Metaloznawstwo L1

Mateusz

Franckowiak

Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych

Data ćwiczenia:

05.03.2013

Rok: I magisterski

Odlewnictwo 1

Metaloznawstwo i obróbka cieplna

Temat: Badania metalograficzne staliwa i żeliwa w stanie lanym

Ocena:
  1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z mikrostrukturą staliwa oraz żeliwa w stanie nieobrobionym cieplnie

  1. Część teoretyczna

Ferryt jest ferromagnetycznym międzywęzłowym stałym roztworem węgla w żelazie α. Posiada on sieć regularną przestrzennie centrowaną (typ A2). Charakteryzuje się małą rozpuszczalnością węgla: od 0,022% w temperaturze 723OC do tysięcznych części procentu w temperaturze pokojowej. Jest trwały poniżej temperatury określoną linią GPK na układzie żelazo – węgiel. Ferryt jest to miękki (80÷90 HB) i plastyczny składnik struktury (A10 = ok. 40%). Jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi 350÷500 MPa, a gęstość w temperaturze 20OC ρα = 7,87g/cm3.

Z kolei austenit jest to paramagnetyczny międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie γ o sieci regularnej, ściennie centrowanej (typ A1). Charakteryzuje się maksymalną rozpuszczalnością węgla 2,08 lub 2,11% w temperaturze przemiany eutektycznej (odpowiednio punkty Eʹ i E w układzie żelazo - węgiel.), w temperaturze przemiany eutektoidalnej (punkty Sʹ i S) zmniejsza się do 0,68 lub 0,77%. Występuje powyżej temperatury przemiany eutektoidalnej, która wynosi 727OC dla układu Fe – Fe3C (metastabilnego) oraz 738OC dla układu Fe-C (stabilnego). Jednak obecność w żeliwie i staliwie niektórych pierwiastków takich jak np. Ni, Mn, które obniżają temperaturę przemiany eutektoidalnej, jednocześnie zmieniając zakres trwałości austenitu nawet poniżej temperatury pokojowej. Austenit posiada dużą plastyczność (A10 = 40÷60%) jego wytrzymałość na rozciąganie Rm = 690÷790 MPa, twardość ok. 200 HB, a gęstość w temperaturze 20OC wynosi ργ = 8,22 g/cm3.

Martenzyt jest to silnie przesycony roztwór stały węgla w żelazie α o sieci tetragonalnej. Otrzymany wskutek bezdyfuzyjnej przemiany austenitu. Temperatura początku tej przemiany (leżąca poniżej zakresu temperatury przemiany bainitycznej) oznacza się Ms, zależy od składu chemicznego roztworu (obniża się wraz ze wzrostem zawartości C, Mn, Ni, Cr i Mo). Dolną granicą zakresu temperatury przemiany martenzytycznej oznacza się symbolem Mf.

Grafit występuje w żeliwie w różnych ilościach, postaciach wydzieleń, kształtach, rozmieszczeniach i wymiarach. Jednak zawsze krystalizuje w układzie heksagonalnym, o charakterystycznej budowie warstwowej. Jest składnikiem miękkim o znikomej wytrzymałości, niskiej gęstości ρ = 2,22 g/cm3. Sieć krystaliczna jest specyficzna, gdzie w poprzecznych warstwach istnieją wiązania kowalencyjne o energii ok. 420 kJ/mol, a pomiędzy nimi występuje słabe wiązania molekularne, zbliżone do wiązań Van der Waalsa o energii równej ok. 4÷10 kJ/mol. Zazwyczaj budowa takiego grafitu przestawiona jest w formie bryły sześciobocznej o charakterystycznych kierunkach.

Cementyt (nazywany również węglikiem żelaza) krystalizuje w układzie rombowym (typ DO11). Zawiera 6,67% węgla, jest składnikiem twardym i kruchym (twardość 800 HB), temperatura topnienia wynosi ok. 1600OC oraz nie ulega przemianom alotropowym, a poniżej temperatury 210÷215OC przechodzi w stan magnetyczny.

Perlit jest mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu o zawartości węgla 0,77% (punkt S). Charakteryzuje się budową płytkową o stosunku grubości płytek cementytu do grubości płytek ferrytu wynosi ok. 1:7. Właściwości perlitu w dużej mierze zależą od grubości płytek cementytu i ferrytu, oraz od składu chemicznego. Zazwyczaj perli charakteryzuje się następującymi właściwościami mechanicznymi: Rm = 700÷1200 MPa, A10 = ok. 8%, twardość ok. 250 HB.

Ledeburyt jest eutektyką złożonym z mieszaniny nasyconego austenitu i cementytu, zawierający 4,3%C, krystalizujący w temperaturze 1148OC. W temperaturze 727OC austenit przechodzi przemianę w perlit, z tego względu ledeburyt poniżej tej temperatury, nazywamy ledeburytem przemienionym, który składa się z perlitu, cementytu. Jest składnikiem twardym o HB = 450, nie wykazującym wydłużenia.

  1. Przebieg ćwiczenia

Podczas zajęć laboratoryjnych zostało przeprowadzone jakościowe badanie mikrostruktury sześciu próbek, różniących się zawartością węgla.

W przypadku próbki nr 1 (rys.1) zawartość węgla wynosi 5%. Za zdjęciu metalograficznym widać dwie fazy: długie białe płytki cementytu pierwszorzędowego oraz ledeburyt przemieniony.

Próbka nr 2 w której zawartość węgla wynosi ok. 3% charakteryzuje się trzema fazami występującymi w stopie: ciemny perlit, jasny cementyt drugorzędowy oraz ledeburyt przemieniony.

Na zdjęciu metalograficznym próbki nr 3 (zawartość węgla ok. 1,5%) można zauważyć dwie fazy: iglaste wydzielenia cementytu drugorzędowego oraz ciemny perlit.

W przypadku próbki nr 4 zmniejszenie zawartości węgla w stopie do ok. 0,6% spowodowało do zwiększenia objętościowego udziału perlitu, oraz do niewielkich iglastych wydzieleń ferrytu.

Dalsze zmniejszanie zawartości węgla do ok.0,3% (próbka nr 5) doprowadziło do zwiększenia udziału ferrytu, które mają kształt igieł na rzecz udziału perlitu.

W stopie przedstawionym na ostatniej fotografii metalograficznej zawartość węgla jest równa zawartości węgla odpowiadający punktowi P, która charakteryzuje się niemal ferrytyczną osnową z niewielkimi wydzieleniami cementytu trzeciorzędowego na granicach ziarn.

  1. Wnioski

Wraz ze wzrostem zawartości węgla w układzie żelazo – węgiel, mikrostruktura zmienia się pod względem jakościowym, jak i ilościowym. Rozpatrując zakres węgla w przedziale 0÷0,77%, widać, że wraz ze wzrostem zawartości węgla w stopie zwiększa się zawartość perlitu, wypierając ferryt. Dalsze zwiększenie węgla powoduje, że nadmiar węgla zaczyna się wiązać w postaci cementytu drugorzędowego (zawartość węgla w perlicie wynosi 0,77%), taki efekt jest zauważalny do zawartości węgla równej 2,11%. Dalsze zwiększanie węgla, powoduje wydzielanie się i zwiększenie udziału objętościowego ledeburytu przemienionego, aż do zawartości 4,3% gdzie znajduje się 100% ledeburytu przemienionego. Dalsze zwiększanie węgla powoduje, że w temperaturze pokojowej zwiększa się udział objętościowy cementytu pierwotnego, aż do zawartości 6,67% gdzie znajduje się 100% Fe3C.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Złożone konstrukcje metalowe
Konstrukcje metalowe egzamin1
Konstrukcje metalowe 1 Przyklad 8 Polaczenia srubowe
D semestr 5 konstrukcje metalowe wstępny Model (2
7 wyklad konstrukcji metalowych
L1-1a, Ratownictwo Medyczne, Materiały ze studiów, Medycyna Ratunkowa
Sprawko badanie twardosci, Studia, WIP PW, I rok, MATERIAŁY METALOWE I CERAMICZNE, SPRAWOZDANIA
sciaga egzam ULA, Studia, Konstrukcje metalowe I, Egzamin
CERAMIKA, Studia, Materiałoznastwo, Metaloznastwo i Podstawy Obrobki Cieplnej, Meteloznastwo
Konstrukcje metalowe - Tematy zajęć, Budownictwo S1, Semestr IV, Konstrukcje metalowe, Labolatorium
s1, Studia, Materiałoznastwo, Metaloznastwo i Podstawy Obrobki Cieplnej, Meteloznastwo
biegus, konstrukcje metalowe podstawy, Długości wyboczeniowe prętów
biegus, konstrukcje metalowe podstawy, Słupy złożone
L1 wzmacniacz opera(1)
instrukcja bhp czyszczenia mycia i dezynfekcji metalowych opakowan zwrotnych

więcej podobnych podstron