Jolanta Świderska 21.10.2002 r.

WMiIM

Metalurgia II rok

gr. 6 , zespół 3.

MIKROSKOPOWE BADANIA STALI WĘGLOWYCH

Stal jest plastycznie i cieplnie obrabialnym stopem żelaza z węglem (do ok. 2% C) oraz innymi pierwiastkami, otrzymywany w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego. Zawartość węgla jako głównego składnika warunkuje bezpośrednio własności użytkowe stali węglowych: wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności, wydłużenie, przewężenie, udarność, twardość, ścieralność, spawalność, hartowność.

Fazą nazywa się część układu o wyraźnych granicach, na których przynajmniej niektóre makroskopowe własności chemiczne lub fizyczne ulegają skokowej zmianie.

Składnik struktury jest częścią struktury materiału o określonej i charakterystycznej mikrostrukturze, którą można zidentyfikować za pomocą badań mikroskopowych.

Do składników strukturalnych, występujących w stopach Fe - Fe₃C w stanie równowagi należą:

1) ciekły roztwór węgla w żelazie

2) ferryt - roztwór stały węgla w żelazie α krystalizujący w układzie regularnym przestrzennie centrowanym. jest to prawie czyste żelazo. Rozpuszczalność w temp eutektoidalnej 727˚C wynosi 0,02%, a w temp normalnych: 0,008%.

3) austenit - roztwór stały węgla w żelazie γ , krystalizujący w układzie regularnym płasko centrowanym. Rozpuszczalność węgla w γ Fe przy temp 1148˚C wynosi ok.. 2,11% i z obniżeniem temp spada do 0,8% przy 727˚C.

4) cementyt: a)pierwotny - krystalizujący z roztworu ciekłego węgla w żelazie

b)wtórny - wydzielający się w stanie stałym z austenitu wskutek malejącej rozpuszczalności węgla w γ Fe.

c) trzeciorzędowy - wydzielający się z ferrytu na skutek malejącej rozpuszczalności węgla w α Fe.

5) perlit - eutektoidalana mieszanina ferrytu i cementytu, zawierająca 0,8% C. Powstaje z rozkładu austenitu przy temp.727˚C.

6) ledeburyt - eutektyczna mieszanina austenitu i cementytu, tworząca się przy krzepnięciu cieczy o zawartości 4,3%C przy temp. 1148˚ C. Po ochłodzeniu do temp 727˚C austenit ledeburytu przemienia się w perlit i poniżej tej temp. występuje mieszanina perlitu i cementytu zwana ledeburytem przemienionym.

Zawartości domieszek w stalach węglowych

Pierwiastek	Mn	Si	Ni	Cr	W	Co	Cu	Mo	V	Ti	Al.
Max. zawartość wg PN. %	8,0	0,4	0,3	0,3	0,2	0,2	0,2	0,05	0,05	0,05	0,1
Max. zawartość wg EURONORM 20-60%	1,5	0,3	0,3	0,2	0,2	0,2	0,4	0,05	0,05	—	0,3

Kryteria podziału stali:

1. Skład chemiczny:

• stale węglowe (maksymalne zawartości pierwiastków)

• stale stopowe o zawartości składników określonych w odpowiednich normach

2. Podstawowe zastosowanie:

• stale konstrukcyjne

• stale narzędziowe

• stale o szczególnych własnościach

3. Stopień czystości (jakości) określony maksymalna zawartością zanieczyszczeń fosforem i siarką, przy czym rozróżnia się stale:

• zwykłej jakości

• wyższej jakości

• najwyższej jakości

4. Szczegółowe przeznaczenie.

Stal węglowa

Konstrukcyjna

Narzędziowa

O szczególnych własnościach

Zwykłej jakości									Wyższej jakości
Ogólnego przeznaczenia
O szczególnym przeznaczeniu
Ogólnego przeznaczenia
O szczególnym przeznaczeniu
Płytko hartująca się
Głęboko hartująca się
Magnetycznie miękka
Łatwo obrabialna mechanicznie

Do konstrukcyjnych stali węglowych zalicza się stale o zawartości węgla w zasadzie poniżej 0,65%. Ze względu na ich jakość dzieli się je na stale: zwykłej, wyższej i najwyższej jakości. Jakość stali nie tylko wpływa na jej skład chemiczny lecz także na zwartość ich budowy, zawartość wtrąceń niemetalicznych, obecność wad wewnętrznych, nasycenie gazami i wielkość ziarna. Jakość stali zależy od staranności przeprowadzenia procesu wytapiania i rozlewania stali, od sposobu czyszczenia powierzchni wlewków, od przeróbki plastycznej i obróbki cieplnej.

Stale węglowe konstrukcyjne zwykłej jakości, ogólnego przeznaczenia, wytwarzane są w postaci walcowanych na gorąco lub kutych kęsów, prętów, kształtowników, blach walcowanych na gorąco w kręgach oraz blachach grubych i uniwersalnych. W zależności od składu chemicznego i własności mechanicznych rozróżnia się 7 gatunków stali: St0S, St2S, St3S, St4S(konstrukcje spawane) oraz St5, St6, St7.

W gatunkach St3S i St4S rozróżnia się odmiany:

• z ograniczoną zawartością węgla (w oznaczeniu litera V zamiast litery S)

• z ograniczoną zawartością węgla oraz fosforu i siarki (W oznaczeniu litera W zamiast S) .

Stale węglowe zwykłej jakości są produkowane jako: nieuspokojone (na końcu znaku litera X) zawierają poniżej 0,07% Si , półuspokojone (na końcu znaku litera Y) zawierają 0,07 - 0,15% Si, uspokojone oraz specjalnie uspokojone (drobnoziarniste) zawierają 0,15 - 0,37%Si.

Stale węglowe konstrukcyjne wyższej jakości ogólnego przeznaczenia nadają się wyrobu części maszyn i urządzeń. Stosuje się je w stanie normalizowanym, ulepszonym cieplnie, po hartowaniu powierzchniowym lub po nawęglaniu. Kontroluje się ich skład chemiczny i własności wytrzymałościowe. Stale wyższej jakości różnią się od stali zwykłej jakości staranniejszymi metodami wytwarzania, większym stopniem czystości dokładniejszą kontrolą wyrobu. Wykazują wyższe własności. Znakowanie stali wyższej jakości oparte jest na zawartości węgla: znak stanowi liczba dwucyfrowa określająca średnią zawartość węgla w setnych procenta. Stale o podwyższonej zawartości Mn oznacza się dodatkowa litera G - mangan.

Stale węglowe konstrukcyjne o szczególnym przeznaczeniu:

• stale wyższej i najwyższej jakości używane do przerobu na druty patentowane, druty dla przemysłu włókienniczego do konstrukcji sprężonych, na sprężyny.

• stale węglowe konstrukcyjne na wyroby do spęczania na zimno

• stale węglowe konstrukcyjne na łańcuchy zgrzewane ogniowo

• stale węglowe konstrukcyjne na łańcuchy zgrzewane elektrycznie, a w szczególności na łańcuchy do przenośników górniczych

• stale o bardzo małej zawartości węgla i o szczególnych własnościach fizycznych, określone często „żelazo Armco”

Stale węglowe narzędziowe zawierają od 0,5 do1,24% C i ze względu na małe zawartości domieszek oraz zanieczyszczeń należą do grupy stali wyższej jakości. Klasyfikuje się je na podstawie składu chemicznego oraz hartowności, wrażliwości na przegrzanie.

Stale te są dostarczane w stanie zmiękczonym. Według norm PN stale węglowe narzędziowe (N) dzieli się na dwie grupy:

• stale płytko hartujące się ( N7E, N8E, N9E, N10E, N11E, N12E) - od 3 do 5 mm , wykazują małą hartowność i wrażliwość na przegrzanie, są stosowane na narzędzia o średnicy lub grubości nie większej niż 20 mm

• stale głęboko hartujące się ( N5, N6, N7, N8, N9, N10, N11, N12) - maja hartowność nieco większą oraz zwiększona wrażliwość na przegrzanie. Głębokość warstwy zahartowanej zależy od temperatury hartowania i wynosi od 5 do 12 mm

Stale węglowe narzędziowe są typowymi materiałami konstrukcyjnymi do pracy na zimno, gdyż ogrzane zatracają swoja wartość, już od ok. 200ºC.

Ze względu na strukturę po wolnym chłodzeniu stale węglowe można podzielić na trzy grupy:

1. stale podeutektoidalne, zawierające do 0,8%C, o strukturze ferrytyczno -perlitycznej

2. stale eutektoidalne, zawierające 0,8%C , posiadające strukturę perlityczną

3. stale nadeutektoidalne o zawartości 0,8 - 2,11%C, o strukturze perlitycznej z Fe₃C wtórnym.

Stale przegrzane i odlewy mają strukturę Widmannstättena. Powstaje ona przy powolnym stygnięciu stali podeutektoidalnej od wysokich temperatur krytycznych, z następnym nieco szybszym ostyganiem, wskutek czego ferryt wykrystalizowuje wewnątrz ziarn austenitu wzdłuż ścian ośmiościanów. Stale o takiej budowie wykazują dużą kruchość.

Próbka nr 1 - żelazo Armco

powiększenie mikroskopu: 8 x 40/0,65

Próbka nr 3 - struktura ferrytyczno - perlityczna

powiększenie mikroskopu: 8 x 40/0,65

Próbka nr 5 - struktura Widmannstättena

powiększenie mikroskopu: 10 x 40/0,65

Próbka nr 6 - perlit

powiększenie mikroskopu: 8 x 40/0,65

` `

Próbka nr 8 - cementyt po granicach ziarn perlitu

powiększenie mikroskopu: 8 x 40/0,65

1

---