Politechnika Białostocka

Wydział Mechaniczny

Laboratorium z przedmiotu:

MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

Temat ćwiczenia: Struktury stali węglowych nie obrobionych cieplnie.

Prowadzący ćwiczenia: mgr inż. B. Dąbrowski

Grupa laboratoryjna: 10

Świerżewski Daniel

Data wykonania ćwiczenia:11.10.2005 r.

1. WSTĘP

Stalą nazywamy stop żelaza z węglem o zawartości około 2% węgla, który otrzymany w procesie stalowniczym został poddany przeróbce plastycznej.

Wykres żelazo-węgiel można podzielić na dwa zasadnicze obszary:

obszar krystalizacji pierwotnej, ze stanu ciekłego w stan stały objęty liniami likwidus i solidus,

obszar krystalizacji w stanie stełym

W zależności do procentowej zawartości węgla w stali ( w odniesieniu do punktu S) można je podzielić na trzy grupy:

- stale podeutektoidalne, zawierające do 0,8% C, o strukturze perlityczno-ferrytycznej

stale eutektoidalne o strukturze perlitycznej, zawierające od 0,8 do 2,1% C, o strukturze perlitu i cementytu wtórnego.

W stali w stanie równowagi można wyróżnić następujące składniki strukturalne:

- FERRYT - jest to roztwór stały węgla w żelazie α, krystalizujący w układzie regularnym przestrzennie centrowanym A₂

- CEMENTYT - jest węglikiem żelaza, w którym część atomów Fe może być zastąpiona innymi pierwiastkami, głownie mangan, nikiel, chrom.

- PERLIT - jest to eutektoidalna mieszanina ferrytu i cementytu, zawierająca 0,8% węgla.

- LEDEBURYT - jest mieszaniną eutektyczną nasyconego austenitu i cementytu pierwotnego o zawartości 4,3% węgla, krystalizująca w temperaturze 1148°C.

- AUSTENIT - roztwór stały węgla Feγ istniejący w zakresie temperatur 723-1492 ⁰C. Krystalizuje się w układzie regularnym, płaskocentrycznym A₁. Jest on paramagnetyczny oraz słabym przewodnikiem cieplnym i elektrycznym. Jego gęstość jest największa ze wszystkich składników układu żelazo-węgiel. Rozpuszczalność Feγ zależy od temperatury. Maksimum istnieje dla 2%c, zaś minimum 0,8 %C. Nadmiar węgla wydziela się w postaci cementytu wtórnego. W czasie chłodzenia w temperaturze A_r1 następuje rozpad austenitu w perlit.

Własności stopów zależą w znacznym stopniu od ilości i stopnia dyspersji faz wchodzących w ich skład oraz wielkość ziarna osnowy. W celu ilościowej oceny zawartości fazy stosuje się metodę porównawczą stopu z mniej lub bardziej racjonalną skałą wzorców oraz metodę stereologiczną. Metoda ta polega na określeniu przestrzennym wielkości danego ciała w oparciu o dane otrzymane z płaskich przekrojów, przy założeniu, że struktura nie wykazuje orientacji (tekstury).

2.Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów ze strukturami stali węglowych oraz z ilościową oceną zawartości poszczególnych faz w stopie. Zakres ćwiczenia obejmuje:

• zapoznanie się z strukturami stali w stanie wyżażonym.

• wyznaczenie podstawowych wielkości stereologicznych struktur.

• analiza otrzymanych wyników.

3. Opis stanowiska badawczego.

Mikroskop metalograficzny, prubki metalograficzne stali : pudlarskiej, żelaza Armko, 15, 45, N8E, N12E, zdięcia wykonanych zgładów po trawieniu, Normy.

4.Przebieg realizacji eksperymentu.

Otrzymane próbki, trawione ”NITALEM”, badałam pod mikroskopem w powiększeniu 250 - ciu krotnym i otrzymałam następujące wyniki:

1.

STAL PUDLARSKA

1. brak znaku

2. nie jest stosowana

3. Proces pudlarski (pudlingowanie) - sposób świerzenia stali w piecu płomiennym. Stal pudlarską uzyskaną w postaci ciastowatej bryły przekuwano w celu usunięcia żużlu i otrzymania stali zgrzewnej. Pierwsze zastosowanie przez

H. CORTa (Wielka Brytania) w 1784 roku.

2.

ŻELAZO „ARMCO”

1. 
   ”ARMCO” - technicznie czyste żelazo

2. 0,012 %C, 0,05 % Mn, 0,004% P, 0,002 % Si

0,018 % S

3. R_m = 260 - 300 MPa

R_e = 140 - 180 MPa

A = 40 % , HB = 85

4. w przemyśle elektrotechnicznym

(magnetowody transformatorów, rdzenie elektromagnesów)

podobny skład chemiczny i właściwości

mają żelazo karboksylowe i elektrolityczne

3. STAL KONSTRUKCYJNA WĘGLOWA

wyższej jakości do nawęglania i cyjanowania

1. 15

2. 0,15 ÷ 0,19 % C

3. R_m = 500 ÷ 750 MPa R_{e min}= 300 MPa

U = 60 Nm/cm² HB _min= 143

4. stosowana na części o twardej

powierzchni odpornej na ścieranie z miękkim

ciągliwym rdzeniem o niewielkiej wytrzymałości;

części o prostych kształtach: wałki, krzywki,

wzorniki, rolki, koła zębate, tuleje, itp.

4. STAL KONSTRUKCYJNA WĘGLOWA

wyższej jakości

1. 45

2. 0,42 ÷ 0,50 % C

3. R_m= 710 ÷ 860 MPa R_{e min}= 490 MPa

U = 25 Nm/cm² HB=241

4. stosowana w stanie:

normalizowanym - na części o dużych przekrojach

średnio obciążone, nie narażone na ścieranie

( tłoki, tłoczyska, wolnobieżne koła zębate);

ulepszonym - na części średnio obciążone, od

których wymaga się znacznej twardości

powierzchni (wrzeciona, wały w łożyskach

tocznych, śruby i wały pociągowe, imaki narzędziowe,

części uchwytów);

hartowana powierzchniowo - na części

o wysokiej twardości powierzchniowej i podwyższonej

wytrzymałości (koła zębate, zderzaki, oprawki narzędziowe)

5. STAL NARZĘDZIOWA do pracy na zimno

płytko hartująca się, eutektoidalna

1. 
   N8

2. 0,77 ÷ 0,84 % C ; 0,15 ÷ 1,14 % Mn

0,15 ÷ 0,35 % Si ; max 0,20 % Cr

max 0,25 % Ni

• 3. HB_max= 187 HRC_min= 62

4. duża odporność na ścieranie

narzędzia do obróbki materiałów w temperaturze otoczenia skrawaniem i za pomocą obróbki plastycznej, także narzędzia miernicze

6. STAL NARZĘDZIOWA do pracy na zimno

płytko hartująca się, nadeutektoidalna

1. N11

2. 1,05 ÷ 1,14 % C ; pozostały skład chemiczny podobny jak dla stali N8

3. HB_max= 207 HRC_min= 62

4. duża twardość, wysoka odporność na ścieranie; stosowana m.in. na frezy, noże krążkowe;

5. Zestawienie i analiza wyników badań.

6. Wioski.

Najważniejszym składnikiem wszystkich metali jest węgiel, który wpływa przede wszystkim na jej własności mechaniczne. W miarę wzrostu zawartości węgla w stali podwyższa się jej wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i twardość przy równoczesnym obniżaniu się wydłużenia, przewężenia i udarności. W podobny sposób do cech plastycznych, wraz ze wzrostem zawartości węgla następuje w stali również spadek własności technologicznych takich jak: kujność, tłoczność, spawalność i zgrzewalność. W miarę wzrostu zawartości węgla w stali zmieniają się również jej własności magnetyczne.

Stal w stanie wyżarzonym jest mieszaniną dwóch składników: ferrytu (miękkiego i plastycznego) oraz cementytu (twardego i kruchego), dlatego też własności stali będą zależały głównie od stosunku jednego składnika do drugiego. Im więcej cementytu będzie zawierała stal, a tym samym mniej ferrytu, tym będzie bardziej twarda i krucha. Na własności mechaniczne stali ma również kształt i wymiary tych dwóch składników. Im płytki występujący w perlicie są cieńsze lub cementyt kulkowy występujący w osnowie ferrytycznej jest drobniejszy, tym większa jest twardość i wytrzymałość stali, a mniejsze wydłużenie i przewężenie.

---