Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Zamościu
Laboratorium Inżynieria Materiałowa	Temat ćwiczenia: Mikrostruktury stali węglowych w stanie wyżarzonym
Semestr: II	Wykonał: Daniel Kula	Data:	Ocena:

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie struktury stali węglowych w stanie wyżarzonym. Po wyżarzeniu stale mają strukturę, zbliżoną do struktur stanu równowagi określonego na wykresie Fe-Fe3C.

2.Wstęp teoretyczny

Stopy żelaza zawierające do 2% węgla nazwano stalami węglowymi. Oprócz żelaza oraz węgla, zawierają one  inne pierwiastki, jak: Mn (do 0,7%), Si (do 0,4%), P (do 0,05%), S (do 0.05%). Za szkodliwe domieszki stali uważa się, fosfor, powodujący tzw. kruchość na zimno oraz siarkę, powodującą kruchość na gorąco. Korzystnymi składnikami są natomiast mangan i krzem dodawane do wszystkich stali w celu ich odtlenienia. Węgiel wpływa bardzo silnie na własności stali nawet przy nieznacznej zmianie jego zawartości.

Ze względu na strukturę stale węglowe można podzielić na trzy grupy:

1) stale podeutektoidalne zawierające do 0,80% C, zbudowane z ferrytu i perlitu,

2) stale eutektoidalne zawierające 0,80% C. posiadające strukturę, perlityczną,

3) stale nadeutektoidalne o zawartości 0,8 - 2% C, zbudowane z perlitu i cementytu wtórnego.

Przy bardzo niskiej zawartości węgla stal ma strukturą ferrytyczną. W miarę, zwiększania zawartości węgla udział perlitu w strukturze zaczyna wzrastać. Przy około 0.4% C zawartość perlitu i ferrytu w strukturze stali są w przybliżeniu  równe. W stalach powyżej 0.6 - 0,7% C ferryt występuje w postaci siatki na granicach ziaren perlitu. W miarę zbliżania się, do składu eutektoidalnego, ferryt zanika i przy zawartości 0,8% C w stal wykazuje strukturą czysto perlityczną. Przy dalszym zwiększaniu zawartości węgla pojawia się na granicach ziaren perlitu cementyt wtórny w postaci siatki, która pogrubia się w miarą wzrostu zawartości węgla do 2.0%.

Z ilości perlitu i ferrytu w strukturze stali podeutektoidalnych w stanie wolno chłodzonym można w przybliżeniu określić zawartość węgla w stali. Biorąc pod uwagę, że przy zawartości 0.8% stal posiada strukturą czysto perlityczną, a przy 0% węgla czysto ferrytyczną, oceniając pod mikroskopem procentowy udział perlitu w strukturze stali, można obliczyć zawartość węgla w stali ze wzoru:

X=(P/100)*0,8

gdzie:  X - zawartość węgla w % ,

P - % udział powierzchni zajętej przez perlit.

Ze względu na zastosowanie, czystość i niektóre własności klasyfikacja stali węglowych przedstawia się następująco:

1) Stale węglowe konstrukcyjne:

a) zwykłej jakości,

b) wyższej jakości.

2) Stale węglowe narzędziowe:

a) płytko hartujące się.

b) głęboko hartujące się.

3) Stale węglowe o szczególnych własnościach:

a) magnetycznie miękkie.

b) łatwo obrabialne mechanicznie (automatowe).

Stale przegrzane i odlewy staliwne często wykazują tzw. strukturą Widmannstattena. Tworzy się ona wówczas, gdy stal z rozrośniętym ziarnem austenitu zostaje dość szybko chłodzona. Przypadek taki często występuje w odlewach staliwnych a czasami także w połączeniach spawanych. Ze wzglądu na postać i gruboziarnistość ferrytu, stale i staliwa o strukturze Widmannstattena wykazują obniżone cechy plastyczne i niską udarność. Uzyskanie właściwej plastyczności i udarności wyrobów ze strukturą gruboziarnistą lub Widmannstattena wymaga przeprowadzenia odpowiedniej obróbki cieplnej - wyżarzania.

Wyżarzanie jest to obróbka cieplna polegająca na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze (rys. 4) w odpowiednim czasie a następnie powolnym chłodzeniu. Głównym celem wyżarzania jest poprawa struktury stali i zredukowanie naprężeń własnych. W zależności od temperatury grzania i szybkości chłodzenia rozróżnia się następujące rodzaje wyżarzania:

1.Wyżarzanie normalizujące
polega na nagrzaniu stali podeutektoidalnej temp. 30 - 50 OC powyżej przemiany AC3 a stali nadeutektoidalnej 30 - 50 OC powyżej temp. przemiany  Acm , wygrzaniu w tej temperaturze w czasie gwarantującym uzyskanie struktury austenitycznej a następnie chłodzeniu w spokojnym powietrzu.

2.Wyżarzanie zupełne
grzanie odbywa przeprowadza się analogicznie jak w przypadku wyżarzania normalizującego, natomiast stosuje się wolniejsze chłodzenie - wraz z piecem. Drugą odmianą wyżarzania zupełnego jest wyżarzanie z wychładzaniem izotermicznym w temp. zapewniającej uzyskanie struktury równowagowej w możliwie najkrótszym czasie (rys.5). Wyżarzanie zupełne stosuje się zamiast wyżarzania normalizującego dla stali o podwyższonej hartowności, gdy zachodzi obawa podhartowania stali podczas chłodzenia w powietrzu.

3.Wyżarzanie niezupełne
stosuje się najczęściej dla stali nadeutektoidalnych. Polega ono na grzaniu do temp. 30 - 50 OC powyżej temp. przemiany AC1, wygrzaniu w tej temp. i następnie powolnym chłodzeniu wraz z piecem.

Nagrzanie stali podeutektoidalnej powyżej temp. przemiany AC3 lub stali nadeutektoidalnej powyżej Acm zapewnia całkowite ich przekrystalizowanie, powolne zaś chłodzenie powoduje przemianę austenitu w strukturę perlityczną.

Celem każdego z wymienionych wyżarzań jest uzyskanie jednorodnej i rozdrobnionej struktury równowagowej w całym przekroju wyrobu oraz zredukowanie naprężeń własnych.

3.Przebieg ćwiczenia

Obserwowaliśmy wcześniej przygotowane zgłady za pomocą mikroskopu, w celu poznania mikrostruktury próbek stali poddanych wyżarzaniu .

4.Wnioski

Stal poddana procesowi wyżarzania zyskuje całkiem nowych lepszych właściwości, których nie sposób otrzymać w inny sposób . Wyżarzanie stali jest bardzo ważnym procesem w przemyśle gdyż stal wyżarzona (czyli o poprawionych właściwościach) znajduje bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle budowniczym czy też jako narzędzia .Badając próbki możemy stwierdzić jaka stal po jakim rodzaju wyżarzania w jakich warunkach będzie doskonale pracowała.

---