31.Roztwory stałe,rodzaje roztworów stałych, wpływ rozpuszczonego składnika na własności.
Roztwór stały stanowi jedna fazę o wiazaniu metalicznym i strukturze krystalicznej o własnosciach
typowo metalicznych. Metal którego atomy występują w sieci w przewadze jest rozpuszczalnikiem.
Drugi składnik jest pierwiastkiem rozpuszczonym.
Roztwory stałe mogą być: podstawowe, wtorne. Roztwór jest nazywany roztworem stałym
podstawowym gdy rozpuszczalnikiem jest pierwiastek bedacy składnikiem stopu. Gdy
rozpuszczalnikiem jest faza miedzymetaliczna-to roztwór stały wtorny. Roztwory stałe podstawowe
możemy jeszcze podzielic na graniczne i ciagłe.
Roztwór stały międzywęzłowy-atomy pierwiastka rozpuszczonego sa nieuporządkowane w
przestrzeniach miedzywęzłowych. Rys (a)
Roztwory stałe różno węzłowe- atomy metalu rozpuszcz zajmuja dowolne węzły w sieci
krystalicznej(b)
Rys a rys b
32. Wykres FE-FE3C, występujące fazy,struktury, oraz właściwości.
Fazy- ferryt, austenit, cementyt Struktury-perlit . ledeburyt
Ferryt jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w żelazie ą. Oznacza się go bądz
symbolem
FeÄ…(C), bÄ…dz
krótko ą. Graniczna zawartość węgla w ferrycie w stanie równowagi wynosi w
temperaturze 20°C zaledwie 0,008% i wzrasta w temperaturze 723°C do 0,02% (punkt P na wykresie).
Natomiast ferryt wysokotemperaturowy może zawierać w temperaturze 1493°C do 0,1% C.
Własności fizyczne i mechaniczne ferrytu są zbliżone do własności żelaza ą. Na przykład, twardość
ferrytu wynosi ok. 80 HB, Rm - ok. 300 MPa, A10 - ok. 40%, KCU2 - ok. 180 J/cm2. Podobnie jak żelazo
Ä…, ferryt jest ferromagnetyczny do temperatury 768°C.
Austenit jest międzywęzłowym roztworem węgla w żelazie ł i oznaczony jest bądz
symbolem Feł(C),
bÄ…dz
literÄ… Å‚. Graniczna zawartość wÄ™gla w austenicie w temperaturze 1147°C wynosi 2,06% (punkt E
na wykresie). W stopach żelaza z węglem w stanie równowagi austenit występuje jedynie w
temperaturach wyższych od 723°C. Natomiast w niektórych stalach stopowych, zawierajÄ…cych np.
nikiel lub mangan, austenit w stanie równowagi istnieje również w temperaturach niższych. Podobnie
jak żelazo ł, austenit jest paramagnetyczny. Odznacza się przy tym dużą plastycznością, zwłaszcza
przy niższej zawartości węgla. Również gęstość austenitu zależy od zawartości węgla (średnio wynosi
ona 8,1 g/cm3).
Cementyt, czyli węglik żelaza jest fazą międzymetaliczną o złożonej strukturze, krystalizującąw
układzie rombowym. Stosunek liczby atomów żelaza do atomów węgla wynosi 3:1 (Fe3C),
coodpowiada wagowej zawartoÅ›ci wÄ™gla 6,67%. W temperaturze do 210°C cementyt jest
ferromagnetyczny, powyżej tej temperatury  paramagnetyczny. Gęstość cementytu wynosi 6,9
g/cm3. Jest on fazą bardzo twardą (HB ok. 800) i bardzo kruchą. Cementyt może tworzyć roztwory
stałe różnowęzłowe, przy czym na miejsce atomów węglamogą wchodzić do jego sieci atomy azotu,
zaś na miejsce atomów żelaza  atomy takich metali, jak mangan, chrom, wolfram itd. Tak
utworzone roztwory stale na osnowie sieci cementytu noszÄ… nazwÄ™ cementytu stopowego.Warto
podkreślić, że zgodnie z układem równowagi żelazo-cementyt, w temperaturze otoczenia stopy
żelaza z węglem do zawartości 0,008% C są jednofazowe (ferryt), natomiast wszystkie stopy o
zawartości węgla od 0,008 do 6,67% składają się z dwóch faz: ferrytu i cementytu.
Perlit jest eutektoidalną mieszaniną dwóch faz: ferrytu i cementytu, zawierającą 0,8% węgla i
tworzÄ…cÄ… siÄ™ w temperaturze 723°C zgodnie z przemianÄ…: Å‚S Ä…P + Fe3C. Dla Å›cisÅ‚oÅ›ci należy dodać,
że przy ochÅ‚adzaniu perlitu od temperatury 723°C do temperatury otoczenia, z ferrytu zawartego w
perlicie wydziela się jeszcze pewna ilość cementytu trzeciorzędowego (zazwyczaj pomijanego z
powodu nieznacznej jego ilości).
Ledeburyt jest eutektyką o zawartości 4,3% C, tworzącą się z roztworu ciekłego LC w temperaturze
1147°C, zgodnie z przemianÄ…: LC Å‚E + Fe3C. W temperaturze powstania ledeburyt jest, wiÄ™c
mieszaniną eutektyczną dwóch faz: austenitu (zawierającego 2,06% C) i cementytu. W miarę
obniżania siÄ™ temperatury do 723°C, z austenitu wydziela siÄ™ cementyt wtórny. W temperaturze
723°C austenit przemienia siÄ™ w perlit i przy dalszym obniżaniu temperatury z ferrytu zawartego w
perlicie wydziela się niewielka ilość cementytu trzeciorzędowego. W związku z tym, poniżej
temperatury 723°C, ledeburyt stanowi już mieszaninÄ™ perlitu i cementytu. Struktura taka nosi nazwÄ™
ledeburytu przemienionego. Ledeburyt przemieniony jest, więc charakterystycznym składnikiem
strukturalnym żeliw białych.
33. Stale niestopowe,podziały,i oznaczenia.
I. Stale niestopowe konstrukcyjne, maszynowe i na urządzeniach ciśnieniowe
1. Stale niestopowe konstrukcyjne i maszynowe
SÄ… to stale:
- nisko węglowe, jakościowe,
- generalnie niepoddawane obróbce cieplnej,
- dostarczane w postaci półproduktów długich i płaskich (blachy cienkie i grube,
kształtowniki, taśmy) w stanie po obróbce plastycznej na gorąco, część z nich
- w stanie normalizowanym.
Zastosowanie:
· stale konstrukcyjne: maÅ‚o odpowiedzialne konstrukcje w budownictwie przemysÅ‚owym i ogólnym,
· stale maszynowe: maÅ‚o odpowiedzialne elementy maszyn
Zasada oznaczania:
" Stale konstrukcyjne:
Przykłady: S235J0, S355K2 (S355K2N)
J0 - wymagana udarność (praca Å‚amania, w J) w temperaturze 0°C.
K2 - wymagana udarność(praca Å‚amania, w J) w temperaturze -20°C.
N - stan po wyżarzaniu normalizującym lub po walcowaniu normalizującym
" Stale maszynowe:
Przykłady: E295, E360
2. Stale niestopowe spawalne drobnoziarniste
Są to stale: - nisko węglowe, jakościowe,
- dostarczane w postaci półproduktów długich i płaskich (blachy cienkie i grube,kształtowniki, taśmy)
w stanie wyżarzonym normalizująco lub po regulowanym walcowaniu(termomechanicznym).
Zastosowanie: Elementy silnie obciążonych konstrukcji (mosty, zbiorniki, śluzy) pracujących w
temperaturach obniżonych.
Zasada oznaczania:
Przykłady: S275N S355ML
N - po wyążarzaniu normalizującym, M - po regulowanym walcowaniu, L  wymagana .Wartość
pracy Å‚amania w temperaturze -50°C.
3. Stale do ulepszania cieplnego
Są to stale: - maszynowe, jakościowe lub specjalne, uspokojone,
- przeznaczone do ulepszania cieplnego ale można je stosować w stanie normalizowanym,
- dostarczane w postaci blach, taśm, prętów, walcówki w stanie: normalizowanym(+N), zmiękczonym
(+A), wyżarzonym sferoidyzująco (+AC), ulepszonym cieplnie(+QT).
Własności w stanie ulepszonym cieplnie:Rm = 500-1000 MPa Re = 350-600 MPa A =20-13%
KV = 50-35 J
Zastosowanie: elementy maszyn równiehartowane powierzchniowo.
Zasada oznaczania:Przykłady:C22 C60 C60+H+A C22E C60E C22R C60R oraz w przypadku
stali o zawartości Mn pow.1% 28Mn6.
4. Stale niestopowe na urządzenia ciśnieniowe
Stale te stosowane na urządzenia ciśnieniowe przenoszące małe obciążenia: zwykłe zbiorniki
ciśnieniowe (S), spawane butle gazowe (B), urządzenia ciśnieniowe pracujące w temperaturach
podwyższonych (H), i obniżonych (L).
SÄ… to stale niskowÄ™glowe (%C < 0,2), spawalne, jakoÅ›ciowe stosowane w stanie: · normalizowanym
(N) o strukturze ferrytyczno-perlitycznej, · ulepszonym cieplnie (Q) o strukturze sorbitu
odpuszczania.
Zasada oznaczania:Przykłady: P275SL P285NB P355QH
5. Stale niestopowe do nawęglania
są to stale niestopowe specjalne niskowęglowe, o małej hartowności.max 0,2% C,Stan dostawy: po
wyżarzaniu normalizującym. Obróbka cieplna: Hartowanie (bezpośrednio z temperatury nawęglania
lub dwukrotne)+ niskie odpuszczanie.
Zastosowanie:Elementy maszyn o małych przekrojach ze względu na małą hartowność.
Zasada oznaczania: Przykłady:
6. Stale automatowe
Stale niestopowe jakościowe, o podwyższonej zawartości siarki lub (i) ołowiu zapewniających bardzo
dobrą skrawalność.
Zasada oznaczania:PrzykÅ‚ady:· Stale nieprzeznaczone do obróbki ciepnej 11SMnPb30 · Stale do
nawÄ™glania 15SMn13 · Stale do ulepszania cieplnego 44SMnPb28
Zastosowanie:Elementy maszyn kształtowane przez obróbkę skrawaniem na automatach i
szybkobieżnych obrabiarkach.
II. Stale niestopowe niskow_glowe do obróbki plastycznej na zimno
1.Stale niskow_glowe do obróbki plastycznej na zimno
" 2.Stale niestopowe do ocynkowania i powlekania innymi metalami
stale niskowęglowe do powlekania ogniowego ciągłego: - do maszynowego zaginania
na zakładkę, - do tłoczenia, - do głębokiego tłoczenia, - do specjalnie głębokiego
tłoczenia.
3. Stale niestopowe do powlekania powłokami niemetalicznymi
III. Stale narzędziowe
Są to stale przeznaczone na narzędzia nienagrzewające się w czasie pracy do temperatur
powyżej 150°C. Stan dostawy: zmiÄ™kczony, dla stali C45U - surowy.
Wymagania: twardość 54-64 HRC i wysoka odporność na ścieranie.
Zawart węgla: 0,42 - 1, 25%. Stale specjalne o małej hartowności i
małej skłonności do przegrzewności.
Zasada oznaczania: np. C70U ( stal przeznaczona na narzędzia).
35. Żeliwa szare ,rodzaje grafitu,zasady podziału i oznaczenia
Włąsciwosci :odlewnicze: mały skurcz, dobra lejność, zdolność tłumienia drgań,
niewrażliwosć na działanie karbu, wytrzymałość na ściskanie, podobna do stali, właściwości
ślizgowe, skrawalność, odporność na korozje lepsza od stali niestopowej
Obróbka cieplna żeliwa szarego:
· odprężanie, ulepszanie cieplne, hartowanie izotermiczne, chromowanie dyfuzyjne i
azotowanie.
Zastosowanie żeliwa szarego:
· ZwykÅ‚e- korpusy maszyn, rury instalacji sanitarnych, instalacji wody pitnej,
części palenisk itp.
· Modyfikowane - pierÅ›cienie tÅ‚okowe, koÅ‚a zÄ™bate, bÄ™bny hamulcowe, bloki silników
samochodowych itp.
Rodzaje grafitu
34.Wplyw węgla na własciwosci stali
Węgiel bardzo silnie wpływa na własności stali nawet przy nieznacznej zmianie jego zawartości i z
tego względu jest bardzo ważnym składnikiem stali.
Zwiększenie zawartości węgla powoduje, jak już poprzednio wspomniano, zmianę struktury stali.
Jeżeli stal zawiera mniej niż 0,8% C, to jej struktura składa się ferrytu i perlitu. Struktura stali
zawierającej 0,8% C składa się tylko z perlitu, natomiast w stali o zawartości powyżej 0,8% C oprócz
perlitu występuje również cementyt wtórny. Zmiana struktury stali spowodowana różną zawartością
węgla wiąże się ściśle ze zmianą własności mechanicznych.
Zwiększenie zawartości węgla zwiększa wytrzymałość na
rozciąganie Rm i zmniejsza plastyczność stali. Maksymalną wytrzymałość osiąga stal przy zawartości
ok. 0,85% węgla. Przy większej zawartości węgla wytrzymałość zmniejsza się na skutek pojawiania
się coraz większej ilości cementu wtórnego, który wydziela się na granicach ziaren.
Zwiększenie zawartości węgla, oprócz obniżenia własności plastycznych, pogarsza również własności
technologiczne stali węglowej; szczególne znaczenie ma pogorszenie spawalności.
36. Żeliwa ciągliwe, otrzymywanie, podział i oznaczenia, właściwości
Oznaczanie
Zastosowanie żeliwa ciągliwego
1. żeliwo ciągliwe czarne: części maszyn rolniczych, maszyn do szycia, artykuły
gospodarstwa domowego itp.
2. żeliwo ciągliwe perlityczne: jak wyżej ale na części silniej obciążone
3. żeliwo ciągliwe białe: odlewy codziennego użytku, drobne części maszyn, łączniki
do rur, klucze, piasty itp.