31

31.Roztwory stałe,rodzaje roztworów stałych, wpływ rozpuszczonego składnika na własności.

Roztwór stały stanowi jedna fazę o wiazaniu metalicznym i strukturze krystalicznej o własnosciach

typowo metalicznych. Metal którego atomy występują w sieci w przewadze jest rozpuszczalnikiem.

Drugi składnik jest pierwiastkiem rozpuszczonym.

Roztwory stałe mogą być: podstawowe, wtorne. Roztwór jest nazywany roztworem stałym

podstawowym gdy rozpuszczalnikiem jest pierwiastek bedacy składnikiem stopu. Gdy

rozpuszczalnikiem jest faza miedzymetaliczna-to roztwór stały wtorny. Roztwory stałe podstawowe

możemy jeszcze podzielic na graniczne i ciagłe.

Roztwór stały międzywęzłowy-atomy pierwiastka rozpuszczonego sa nieuporządkowane w

przestrzeniach miedzywęzłowych. Rys (a)

Roztwory stałe różno węzłowe- atomy metalu rozpuszcz zajmuja dowolne węzły w sieci

krystalicznej(b)

Rys a

rys b

32. Wykres FE-FE3C, występujące fazy,struktury, oraz właściwości.

Fazy- ferryt, austenit, cementyt Struktury-perlit . ledeburyt

Ferryt jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w żelazie α. Oznacza się go bądź symbolem
Feα(C), bądź krótko α. Graniczna zawartość węgla w ferrycie w stanie równowagi wynosi w
temperaturze 20°C zaledwie 0,008% i wzrasta w temperaturze 723°C do 0,02% (punkt P na wykresie).
Natomiast ferryt wysokotemperaturowy może zawierać w temperaturze 1493°C do 0,1% C.
Własności fizyczne i mechaniczne ferrytu są zbliżone do własności żelaza α. Na przykład, twardość
ferrytu wynosi ok. 80 HB, Rm - ok. 300 MPa, A10 - ok. 40%, KCU2 - ok. 180 J/cm2. Podobnie jak żelazo
α, ferryt jest ferromagnetyczny do temperatury 768°C.

Austenit jest międzywęzłowym roztworem węgla w żelazie γ i oznaczony jest bądź symbolem Feγ(C),
bądź literą γ. Graniczna zawartość węgla w austenicie w temperaturze 1147°C wynosi 2,06% (punkt E
na wykresie). W stopach żelaza z węglem w stanie równowagi austenit występuje jedynie w
temperaturach wyższych od 723°C. Natomiast w niektórych stalach stopowych, zawierających np.
nikiel lub mangan, austenit w stanie równowagi istnieje również w temperaturach niższych. Podobnie
jak żelazo γ, austenit jest paramagnetyczny. Odznacza się przy tym dużą plastycznością, zwłaszcza
przy niższej zawartości węgla. Również gęstość austenitu zależy od zawartości węgla (średnio wynosi
ona 8,1 g/cm3).

Cementyt, czyli węglik żelaza jest fazą międzymetaliczną o złożonej strukturze, krystalizującąw
układzie rombowym. Stosunek liczby atomów żelaza do atomów węgla wynosi 3:1 (Fe3C),
coodpowiada wagowej zawartości węgla 6,67%. W temperaturze do 210°C cementyt jest
ferromagnetyczny, powyżej tej temperatury — paramagnetyczny. Gęstość cementytu wynosi 6,9

g/cm3. Jest on fazą bardzo twardą (HB ok. 800) i bardzo kruchą. Cementyt może tworzyć roztwory
stałe różnowęzłowe, przy czym na miejsce atomów węglamogą wchodzić do jego sieci atomy azotu,
zaś na miejsce atomów żelaza — atomy takich metali, jak mangan, chrom, wolfram itd. Tak
utworzone roztwory stale na osnowie sieci cementytu noszą nazwę cementytu stopowego.Warto
podkreślić, że zgodnie z układem równowagi żelazo-cementyt, w temperaturze otoczenia stopy
żelaza z węglem do zawartości 0,008% C są jednofazowe (ferryt), natomiast wszystkie stopy o
zawartości węgla od 0,008 do 6,67% składają się z dwóch faz: ferrytu i cementytu.

Perlit jest eutektoidalną mieszaniną dwóch faz: ferrytu i cementytu, zawierającą 0,8% węgla i
tworzącą się w temperaturze 723°C zgodnie z przemianą: γS → αP + Fe3C. Dla ścisłości należy dodać,
że przy ochładzaniu perlitu od temperatury 723°C do temperatury otoczenia, z ferrytu zawartego w
perlicie wydziela się jeszcze pewna ilość cementytu trzeciorzędowego (zazwyczaj pomijanego z
powodu nieznacznej jego ilości).

Ledeburyt jest eutektyką o zawartości 4,3% C, tworzącą się z roztworu ciekłego LC w temperaturze
1147°C, zgodnie z przemianą: LC → γE + Fe3C. W temperaturze powstania ledeburyt jest, więc
mieszaniną eutektyczną dwóch faz: austenitu (zawierającego 2,06% C) i cementytu. W miarę
obniżania się temperatury do 723°C, z austenitu wydziela się cementyt wtórny. W temperaturze
723°C austenit przemienia się w perlit i przy dalszym obniżaniu temperatury z ferrytu zawartego w
perlicie wydziela się niewielka ilość cementytu trzeciorzędowego. W związku z tym, poniżej
temperatury 723°C, ledeburyt stanowi już mieszaninę perlitu i cementytu. Struktura taka nosi nazwę
ledeburytu przemienionego. Ledeburyt przemieniony jest, więc charakterystycznym składnikiem
strukturalnym żeliw białych.

33. Stale niestopowe,podziały,i oznaczenia.

I. Stale niestopowe konstrukcyjne, maszynowe i na urządzeniach ciśnieniowe

1. Stale niestopowe konstrukcyjne i maszynowe

Są to stale:
- nisko węglowe, jakościowe,
- generalnie niepoddawane obróbce cieplnej,
- dostarczane w postaci półproduktów długich i płaskich (blachy cienkie i grube,
kształtowniki, taśmy) w stanie po obróbce plastycznej na gorąco, część z nich

- w stanie normalizowanym.

Zastosowanie:

· stale konstrukcyjne: mało odpowiedzialne konstrukcje w budownictwie przemysłowym i ogólnym,
· stale maszynowe: mało odpowiedzialne elementy maszyn

Zasada oznaczania:

•

Stale konstrukcyjne:

Przykłady: S235J0, S355K2 (S355K2N)
J0 - wymagana udarno

ść

(praca łamania, w J) w temperaturze 0°C.

K2 - wymagana udarno

ść

(praca łamania, w J) w temperaturze -20°C.

N - stan po wy

arzaniu normalizuj

cym lub po walcowaniu normalizuj

cym

•

Stale maszynowe:

Przykłady: E295, E360

2. Stale niestopowe spawalne drobnoziarniste

Są to stale: - nisko węglowe, jakościowe,
- dostarczane w postaci półproduktów długich i płaskich (blachy cienkie i grube,kształtowniki, taśmy)
w stanie wyżarzonym normalizująco lub po regulowanym walcowaniu(termomechanicznym).

Zastosowanie: Elementy silnie obciążonych konstrukcji (mosty, zbiorniki, śluzy) pracujących w
temperaturach obniżonych.

Zasada oznaczania:

Przykłady: S275N S355ML

N - po wyążarzaniu normalizującym, M - po regulowanym walcowaniu, L – wymagana .Wartość
pracy łamania w temperaturze -50°C.

3. Stale do ulepszania cieplnego

Są to stale: - maszynowe, jakościowe lub specjalne, uspokojone,

- przeznaczone do ulepszania cieplnego ale można je stosować w stanie normalizowanym,
- dostarczane w postaci blach, taśm, prętów, walcówki w stanie: normalizowanym(+N), zmiękczonym
(+A), wyżarzonym sferoidyzująco (+AC), ulepszonym cieplnie(+QT).
Własności w stanie ulepszonym cieplnie:Rm = 500-1000 MPa  Re = 350-600 MPa  A =20-13%
KV = 50-35 J

Zastosowanie: elementy maszyn równiehartowane powierzchniowo.

Zasada oznaczania:Przykłady:C22 C60 C60+H+A C22E C60E C22R C60R oraz w przypadku
stali o zawartości Mn pow.1% 28Mn6.

4. Stale niestopowe na urządzenia ciśnieniowe

Stale te stosowane na urządzenia ciśnieniowe przenoszące małe obciążenia: zwykłe zbiorniki
ciśnieniowe (S), spawane butle gazowe (B), urządzenia ciśnieniowe pracujące w temperaturach
podwyższonych (H), i obniżonych (L).

Są to stale niskowęglowe (%C < 0,2), spawalne, jakościowe stosowane w stanie: · normalizowanym
(N) o strukturze ferrytyczno-perlitycznej, · ulepszonym cieplnie (Q) o strukturze sorbitu
odpuszczania.

Zasada oznaczania:Przykłady: P275SL P285NB P355QH

5. Stale niestopowe do nawęglania

są to stale niestopowe specjalne niskowęglowe, o małej hartowności.max 0,2% C,Stan dostawy: po
wyżarzaniu normalizującym. Obróbka cieplna: Hartowanie (bezpośrednio z temperatury nawęglania
lub dwukrotne)+ niskie odpuszczanie.

Zastosowanie:Elementy maszyn o małych przekrojach ze względu na małą hartowność.

Zasada oznaczania: Przykłady:

6. Stale automatowe

Stale niestopowe jakościowe, o podwyższonej zawartości siarki lub (i) ołowiu zapewniających bardzo
dobrą skrawalność.

Zasada oznaczania:Przykłady:· Stale nieprzeznaczone do obróbki ciepnej 11SMnPb30 · Stale do
nawęglania 15SMn13 · Stale do ulepszania cieplnego 44SMnPb28

Zastosowanie:Elementy maszyn kształtowane przez obróbkę skrawaniem na automatach i
szybkobieżnych obrabiarkach.

II. Stale niestopowe niskow

glowe do obróbki plastycznej na zimno

1.Stale niskow

glowe do obróbki plastycznej na zimno

•

2.Stale niestopowe do ocynkowania i powlekania innymi metalami

stale niskowęglowe do powlekania ogniowego ciągłego: - do maszynowego zaginania
na zakładkę, - do tłoczenia, - do głębokiego tłoczenia, - do specjalnie głębokiego
tłoczenia.

3. Stale niestopowe do powlekania powłokami niemetalicznymi

III. Stale narzędziowe

Są to stale przeznaczone na narzędzia nienagrzewające się w czasie pracy do temperatur
powyżej 150°C. Stan dostawy: zmiękczony, dla stali C45U - surowy.

Wymagania: twardość 54-64 HRC i wysoka odporność na ścieranie.
Zawart węgla: 0,42 - 1, 25%. Stale specjalne o małej hartowności i
małej skłonności do przegrzewności.

Zasada oznaczania

: np. C70U ( stal przeznaczona na narz

dzia).

35.

eliwa szare ,rodzaje grafitu,zasady podziału i oznaczenia

Włąsciwosci :odlewnicze: mały skurcz, dobra lejność, zdolność tłumienia drgań,
niewrażliwosć na działanie karbu, wytrzymałość na ściskanie, podobna do stali, właściwości
ś

lizgowe, skrawalność, odporność na korozje lepsza od stali niestopowej

Obróbka cieplna żeliwa szarego:
· odprężanie, ulepszanie cieplne, hartowanie izotermiczne, chromowanie dyfuzyjne i
azotowanie.
Zastosowanie żeliwa szarego:
· Zwykłe- korpusy maszyn, rury instalacji sanitarnych, instalacji wody pitnej,
części palenisk itp.

34.Wplyw węgla na własciwosci stali

giel bardzo silnie wpływa na własno

ci stali nawet przy nieznacznej zmianie jego zawarto

ci i z

tego wzgl

du jest bardzo wa

nym składnikiem stali.

Zwi

kszenie zawarto

ci w

gla powoduje, jak ju

poprzednio wspomniano, zmian

struktury stali.

eli stal zawiera mniej ni

0,8% C, to jej struktura składa si

ferrytu i perlitu. Struktura stali

zawieraj

cej 0,8% C składa si

tylko z perlitu, natomiast w stali o zawarto

ci powy

ej 0,8% C oprócz

perlitu wyst

puje równie

cementyt wtórny. Zmiana struktury stali spowodowana ró

zawarto

gla wi

ąż

e si

le ze zmian

własno

ci mechanicznych.

Zwi

kszenie zawarto

ci w

gla zwi

ksza wytrzymało

ść

rozci

ganie R

i zmniejsza plastyczno

ść

stali. Maksymaln

wytrzymało

ść

osi

ga stal przy zawarto

ok. 0,85% w

gla. Przy wi

kszej zawarto

ci w

gla wytrzymało

ść

zmniejsza si

na skutek pojawiania

coraz wi

kszej ilo

ci cementu wtórnego, który wydziela si

na granicach ziaren.

Zwi

kszenie zawarto

ci w

gla, oprócz obni

enia własno

ci plastycznych, pogarsza równie

własno

technologiczne stali w

glowej; szczególne znaczenie ma pogorszenie spawalno

ci.

36. Żeliwa ciągliwe, otrzymywanie, podział i oznaczenia, właściwości