Rok IV Sekcja Odl.art. i prec. |
Katedra Tworzyw Formierskich, Technologii Formy i Odlewnictwa Metali Nieżelaznych
Pracownia Odlewnictwa |
Data ćwiczenia 19.05.10 |
Nazwisko i imię Stolarska Justyna |
|
Nr ćwiczenia 5 |
Temat ćwiczenia:
Wpływ technologii odlewania stopów metali nieżelaznych na ich mikrostrukturę. |
||
Wstęp teoretyczny
Podstawowe pojęcia:
Struktura-rozmieszczenie obiektów (atomów, faz, ziaren) w przestrzenia lub na powierzchni płaskiego zgładu z uwzględnieniem ich wzajemnej relacji (wielkości, kształtu, orientacji).
Mikrostruktura-widoczna struktura przy powiększeniu>25x
Makrostruktura-struktura widoczna „gołym okiem” lub przy niewielkich powiekszeniach<25x
Równowaga fazowa-występuje wówczas, gdy w określonych warunkach termodynamicznych stosunki ilościowe między fazami układu, tj. skład fazowy, pozostają niezmienne.
Faza- jednorodna część stopu, oddzielona od reszty stopu granicą międzyfazową
Rodzaje faz-pierwiastki, roztwory stałe, fazy międzymetaliczne
Roztwór stały-jednorodna faza o wiązaniu metalicznym, strukturze krystalicznej i właściwościach metalicznych:
rozpuszczalnik i pierwiastek rozpuszczony,
roztwory podstawowe: rozpuszczalnikiem jest pierwiastek,
roztwory wtórne: rozpuszczalnikiem jest faza międzymetaliczna,
roztwory stałe różnowęzłowe (atomy rozpuszczalnika i składnika rozpuszczonego w węzłach sieci) i międzywęzłowe (atomy składnika rozpuszczonego)
Fazy międzymetaliczne - powstają z połączenia metali lub metali z niemetalami, wykazujące właściwości metaliczne ze względu na częściowy lub całkowity udział wiązania metalicznego między atomami wchodzącymi w skład fazy.
Kryteria klasyfikacji faz:
stężenie elektronowe
wielkość atomów składników
Rodzaje faz:
elektronowe
Lavesa
międzywęzłowe
Roztwory stałe wtórne -są to roztwory, w których rozpuszczalnikiem jest faza międzymetaliczna, a składnikiem rozpuszczonym -pierwiastki tworzące fazę.
Na mikrostrukturę wpływa:
temperatura
przegrzania
zalewania
formy
składniki stopowe
wielkość wydzielających się faz
zanieczyszczenia
forma odlewnicza
piaskowa
kokila
gładkość formy
szybkość oraz środowisko chłodzenia
obróbka cieplna
obróbka plastyczna
ciśnienie
Wpływ mikrostruktury na:
własności mechaniczne
wytrzymałość na rozciągani
wytrzymałość na ściskanie
twardość
wydłużenie
przewężenie
wytrzymałość na pełzanie
udarność
własności fizyczne
odporność na korozję
własności cieplne
własności elektryczne
Główne czynniki wpływające na własności stopu, związane ze strukturą stopu
skład chemiczny ziarn,
wielkość i kształt ziarn,
budowa granic ziarn,
rodzaj, ilość, wielkość, kształt i rozmieszczenie zanieczyszczeń.
skład chemiczny współistniejących faz,
własności tych faz,
udział procentowy poszczególnych faz,
wzajemne usytuowanie faz.
Rola wymienionych czynników w kształtowaniu poszczególnych własności stopów jest różna. Na przykład własności fizyczne, a więc m.in. przewodność elektryczna i cieplna, gęstość, ciepło właściwe i rozszerzalność cieplna, zależą przede wszystkim od składu chemicznego faz i ich własności oraz udziału procentowego faz w stopie.
Innym czynnikiem istotnie wpływającym na własności mechaniczne stopów jest wielkość wydzieleń fazy międzymetalicznej. Im są one drobniejsze i bardziej równomiernie rozłożone, tym bardziej stop jest wytrzymały i twardy.
W niektórych przypadkach osnowa stopu wielofazowego jest bardziej twarda i wytrzymała od fazy tworzącej wydzielenia. Również i wtedy wytrzymałość stopu jest związana z wielkością i kształtem tych wydzieleń.
Poważny wpływ na własności mechaniczne metali i stopów wywierają także wszelkie defekty materiałowe, jak pory gazowe, zażużlenia, wtrącenia niemetaliczne, mikropęknięcia itd. Stanowią one nieciągłości materiału zmniejszające czynny przekrój elementów konstrukcyjnych, osłabiając ogólną wytrzymałość, a w wielu przypadkach stanowiące bardzo groźne koncentratory naprężeń mogące doprowadzić do przedwczesnego zniszczenia części maszyn przy obciążeniach nieprzekraczających dopuszczalnych.
W metalach i stopach obok różnych składników i zanieczyszczeń występują również gazy. Nawet metale o wysokiej czystości zawierają niewielkie ilości azotu, tlenu i wodoru, a w wielu przypadkach nawet te niewielkie ilości istotnie wpływają na niektóre własności fizyczne i mechaniczne metalu. Na przykład, już 0,015% tlenu wyraźnie obniża przewodnictwo elektryczne i plastyczność miedzi. Gazy rozpuszczone w metalu przeważnie podwyższają jego wytrzymałość, a obniżają plastyczność.
Ilość, wielkość, skład chemiczny i fazowy oraz rozłożenie wtrąceń niemetalicznych wpływają na wiele własności użytkowych stali, a zależą m.in. od metody wytopu, rodzaju i ilości użytych odtleniaczy, temperatury procesu stalowniczego, zawartości siarki i fosforu w stali itd.
Szkodliwość wtrąceń niemetalicznych wzrasta ponadto przy ich nierównomiernym rozmieszczeniu w metalu i jest tym większa, im są one większe
WNIOSKI
Na rysunkach nr 1, 2, 6 i 7 znajduje się ten sam stop AK11. W zależności od czynników można uzyskać różną strukturę. W przypadku odlewania do kokili(rys2.) uzyskuje się strukturę drobnoziarnistą oraz bardziej równomiernie rozmieszczone poszczególne fazy w porównaniu do struktury stopu odlewanego w formie piaskowej(rys.1). Drobnoziarnistą eutektykę na rys. 7 zawdzięcza się modyfikacji. Siluminy nadeutektyczne znajdują się na rys. 8 i 9, porównując zdjęcia modyfikacja znacząco rozdrobniła całą strukturę. Na rysunkach 3 i 4 znajdują się stopy Al-Cu, na zdjęciu nr 4 widać rozdrobnioną strukturę, po modyfikacji. Rysunki 5 oraz 10 są przykładami odlewów ciśnieniowych o nieporównywalnym rozdrobnieniu struktury do dotychczas omówionych przypadkach.
Należy pamiętać, że rozdrobniona struktura ma pozytywny wpływ na właściwości wytrzymałościowe odlewu, im jest ona drobniejsza, tym wytrzymałość jest wyższa.
Omawiane struktury pozwalają na sformułowanie następujących wniosków:
Modyfikacja oraz odlewanie w kokilach pozytywnie wpływa na strukturę, rozdrabniając ją. Jednakże najbardziej rozdrobnioną strukturę obserwowaliśmy w odlewach ciśnieniowych.