszystkim dobre własności odlewnicze, przejawiające się wysoką rzadko płynnością, dobrym wypełnianiem form, małym skurczem odlewniczym.

Grafit, będący jednym z głównych składników, jest rozmieszczony w osnowie ferrytycznej, ferrytyczno-perlitycznej lub perlitycznej, przy czym ferryt jest tu nie tylko roztworem stałym węgla w żelazie α, także roztworem krzemu oraz ewentualnie innych pierwiastków i dlatego nosi nazwę krzemoferrytu. Oczywiście perlit jest mieszaniną krzemoferrytu i cementytu.

Żeliwa białe.

Żeliwa białe ze względu na zawartość węgla dzielą się na: podeutektyczne, eutektyczne i nadeutektyczne.

Żeliwa białe, jako materiał konstrukcyjny, prawie nie mają bezpośredniego zastosowania technicznego, natomiast powierzchniowa warstwa żeliwa białego na żeliwie szarym, powstająca przez tzw. Zabielenie (tj. szybkie lokalne ochłodzenie odlewu), jest często stosowana w celu zwiększenia odporności materiału na ścieranie. Taką twardą warstwę w żeliwie otrzymuje się umieszczając w formie tzw. Ochładzalniki, czyli odpowiednie wkładki metaliczne szybko odprowadzające ciepło.

Żeliwo białe jest materiale wyjściowym przy wytwarzaniu przedmiotów z żeliwa ciągłego.

Żeliwo ciągliwe.

Zależnie od sposobu atmosfery wyżarzania rozróżnia się trzy zasadnicze rodzaje żeliw ciągliwych:

1. białe żeliwo ciągliwe uzyskane za pomocą wyżarzania w atmosferze utleniającej (odwęglającej - ruda, zgorzelina lub atmosfera specjalna),

2. czarne żeliwo ciągliwe otrzymane za pomocą wyżarzania grafitującego w atmosferze obojętnej (cały węgiel zawarty w żeliwie wydziela się w postaci bryłek grafitu, osnowa żeliwa jest ferrytyczna),

3. perlityczne żeliwo ciągliwe uzyskane za pomocą wyżarzania grafityzującego w atmosferze obojętnej, bez doprowadzenia procesu grafityzacji do końca.

5. Opis przebadanej próbki.

Próbkę 1.0 rozpoznałem, że jest to surówka nadeutektyczna odlewana. Trawimy ją odczynnikiem NITAL o składzie: 4ml -kwasu azotowego HNO₃; 96ml alkoholu etylowego C₂H₅OH. Możemy zaobserwować jasne igły cementytu pierwszorzędowego na tle przemienionego ledeburytu.

Próbka ta zawiera takie pierwiastki jak: C-5,1%; Mn-0,4%; P-0,25%; Si-3,7%;

S-0,02%.

6. Badanie mikroskopowe metali kolorowych i krótka charakterystyka

Metale kolorowe mają duże zastosowanie użytkowe.

Aluminium otrzymuje się za pomocą metod elektrometalurgicznych, a oczyszczenie jego przeprowadza się również tymi samymi metodami. W przemysłowej produkcji rozróżnia się aluminium hutnicze i rafinowe.

Ogólnie można stwierdzić, że szerokie zastosowanie stopów aluminium wynika z:

• Małego ciężaru właściwego;

• Dużej przewodności cieplnej i elektrycznej;

• Dobrych własności mechanicznych;

• Dobrej odporności chemicznej;

• Niezdolności do iskrzenia i niepalności oraz paramagnatyzmu;

• Łatwości kształtowania przedmiotów.

Stopy aluminium są używane w odlewach wysoko obciążonych tłoków silników, części o skomplikowanym kształcie odlewniczym, w przemyśle zbrojeniowym, elektrycznym, jako części w przemyśle okrętowym, do galanterii. Stopy aluminium do obróbki plastycznej, do wyrobów spawanych zbiorników dla cieczy i gazów, do wyrobów średnio obciążonych elementów konstrukcji okrętowej, lotniczej.

Miedź jest metalem barwy czerwonej, o gęstości 8,96 g/cm³ i temperaturze topnienia 1083°C. Można ją przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, ale w przypadku przeróbki na zimno następuje utwardzenie metalu (w wyniku zgniotu), które usuwa się przez wyżarzenie rekrystalizujące (w temp. 400-600°C). Przeróbkę plastyczną na gorąco przeprowadza się w temp. 650-800°C. Cennymi własnościami miedzi są wysoka przewodność elektryczna i cieplna odporność na korozję.

Stopami miedzi nazywa się stopy, w których metalem podstawowym (głównym składnikiem) jest miedź, z wyjątkiem stopów zawierających złoto lub srebro, które uważa się za stopy złota lub srebra, jeśli zawartość tych metali wynosi co najmniej 10%.

Ogólnie stopy miedzi, będące obecnie najbardziej rozpowszechnionymi materiałami konstrukcyjnymi po stopach żelaza i stopach aluminium, dzielą się na:

1. mosiądze

2. brązy,

3. miedzionikle,

4. stopy łożyskowe

5. stopy oporowe miedzi.

6. miedź stopową

7. Opis przebadanej próbki.


Próbkę 6.1 rozpoznałem jako wieloskładnikowy stop aluminium / dural/-cecha PA29.

Dural jest to wieloskładnikowy stop aluminium, miedzi (2.0-4.9 %), magnezu (0.15-1.8 %), manganu (0.3-1.0 %) z domieszkami krzemu i żelaza, przeznaczony do obróbki plastycznej.

Charakteryzuje się dobrymi własnościami mechanicznymi przy stosunkowo małym ciężarze właściwym ((2,8 g/cm3)) oraz dużą odpornością na korozję. Wykorzystywany jest głównie w przemysłach: lotniczym, samochodowym i chemicznym.

6




---