08.05.2007

Wykład 9

Żeliwo szare - węgiel występujący w postaci grafitu, cementyt występujący tylko w perlicie.

Żeliwo szare posiada mały skurcz odlewniczy (1%) i dobrą lejność.

Podział:

• Zwykłe

• Modyfikowane

• Sferoidalne

• Ciągliwe

Występowaniu grafitu sprzyja:

1. Duża zawartość C, Si oraz P

2. Wolne chłodzenie podczas krzepnięcia

Grawitację utrudniają Mn oraz S.

Żeliwo połowiczne - cementyt z grafitem w perlicie

Im więcej ferrytu, tym gorsze własności żeliwa.

Dobre tłumienie drgań (100 razy lepsze niż stal), są niewrażliwe na działanie karbu, dobra skrawalność, wytrzymałość na ściskanie podobna do stali, mniejsza odporność na ściskanie.

Żeliwa szare zwykłe to żeliwa gatunku 100 - 200 (oznacza to wytrzymałość na rozciąganie)

250 - 350 to żeliwa modyfikowane. Polega to na dodaniu do żeliwa modyfikatorów w trakcie procesów metalurgicznych. Są to stopy Fe z krzemem. Krzem powoduje rozdrobnienie płatków grafitu, zwiększa się liczba zarodków grafitu - polepszenie własności wytrzymałościowych.

Wykorzystanie: łoża, korpusy obrabiarek, koła zębate.

W żeliwach pojawia się eutektyka fosforowa (potrójna), nazywana steatytem:

Fe₃C + Fe₃P + Feα.

Poprawia on lejność żeliwa, krzepnie jako ostatni w temperaturze 950°C. Charakteryzuje się dużą twardością (400 - 900 HV), na zgładzie żeliwa szarego ma on formę jasnych „jeziorek”.

Żeliwa szare zwykłe oraz modyfikowane mają: 1 - 3% Si, 0,2 - 1,5% P, 0,5 - 1,5% Mn, 0,04 - 0,15% S, 2,7% C.

Żeliwa szare sferoidalne - węgiel występuje w postaci grafitu kulistego, w osnowie ferrytu lub ferrytu - perlitu.

Powstaje w procesie podwójnej modyfikacji - dodanie stopu Fe + Si₊ do ciepłego żeliwa oraz Fe + Mg. Mg działa na powierzchnię grafitu powodując jego zaokrąglenie.

Wytrzymałość dochodzi do 1000 MPa.

Oznaczenie: np. 900 - 2 (900 - wytrzymałość na rozciąganie; 2 - procent minimalnego wydłużenia.

3,5 - 4% C, 2 - 3% Si, 0,1 - 0,8% Mn, 0,02 - 0,1% P oraz S (zanieczyszczenia) 0,01 - 0,02% lub niżej. Niewielka ilość zanieczyszczeń poprawia lejność żeliw.

Zastosowanie: wały, wałki, korpusy, koła zębate, wrzeciona obrabiarek, elementy pługów rolniczych.

Hartowanie izotermiczne - powstaje struktura bainitu oraz ok. 30% austenitu szczątkowego. Bainit poprawia wytrzymałość żeliw sferoidalnych.

Żeliwa ciągliwe - otrzymywane w procesie grafityzacji z żeliwa białego - wygrzewanie odlewu z żeliwa białego w wysokiej temperaturze.

* białe W *czarne B *perlityczne P

Oznaczenie: np. W35 - 04 (wytrzymałość na rozciąganie x10; minimalne wydłużenie w procentach)

Wytrzymałość na rozciąganie jest największa w żeliwach P.

B - wyżarzanie w atmosferze utleniającej, 60 - 90 h, 950 - 100°C. W wyniku tego procesu otrzymuje się odwęgloną strukturę na powierzchni, głębiej pojawia się grafit kłaczkowy.

Atmosferą utleniającą może być ruda żelaza, hematyt Fe₂O₃ lub gaz.

B oraz P otrzymujemy w podobnych procesach - wyżarzanie w atmosferze obojętnej. B chłodzimy wolno, P - szybciej, na powietrzu lub w oleju.

Zastosowanie: przemysł motoryzacyjny, tłoki, przemysł budowlany - okucia, przemysł maszynowy - wały.

Żeliwa stopowe - z dodatkami stopowymi: chrom (zwiększa twardość, wytrzymałość, odporność na ścieranie, poprawi odporność korozyjną żeliw), nikiel, miedź, molibden (poprawa plastyczności lub odporności na utlenianie w wysokiej temperaturze).

Możliwa obróbka cieplna - wyżarzanie odprężające 500 - 600°C, czas - 1 h na 25 mm przekroju ( nie krócej niż 2 h).

Odlewy powinno się nagrzewać i studzić wolno (50°/h), by nie pękały i nie odkształcały się.

Sferoidalne oraz modyfikowane - wyżarzanie normalizujące (odporność na ścieranie), 1 h/ 25 mm przekroju.

Zachodzi dyfuzja węgla z grafitu do austenitu - zmniejszenie objętości grafitu oraz ferrytu, wzrasta udział drobnoziarnistego perlitu.

Możliwe ulepszanie cieplne - dla żeliw o osnowie ferrytycznej (sferoidalne, stopowe) oraz hartowanie izotermiczne.

Obróbka cieplno - chemiczna: chromowanie lub azotowanie.

Stale (ćw. 1)

Są to stopy Fe z C, o zawartości C do 2,11%.

Skład chemiczny:

• Stopowe

• Niestopowe

Zastosowanie:

• Konstrukcyjne

• Narzędziowe

Stopień czystości:

• Zwykłej jakości

• Wyższej jakości

• Najwyższej jakości

Zanieczyszczenia:

• Siarka

• Fosfor

• Wodór

• Tlen

Sposób wytwarzania:

• Martenowski

• Próżniowy (najwyższa czystość)

• Proszkowy

• Elektryczny (w łuku elektrycznym)

• Konwertorowy (najczęstsza)

Sposób odtleniania:

• Uspokojony - zawiera mangan, krzem, aluminium o dużym powinowactwie z tlenem, krzepnie w sposób łagodny, nie wydziela się tlenek węgla, mała zawartość tlenu w stali.

• Półuspokojona - mniejsza ilość dodatków stopowych, tworzą się pęcherzyki tlenków węgla, kąpiel wrze (burzliwy proces krzepnięcia)

• Nieuspokojona - brak dodatków stopowych, powstaje duża ilość pęcherzy tlenków węgla

Pęcherzyki usuwa się w procesie walcowania.

Rodzaj wyrobów:

• Blachy

• Pręty

• Druty

• Kształtowniki

Postać:

• Kuta

• Lana

• Ciągniona

• Walcowana na zimno/gorąco

Stan kwalifikacyjny:

• Surowy

• Zmiękczony

• Normalizowany, itd.

Stale jakościowe - nieprzeznaczone do obróbki cieplnej (za wyjątkiem wyżarzania normalizującego, odprężającego, zmiękczającego)

Ulepszanie cieplne, hartowanie powierzchniowe - dla stali specjalnych. Mają mniejszą ilość zanieczyszczeń.

Stale specjalne stopowe - odporne na korozję, do pracy w podwyższonej temperaturze, itd.

Własności stali zależą od ilości dodatków stopowych oraz od zawartości C. Im go więcej, tym większa twardość, wytrzymałość, mniejsze własności plastyczne i udarność.

Stale niestopowe - nisko- i średniowęglowe, niewielkie własności wytrzymałościowe 400 - 800 MPa. Występowanie Mn, Si - pozostaje po procesie metalurgicznym (są zawsze).

Dodatki (ksero nr 9.2) - zwiększenie hartowności

1. Własności mechaniczne:

• Twardość: Mn i Ni są silnie austenitotwórcze, jeśli nie ma tych pierwiastków - są to stale perlityczne

• Wytrzymałość: wszystkie dodatki stopowe

• Granica plastyczności: wszystkie dodatki stopowe

• Udarność: P obniża

• Sprężystość: Si i Mn (stale na sprężyny resory)

• Żarowytrzymałość: podnosi Ni, Mo, W, V

UWAGA!!!

Mn i Ni obniżają twardość w stali austenitycznej, ale podnoszą w stali perlitycznej.

2. Węglikotwórczość: Fe, Cr, wolfram, wanad, tytan, Mo

3. Odporność na korozję: Cr, Ni

Węgliki stopowe: M₃C, M₂₃C₆, M₆C, MC, M₂C

Popr. twardość, odporność na ścieranie

Stale węglowe - mało węglików, stopowe - dużo - do kilkudziesięciu %

C poprawia wytrzymałość, ale pogarsza temperaturę przejścia w stan kruchy (mniejsza udarność).

Wytrzymałość zależy od ilości zanieczyszczeń. Im ich mniej, tym lepiej. Siarka jest niekorzystna.

Dodatki zmieniają temperaturę eutektoidalna (0,5% tytanu podnosi ją do 500 - 2727°C).

Zmienia się również położenie punktu eutektoidalnego (0,8°C) (1% tytanu przesuwa go do poziomu 0,2% C).

Również rozp. Węgla w austenicie (pkt. E - 2,11°C stale węglowe): 1% tytanu przesuwa go do zawartości 0,4%C.

Wpływają na początek przemiany martenzytycznej. Udarność podnoszą: chrom, nikiel i mangan.

Stale stopowe

• Konstrukcyjne - sprężynowe, spawalne, do ulepszania cieplnego, do azotowania (zawartość Al i Cr), do nawęglania (mało węgla), na łożyska toczne (1,5% Cr)

• Narzędziowe - do pracy na zimno, na gorąco, szybkotnące

• O szczególnych właściwościach - odporne na korozję (zaw. Cr, Ni), do pracy w podwyższonej temperaturze, żaroodporne, żarowytrzymałe, o szczególnych własnościach.

Stale konstrukcyjne

Stale niskostopowe - spawalne o podniesionej wytrzymałości

Równoważnik zawartości węgla:

Stale żaroodporne - odporne na utlenianie (z zawartością Cr), niska zawartość C.

Stale żarowytrzymałe - odporne na pełzanie, na odkształcenie w podwyższonej temperaturze, odporne na utlenianie.

Stale zaworowe - przeznaczone do wykonywania elementów zaworowych w silnikach.

---