Walczak Marcin |
LABORATORIUM Z METALOZNAWSTWA
|
||
Temat ćwiczeni laboratoryjnego: BADANIA MIKROSKOPOWE STALI. BADANIA MIKROSKOPOWE ŻELIW I METALI NIEŻELAZNYCH |
|||
Grupa Rok 22 II
|
Data 1997.12.02 1997.12.09 |
Ocena |
Podpis |
Wiadomości teoretyczne.
Klasyfikacja stali.
Stalą nazywa się obrobiony plastycznie, obrabialny cieplnie stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami zawierający teoretycznie do 2,06%C a praktycznie do 1,5%C.
Stal jest materiałem konstrukcyjnym znajdującym powszechne zastosowanie niemal we wszystkich gałęziach przemysłu.
Kryteria podziału, w oparciu o które klasyfikuje się stale są następujące:
a) Skład chemiczny:
stale węglowe,
stale stopowe.
b) Podstawowe zastosowanie:
stale konstrukcyjne,
stale narzędziowe,
stale o szczególnych własnościach.
c) Stopień czystości stali. Zależnie od dopuszczalnej zawartości fosforu i siarki rozróżnia się stale:
zwykłej jakości (P=0,050% i S=0,050%),
wyższej jakości (P<0,04% i S<0,04%).
d) Szczegółowe przeznaczenie - poszczególne grupy stali węglowych i stopowych, konstrukcyjnych, narzędziowych i o szczególnych własnościach dzieli się na niższe grupy wg szczegółowego przeznaczenia.
Żeliwa.
Żeliwa są stopami odlewniczymi na osnowie żelaza o zawartości węgla w granicach 2,0÷3,8%, szeroko stosowanymi w budowie maszyn. Dużą popularność zdobyły żeliwa szare dzięki takim zaletom, jak:
a) łatwość odlewania nawet skomplikowanych kształtów w formach piaskowych lub metalowych,
b) możliwość ograniczenia obróbki skrawaniem do minimum oraz dobra skrawalność,
c) dobra wytrzymałość (zbliżona do stali nisko- lub średniowęglowych),
duża zdolność tłumienia drgań,
dobra odporność na ścieranie,
mała rozszerzalność cieplna,
niski koszt wytwarzania.
Do wad żeliw należy zaliczyć głównie ich małą ciągliwość i udarność oraz małą wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu z wytrzymałością na ściskanie.
W budowie maszyn są stosowane głównie żeliwa szare i wysokojakościowe - stopowe, sferoidalne, modyfikowane i ciągliwe. Żeliwa zabielone są stosowane tylko w wyjątkowych przypadkach, natomiast żeliwa białe stosuje się głównie jako półprodukt przy wytwarzaniu żeliw ciągliwych.
Przebieg ćwiczenia.
W ćwiczeniu pierwszym obserwowaliśmy dwie próbki ze stali:
W pierwszej próbce zaobserwowaliśmy grube igły bainitu dolnego w osnowie austenitu szczątkowego, co oznacza, że badaną próbką jest stal NC6.
Drugą próbkę stanowi dwufazowy mosiądz podobny do mosiądzu M60.
Jasne pola to faza α, a ciemne faza β.
W ćwiczeniu drugim zajęliśmy się żeliwami.
Pierwszą próbkę charakteryzowały widoczne wydzielenia grafitu. Oznaczało to, że badanym materiałem jest żeliwo sferoidalne o osnowie ferrytycznej.
Drugą próbkę charakteryzowały białe obszary, czyli cementyt pierwotny, oraz ciemne obszary - ledeburyt przemieniony. Badanym materiałem było żeliwo białe.
Wnioski.
Żeliwa:
Wyjściowy stop żelaza z węglem otrzymuje się dziś prawie wyłącznie z wielkiego pieca jest to tzw. surówka, zawierająca od 3-4,5 %C.
Surówka przetopiona poraz wtóry ze złomem żeliwnym lub stalowym i dodatkami (jak np. żelazo-krzem, żelazo-mangam) nosi nazwę żeliwa. Węgiel może występować w surówce lub w żeliwie albo w postaci grafitu albo związany z żelazem w postaci węglika żelaza czyli cementytu. Jeżeli większa część zawartego węgla wydzieli się w postaci grafitu, to przełom takiej surówki lub żeliwa ma barwę szarą.
Żeliwo szare odznacza się dobrymi własnościami odlewniczymi, jest rzadko płynne, dobrze wypełnia formy i po skrzepnięciu daje skurcz około 1%; odlewy o przełomie szarym cechuje dobra obrabialność. Jeżeli węgiel występuje w surówce pod postacią cementytu, to barwa przełomu jest jasna; mamy wówczas surówkę lub żeliwo białe. Wskutek obecności cementytu, który jest najtwardszym składnikiem, żeliwo białe jest twarde, kruche, trudno obrabialne i ma gorsze własności odlewnicze (gęstopłynność i skurcz do 2%).
Struktura surówek i żeliwa zależna jest głównie od składu chemicznego i szybkości stygnięcia. Z głównych składników żeliwa - krzem sprzyja wydzielaniu się grafitu, a więc powstawaniu przełomu szarego, mangan odwrotnie - wpływa na wydzielanie się węgla pod postacią cementytu, a więc na powstawanie przełomu białego. Wolne stygnięcie sprzyja grafityzacji i powstawaniu przełomu szarego, szybkie natomiast - wydzielaniu się cementytu, i tworzeniu się przełomu białego.
Stale:
Stopy o zawartości mniej niż 2% C są kowalne i noszą nazwę stali. Stal otrzymuje się z surówki drogą świerzenia, która polega na wypalaniu nadmiaru węgla.
Stalami węglowymi nazywa się stale, których głównym składnikiem jest C. Pozostałe składniki występują w niewielkich ilościach pochodzących z procesów metalurgicznych, związanych z otrzymywaniem stali; należą do nich mangan, krzem, niewielkie ilości niklu i chromu pochodzące ze złomu oraz, określane jako zanieczyszczenia: siarka i fosfor.
Stal NC6 - stal narzędziowa do pracy na zimno. Głównymi dodatkami tych stali są: chrom (do 12%), wolfram (do 9%) i wanad (do 2%, zwykle jednak ok. 0,25%). Nieliczne z nich mają zwiększoną zawartość manganu, krzemu, niklu lub molibdenu.
Stal NC6 zaliczamy do pierwszej grupy tych stali. Są to stale nisko- i średniostopowe o zawartości ok. 1%C - nadeutektoidalne, o małej lub średniej hartowności. Mają one po zahartowaniu wysoką twardość, ale stosunkowo małą odporność na odpuszczanie, zwłaszcza w stalach bez wolframu (m. in. NC6). Są hartowane w wodzie lub oleju. Wykonuje się z nich narzędzia skrawające z małymi prędkościami do obróbki papieru, gumy, drewna oraz metalu (gwintowniki, narzynki piłki), sprawdzianów i przyrządów pomiarowych.
Skład stali NC6 - C=1,4%, Mn=0,6%, Si=0,25%, Cr=1,5%.
Mosiądze dzieli się na jednofazowe α, dwufazowe (α+β) i rzadziej stosowane mosiądze jednofazowe β. Skład strukturalny mosiądzu ma bardzo duży wpływ na jego własności ze względu na znaczne różnice własności faz α i β.
Roztwór α cechuje się dobrą plastycznością w temp. pokojowej, a gorszą w zakresie 300 —700°C i dlatego mosiądze o takiej strukturze są obrabiane plastycznie na zimno. Twardość i wytrzymałość mosiądzu α wzrasta ze zwiększaniem zawartości cynku.
Faza β ma dużą wytrzymałość (Rm = 420 MPa ),ale jest mniej plastyczna (A=7%) niż roztwór stały α i jest trudno obrabialna plastycznie na zimno. Dlatego też mosiądze dwufazowe α+β obrabia się zwykle na gorąco.
Dwufazowy skład mosiądzów wpływa na zwiększenie ich twardości i wytrzymałości kosztem obniżenia plastyczności. Oprócz mosiądzu do obróbki plastycznej stosuje się również mosiądze odlewnicze o większej zawartości cynku z dodatkiem ołowiu w celu polepszenia ich skrawalności.
Żeliwo sferoidalne - główną wadą żeliw szarych jest ich mała ciągliwość i udarność, spowodowana płatkowym charakterem wydzieleń grafitu. Produktem wyjściowym do wytworzenia żeliwa sferoidalnego jest żeliwo o składzie odpowiadającym żeliwu szaremu, z tym że musi ono być dobrze odsiarczone. Po dodaniu stopu magnezu zwykle przeprowadza się jeszcze dodatkową modyfikacje żelazo-krzemem. W wyniku tego po skrzepnięciu otrzymuje się żeliwo o osnowie ferrytycznej lub perlitycznej z kulistymi wydzieleniami grafitu.
Własności żeliwa sferoidalnego na osnowie ferrytycznej Rm=400-500MPa, HB=127-187, A=10-15%. Zastosowanie: w przemyśle budowy maszyn do wytwarzania kół zębatych, wałów korbowych silników, walców, pierścieni tłokowych.
Żeliwo białe - (nazwa pochodzi od jasnego przełomu), w którym cały węgiel jest związany zawiera w strukturze ledeburyt przemieniony z cementytem pierwotnym lub perlitem. Jest ono bardzo twarde, ale zarazem kruche. Nie można go obrabiać mechanicznie przez skrawanie, lecz jedynie szlifować. Jest stosowane jako półprodukt do wytwarzania żeliwa ciągliwego.
4
5