Akademia Morska w Szczecinie
Instytut In\
ynierii Transportu
Zakład Techniki Transportu
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotów
Materiałoznawstwo
i
Nauka o materiałach
Identyfikacja materiałów konstrukcyjnych \
elaznych - \
eliwa
Opracowała: mgr in\
. Joanna Tuleja
Zatwierdził: dr in\
. Jarosław Chmiel
Szczecin 2008
2
1. Wprowadzenie
Stopy \
elaza nale\
Ä… do najwa\
niejszej 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 \
elaza (ok. 4,5%) najczęściej w
postaci tlenków z których we względnie łatwy sposób mo\
na odzyskać \
elazo;
- względnie niska temperatura topnienia \
elaza 1583°C umo\
liwia jego otrzymywanie w
stanie ciekłym co jest szczególnie istotne przy formowaniu i kształtowaniu, niemo\
ność
wystąpienia dyfuzji w stanie stałym co powoduje, \
e właściwości stopów \
elaza w
temperaturze otoczenia pozostajÄ… niezmienne;
- stopy \
elaza charakteryzują się występowaniem przemian fazowych, efektem tego jest
mo\
liwość uzyskania materiałów konstrukcyjnych o bardzo ró\
norodnych
właściwościach, które mo\
emy dostosować do naszych potrzeb.
Na dzień dzisiejszy ponad 90% materiałów metalicznych stosowanych przez człowieka
stanowiÄ… stopy \
elaza.
2. Podstawowe pojęcia
Podstawowymi składnikami materiałów metalicznych \
elaznych sÄ…: \
elazo; węgiel.
Stopy \
elaza ze względu na zawartość węgla dzielimy na: staliwa i stale; \
eliwa i surówki.
śeliwo - jest stopem \
elaza z węglem o zawartości węgla teoretycznie powy\
ej 2%,
praktycznie powy\
ej 1,5%.
W przemyśle krajowym z \
eliwa wykonuje się ponad 85% odlewów.
Klasyfikacja żeliw
Klasyfikacja \
eliwa jako podstawę przyjmuje strukturę stopu: w szczególności postać
występowania węgla oraz kształt wydzieleń grafitu. Skład chemiczny ma znaczenie tylko w
przypadku \
eliw o specjalnych właściwościach
Ogólnie \
eliwa dzielimy na:
- białe;
- szare (zwykłe, modyfikowane, sferoidalne, ciągliwe);
- stopowe.
Ze względu na postać występowania węgla \
eliwa mo\
emy 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 \
eliwa dzielimy na:
- ferrytyczne;
3
- perlityczne,
- ferrytyczno - perlityczne.
Ogólne właściwości żeliw
- dobra lejność, dzięki niskiej temperaturze topnienia i dobrej
rzadkopłynności;
- skurcz odlewniczy \
eliwa białego jest taki sam jak staliwa (1,6 - 2.1%), natomiast
skurcz odlewniczy \
eliwa szarego jest bardzo mały 0,6 - 1,1%, ubytek objętości
podczas krzepnięcia stopu jest rekompensowany przez wzrost objętości wskutek
procesu grafityzacji;
- skrawalność \
eliwa jest ró\
na - białe są trudno skrawalne ze względu na bardzo
wysoką twardość, szare dzięki wydzieleniom grafitu przerywającym osnowę
metalicznÄ… sÄ… dobrze skrawalne;
- kruchość spowodowana obecnością cementytu w \
eliwie białym lub grafitu w \
eliwie
szarym;
- mała plastyczność i wra\
liwość na naprę\
enia cieplne sprawia, \
e \
eliwa sÄ…
trudnospawalne;
- ok. 4 razy jest większa odporność \
eliw na przenoszenie obciÄ…\
eń
ściskających w porównaniu z rozciągającymi.
Rodzaj \
eliwa Szare Białe
Zalety - łatwość odlewania - jest bardzo twarde i
nawet skomplikowanych odporne na ścieranie i
kształtów; zachowuje te cechy do
- mo\
liwość ograniczenia temperatur przekraczających
obróbki skrawaniem do 400°C;
minimum oraz dobra - jest odporne chemicznie.
skrawalność;
- dość dobra
wytrzymałość, zbli\
ona do
stali nisko- lub
średniowęglowych;
- du\
a zdolność tłumienia
drgań (5 razy większa ni\

stali);
- du\
a odporność na ścieranie;
- bardzo dobre
własności ślizgowe
- mała rozszerzalność
cieplna (cechy 5 i 6
spowodowały masowe
zastosowanie \
eliw w
4
przemyśle motoryzacyjnym na
cylindry, tłoki i pierścienie
ślizgowe);
- wyjątkowo mała
wra\
liwość na działanie karbu;
- niski koszt wytwarzania;
- mo\
liwość stosowania obróbki
cieplnej.
Wady - mała ciągliwość i udarność, - ze względu na du\
Ä…
- mała wytrzymałość na twardość obróbka \
eliwa
rozciąganie w porównaniu białego wymaga odpowiednich
z wytrzymałością na narzędzi np. węglików
ściskanie, spiekanych;
- mogą mieć niejednorodną - Ze względu na własności
strukturÄ™ zale\
nÄ… od \
eliwo białe ma ograniczone
grubości ścianki; zastosowanie do odlewów
odpornych na ścieranie nie
- mogą być porowate
wymagających większej
oraz zawierać rzadzizny i
obróbki skrawaniem;
jamy skurczowe;
- odlewy kokilowe cechujÄ… - konieczne jest utworzenie w
jednym procesie produktu
du\
e naprÄ™\
enia wewnętrzne
finalnego ze względu na
dlatego powinny być
trudności obróbkowe.
odprÄ™\
ane.
A
o\
a obrabiarek, skrzynie Wykładziny i ślimaki
Zastosowanie
biegów, płyty fundamentowe mieszalników i przenośników
silników, pierścienie tłokowe, materiałów sypkich, kule
tłoki, tuleje i bloki cylindrowe młynów, kulowych, klocki
oraz panewki, ruszty, płyty i hamulcowe, walce hutnicze
drzwi pieców, grzejniki c. o.,
wanny, zlewy, ro\
na, naczynia
kuchenne itp.
Czynniki wpływające na tworzenie się grafitu w \
eliwach
Istotny wpływ na proces grafityzacji wywierają domieszki i zanieczyszczenia:
- Si i P ułatwiają grafityzację;
- Mn i S przeciwdziałają grafityzacji, powodują zabielenie \
eliwa..
Oprócz składu chemicznego na strukturę i własności \
eliw wpływa szybkość
chłodzenia odlewów
3. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze strukturami ró\
nych rodzajów \
eliw, ich
własnościami, zastosowaniem i oznaczeniami
5
4. Przebieg ćwiczenia
Ćwiczenie polega na dokładnej obserwacji struktur ró\
nych rodzajów \
eliw.
Wykonujący ćwiczenie ma za zadanie zidentyfikować badane materiały i wskazać
poszczególne elementy struktury analizowanych stopów
5. Sprawozdanie
Sprawozdanie powinno zawierać:
- definicje \
eliwa;
- podstawowe sposoby klasyfikacji \
eliw,
- rysunki mikrostruktur identyfikowanych \
eliw wraz z dokładnymi
- opisami poszczególnych składników fazowych i strukturalnych;
- wytyczne dotyczące oznaczania analizowanych grup materiałów;
- przykłady zastosowania poszczególnych grup \
eliw.
6. Wymagania
- Podstawowe pojęcia charakteryzujące \
eliwa
- Sposoby klasyfikacji \
eliw.
- Definicje składników fazowych i strukturalnych \
eliw.
- Właściwości \
eliw.
- Przykłady zastosowania \
eliw.
7. Literatura
1. Prowans St.: Materiałoznawstwo", PWN, Warszawa 1986 Blicharski M.:  Wstęp do
in\
ynierii 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
6