Badania mikroskopowe żeliw

1. Układ równowagi fazowej żelazo- cementyt i żelazo- grafit.

2,0 4,3 6,67 %C

Żeliwa są to stopy żelaza z węglem, zawierające od 2 do ok. 6 % węgla. Poza tym zawierają również inne pierwiastki oraz dodatki stopowe. Żeliwa otrzymuje się przez przetopienie surówki z domieszką złomu żeliwowego i stalowego w piecach szybowych- żeliwniakach płomiennych albo elektrycznych.

2. Rodzaje żeliw:

Żeliwa węglowe są to stopy żelaza z weglem, zawierające teoretycznie powyżej 2,06% C, a praktycznie 2,5-4,5%C. Poza tym żeliwa te podobnie jak stale zawsze zawierają pewne ilości krzemu, manganu, fosforu i siarki.. Większość żeliw odznacza się niską plastycznością. Węgiel w żeliwach może występować w dwóch postaciach:

• w stanie wolnym jako grafit

• w przestrzeni wiązanej w cementycie

Żeliwa węglowe dzielimy na:

• Żeliwo białe- cały węgiel występuje w połączeniu z żelazem w postaci cementytu Fe3C, dlatego też przełom tych żeliw jest jasny.

• podeutektyczne o zawartości 2- 4,3 % C (perlit, cementyt wtórny, ledeburyt przemieniony)

• eutektyczne o zawartości 4,3 % C (ledeburyt przemieniony)

• nadeutektyczne powyżej 4,3 % C (cementyt pierwotny na tle ledeburytu przemienionego)

Są one bardzo twarde i kruche i praktycznie nie skrawalne. Dlatego stosuje się je do

dalszego przerobu na żeliwa ciągliwe.

• Żeliwo szare- cały węgiel lub jego część występuje w postaci wolnej- grafitu, dlatego przełom tych żeli w jest matowoszary. Ilość węgla może się wahać od 0 do 4,3 % C. Mikrostruktura posiada nst składniki: osnowę metaliczną, grafit, eutektykę fosforową oraz wtrącenia niemetaliczne. Rozróżnia się cztery grupy żeliw szarych:

• ferrytyczne (ferryt i grafit)

• ferrytyczno- perlityczne (ferryt, perlit i grafit)

• nadeutektoidalne (perlit, cementyt wtórny i grafit)

Na powstawanie żeliwa szarego maja wpływ:

- dobór zawartości węgla

- obecność krzemu

• powolne chłodzenie

Pierwiastki zmniejszające proces grafityzacji:

- mangan i siarka

• Steadyt -potrójna eutektyka fosforowa- widoczna w nie wytrawionym żeliwie. Jest twardy i kruchy, a rozmieszany w żeliwie podnosi jego odporność na ścieranie

• Żeliwo modyfikowane- dodatki stopowe powodują rozdrobnienie grafitu. Modyfikatorem jest żelazo- krzem; wapnio- krzem; aluminium lub mieszanina tych składników nadające żeliwu wysokie własności wytrzymałościowe.

• Żeliwo sferoidalne- grafit ma zbliżony kształt do kulistego. Otrzymywane gdy doda się do ciekłego żeliwa ceru lub magnezu. Podstawowymi składnikami struktury osnowy metalicznej są perlit i ferryt lub ferrytyczno - perlityczna.

• Żeliwo ferrytyczne- z grafitem płatkowym.

• Żeliwo perlityczne- z grafitem płatkowym ale do 0,8 % C.

• Żeliwo ferrytyczno- perlityczne- z grafitem płatkowym- żeliwo handlowe.

• Żeliwo czarne- ciągliwe (struktura ferrytyczna), uzyskiwane z białego w wyniku wyżarzenia, w którym cementyt przechodzi w grafit żarzenia.

• Żeliwo białe- grafit wypala się w wyniku żarzenia- odwęgla się.

Żeliwa stopowe są to żeliwa zawierające dodatkowo pierwiastki takie jak nikiel, chrom, molibden, aluminium, tytan, wanad, miedź, wolfram, bor lub zwiększone ilości krzemu i manganu. Dobór tych składników oraz ich wzajemne stosunki iloścowe decydują o własnościach wytrzymałościowych żeliw stopowych, ich odporności na ścieranie i działanie środowisk korozyjnych oraz na oddziaływanie utleniających atmosfer w wysokich temperaturach. Żeliwa stopowe dzielimy na:

• żeliwa stopowe żaroodporne

• żeliwa stopowe odporne na korozję

• żeliwa stopowe odporne na ścieranie

3. Część zadaniowa

• Określić % zawartość składników strukturalnych żeliwa białego (%perlitu, % ledeburytu przemienionego, %Fe₃C), gdy zawartość węgla wynosi

1. 4%C

0,8 4 4,3

%Lp(4-0,8)/(4,3-0,8)*100%=91%

P=9%

2. 5,4%C

4,3 5,4 6,67

%Fe₃C=(5,4-4,3)/(6,67-4,3)*100%=46%

Lp=54%

• Określić % zawartości grafitu w żeliwach szarych o następujących zawartościach węgla i strukturze osnowy metalicznej

1. 3,5%C 30% perlitu + 70% ferrytu

%g=3,5-(30*0,8+70*0,008)=3,5-0,2456=3,2544

2. 5,2%C 93% perlitu i 7% Fe₃C

5,2-(0,93*0,8+0,07*6,67)=5,2-1,2109=3,9891

• Wykorzystując graficzne zależności pomiędzy składem chemicznym, warunkami chłodzenia, a strukturą żeliw określ:

1. strukturę osnowy metalicznej odlewu o grubości ścianki 25mm wykonanego z żeliwa zawierającego 4%C i 1,25%Si

Żeliwo szare

2. przyjmując że gęstość ferrytu i perlitu 7,85g/cm³, a gęstość grafitu 2,3g/cm³, oblicz objetościowy udział grafitu w strukturze w % objętościowych.

%_objgrafitu=[%_cgrafitu*100%]:[0,293%_cF,P+%_cgrafitu]

4-(0,008*50%+0,8*50%)=3,6

(3,6/(0,293*96,4+3,6))*100%=11,6%

4 Wnioski

Na podstawie obserwacji mikroskopowych możemy poznać strukturę, a tym samym rodzaj żeliwa. Dzięki tym obserwacjom możemy określić objętościowy udział grafitu w strukturze, a przy pomocy obliczeń można określić ciężarowy udział grafitu w stopie.

---