Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE

WYDZIAŁ INŻYNIERYJNO – EKONOMICZNY TRANSPORTU

Instytut Inżynierii Transportu

Zakład Techniki Transportu

INSTRUKCJA

Żelazo i jego stopy cz. II : Żeliwa

MATERIAŁOZNAWSTWO I NAUKA O MATERIAŁACH

LABORATORIUM

Opracował:

dr inż. Jarosław Chmiel

mgr inż. Joanna Tuleja

Zatwierdził:

dr inż. Jarosław Chmiel

Obowiązuje od: wrzesień 2012

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

1.

Wprowadzenie

Stopy

żelaza

należą

do

najważniejszej

grupy

materiałów

konstrukcyjnych stosowanych przez człowieka. Wykorzystywane są od ok.

2000 roku p.n.e. i prawdopodobnie jeszcze długo ten stan się nie zmieni.

Przyczyny popularności tej grupy materiałów wynikają z:

-

powszechności występowania w skorupie ziemskiej żelaza (ok. 4,5%)

najczęściej w postaci tlenków z których we względnie łatwy sposób

można odzyskać żelazo;

-

względnie niska temperatura topnienia żelaza 1583°C umożliwia jego

otrzymywanie w stanie ciekłym co jest szczególnie istotne przy

formowaniu i kształtowaniu, niemożność wystąpienia dyfuzji w stanie

stałym co powoduje, że właściwości stopów żelaza w temperaturze

otoczenia pozostają niezmienne;

-

stopy żelaza charakteryzują się występowaniem przemian fazowych,

efektem tego jest możliwość uzyskania materiałów konstrukcyjnych o

bardzo różnorodnych właściwościach, które możemy dostosować do

naszych potrzeb.

Na dzień dzisiejszy ponad 90% materiałów metalicznych stosowanych

przez człowieka stanowią stopy żelaza.

2.

Podstawowe pojęcia

Podstawowymi składnikami materiałów metalicznych żelaznych są:

żelazo; węgiel.

Stopy żelaza ze względu na zawartość węgla dzielimy na: staliwa i stale;

żeliwa i surówki.

Żeliwo - jest stopem żelaza z węglem o zawartości węgla teoretycznie powyżej

2%, praktycznie powyżej 1,5%.

W przemyśle krajowym z żeliwa wykonuje się ponad 85% odlewów.

Klasyfikacja żeliw

Klasyfikacja żeliwa jako podstawę przyjmuje strukturę stopu: w

szczególności postać występowania węgla oraz kształt wydzieleń grafitu.

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Skład chemiczny ma znaczenie tylko w przypadku żeliw o specjalnych

właściwościach

Ogólnie żeliwa dzielimy na:

-

białe;

-

szare (zwykłe, modyfikowane, sferoidalne, ciągliwe);

-

stopowe.

Ze względu na postać występowania węgla żeliwa możemy podzielić na:

-

białe, węgiel w postaci cementytu;

-

szare, węgiel w postaci grafitu;

-

połowiczne (pstre lub nadperlityczne), węgiel występuje w postaci

-

grafitu i cementytu.

Ze względu na rodzaj osnowy żeliwa dzielimy na:

-

ferrytyczne;

-

perlityczne,

-

ferrytyczno - perlityczne.

Ogólne właściwości żeliw

-

dobra lejność, dzięki niskiej temperaturze topnienia i

dobrej rzadkopłynności;

-

skurcz odlewniczy żeliwa białego jest taki sam jak staliwa (1,6 - 2.1%),

natomiast skurcz odlewniczy żeliwa szarego jest bardzo mały 0,6 -

1,1%, ubytek objętości podczas krzepnięcia stopu jest

rekompensowany przez wzrost objętości wskutek procesu grafityzacji;

-

skrawalność żeliwa jest różna - białe są trudno skrawalne ze względu

na bardzo wysoką twardość, szare dzięki wydzieleniom grafitu

przerywającym osnowę metaliczną są dobrze skrawalne;

-

kruchość spowodowana obecnością cementytu w żeliwie białym lub

grafitu w żeliwie szarym;

-

mała plastyczność i wrażliwość na naprężenia cieplne sprawia, że

żeliwa są trudnospawalne;

-

ok. 4 razy jest większa odporność żeliw na przenoszenie

obciążeń ściskających w porównaniu z rozciągającymi.

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Rodzaj
żeliwa

Szare

Białe

Zalety

-

łatwość odlewania nawet
skomplikowanych kształtów;

-

możliwość ograniczenia
obróbki skrawaniem do minimum
oraz dobra skrawalność;

-

dość dobra wytrzymałość,
zbliżona do stali nisko- lub
średniowęglowych;

-

duża zdolność tłumienia drgań (5
razy większa niż stali);

-

duża odporność na ścieranie;

-

bardzo dobre własności
ślizgowe

-

mała rozszerzalność cieplna
(cechy 5 i 6 spowodowały
masowe zastosowanie żeliw w
przemyśle motoryzacyjnym na cylindry,
tłoki i pierścienie ślizgowe);

-

wyjątkowo mała wrażliwość na
działanie karbu;

-

niski koszt wytwarzania;

-

możliwość stosowania obróbki cieplnej.

-

jest bardzo
twarde i odporne na
ścieranie i zachowuje te
cechy do temperatur
przekraczających 400°C;

-

jest odporne chemicznie.

Wady

-

mała ciągliwość i udarność,

-

mała wytrzymałość na rozciąganie w
porównaniu z wytrzymałością na
ściskanie,

-

mogą mieć niejednorodną
strukturę zależną od grubości
ścianki;

-

mogą być porowate oraz
zawierać rzadzizny i jamy skurczowe;

-

odlewy kokilowe cechują duże
naprężenia wewnętrzne dlatego
powinny być odprężane.

-

ze względu na
dużą twardość obróbka
żeliwa białego wymaga
odpowiednich narzędzi
np. węglików spiekanych;

-

Ze względu na
własności
żeliwo białe ma
ograniczone
zastosowanie do odlewów
odpornych na ścieranie
nie
wymagających
większej
obróbki skrawaniem;

-

konieczne jest
utworzenie w jednym
procesie produktu
finalnego ze względu na
trudności obróbkowe.

Zastoso-
wanie

Łoża obrabiarek, skrzynie biegów,
płyty fundamentowe silników,
pierścienie tłokowe, tłoki, tuleje i bloki
cylindrowe oraz panewki, ruszty, płyty i
drzwi pieców, grzejniki c. o., wanny,
zlewy, rożna, naczynia kuchenne itp.

Wykładziny i ślimaki
mieszalników i
przenośników materiałów
sypkich, kule młynów,
kulowych, klocki
hamulcowe, walce hutnicze

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Czynniki wpływające na tworzenie się grafitu w żeliwach

Istotny wpływ na proces grafityzacji wywierają domieszki i zanieczyszczenia:

-

Si i P ułatwiają grafityzację;

-

Mn i S przeciwdziałają grafityzacji, powodują zabielenie żeliwa..

Oprócz składu chemicznego na strukturę i własności żeliw wpływa

szybkość chłodzenia odlewów

3. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze strukturami różnych rodzajów

żeliw, ich własnościami, zastosowaniem i oznaczeniami

4.

Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie polega na dokładnej obserwacji struktur różnych rodzajów

żeliw. Wykonujący ćwiczenie ma za zadanie zidentyfikować badane materiały

i wskazać poszczególne elementy struktury analizowanych stopów

5.

Sprawozdanie

Sprawozdanie powinno zawierać:

-

definicje żeliwa;

-

podstawowe sposoby klasyfikacji żeliw,

-

rysunki mikrostruktur identyfikowanych żeliw wraz z dokładnymi

-

opisami poszczególnych składników fazowych i strukturalnych;

-

wytyczne dotyczące oznaczania analizowanych grup materiałów;

-

przykłady zastosowania poszczególnych grup żeliw.

-

6.

Wymagania

-

Podstawowe pojęcia charakteryzujące żeliwa

-

Sposoby klasyfikacji żeliw.

-

Definicje składników fazowych i strukturalnych żeliw.

-

Właściwości żeliw.

-

Przykłady zastosowania żeliw.

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

7.

Literatura

1.

Prowans St.: Materiałoznawstwo", PWN, Warszawa 1986 Blicharski
M.: „Wstęp do inżynierii materiałowe/', WNT, Warszawa 2001 (

2.

Dobrzański L.A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o
materiałach", WNT, Warszawa 1999

3.

Topoliński T.: Materiałoznawstwo", WUATR, Bydgoszcz 1999

4.

Domke W.: „Vademecum materiałoznawstwa", WNT, Warszawa 1989

5.

Przybyłowicz K. Metaloznawstwo