Politechnika Białostocka

Wydział Mechaniczny

Laboratorium z przedmiotu:

MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

Temat ćwiczenia: Stopy specjalne .

Prowadzący ćwiczenia: mgr inż. B. Dąbrowski

Grupa laboratoryjna: 10

Świerżewski Daniel

Data wykonania ćwiczenia: 13.12.2005 r.

1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego.

• Celem ćwiczenia jest poznanie struktur wybranych materiałów i związków pomiędzy składnikiem chemicznym, stanem, strukturą, właściwościami.

Zakres ćwiczenia obejmuje :

• analizę struktur stopowych stali specjalnych

• zapoznanie z rodzajami strukturami i zastosowaniami stopów.

• analizę struktur stopów łożyskowych

2. Opis stanowiska badawczego.

Mikroskop metalograficzny

Materiały:

• próbki metalograficzne stali specjalnych: 1H13, 3H13, H17T

• próbki metalograficzne stopów: Ti6Alo4V, Vatalium

• próbki metalograficzne stopów łożyskowych: L83, L15, Lca, B10,m BO30

3. Przebieg realizacji eksperymentu.

• Wykonać obserwację mikroskopową wytypowanych próbek

• Wykonać rysunki badanych struktur

• Opisać struktury a w szczególności określić: fazy lub mieszaniny faz, występujące w badanych próbkach, rodzaj materiału

4. Zestawienie i analiza wyników badań.

1.

Sal nierdzewna 1 H 13 :

( α , C_r7 C_r3 , C_r23 C₆ )

Powiększenie x 500

Zawiera około 0,1 % C

2. Sal nierdzewna H 17 Ti :

Powiększenie x 125

Jasne wydzielenia to węglik chromu,

ciemniejsze węglik tytanu.

3. 
   Stal kwasoodporna 1 H 18 N 9 T

surowa : ( γ , TiC , C_r23C₆ )

Powiększenie x 125

( γ , TiC )

Powiększenie x 125

4. 
   Stal kwasoodporna 11 G 12

Staliwo Hedfilda : ( γ )

Powiększenie x 60

Jest to stal surowa odlewana.

5. Stal kwasoodporna Ti 6 A 4 V

Stop tytanu : ( α , β )

Powiększenie x 500

6.

Stal kwasoodporna Stop Co Cr Mo :

( α , C_r23C₆ ,MoC )

Powiększenie x 60

7.

Stal łożyskowa Ł83 Sn Sb 11 Cu 4 :

( Cu₆ Sn₅ , Sn Sb )

Powiększenie x 63

Stop łożyskowy na bazie cyny

8.

Stal łożyskowa Ł16 Pb Sn 16 Sb 16 Cu 2 :

[ Cu₆ Sn₅ , Sn Sb , E ( Pb + Sn Sb )]

Powiększenie x 63

9.

Stal łożyskowa ŁCa Pb Na 2 Ca :

( Pb₃ Ca , α )

Powiększenie x 63

10.

Stal łożyskowa BO30 Cu Pb 30 :

(Cu , Pb )

Powiększenie x 63

5. Wnioski.

Jedną z ciekawszych obserwowanych stali jest stal specjalna - Hadfielda. Możemy tu zaobserwować strukturę austenityczną i prostoliniowość granic ziarn. Stal ta utwardza się pod wpływem zgniotu. Cecha ta związana jest ze strukturą austenityczną, którą stal Hadfielda uzyskuje po przesyceniu od 1000÷1100 ⁰C

(w wodzie). W stanie lanym (po wolnym chłodzeniu), w strukturze występują wydzielenia węglików, a nawet produktów przemiany eutektoidalnej. Przesycanie nadaje strukturę austenityczną, która zmienia się pod wpływem zgniotu.

Poznane przez na ćwiczeniu stale odporne na korozję przedstawiają strukturę austenityczną z widocznymi bliźniakami rekrystalizacji. Ponadto zauważamy węgliki wydzielające się z osnowy, które możemy pomylić z wżerami po polerowaniu elektrolitycznym. Stale te wykazują skłonność do samohartowności

i z tego powodu studzenie ich musi odbywać się bardzo wolno. Aby utrudnić powstawanie budowy martenzytycznej wprowadza się do nich tytan, który przeciwdziała również korozji międzykrystalicznej. Budowa austenityczna wpływa na polepszenie własności mechanicznych, zwiększenie odporności na korozję oraz wytrzymałości na pełzanie.

Jak wspomniała na wstępie stopy łożyskowe są stopami dwu - lub więcej fazowymi, i tak na przykład w obserwowanym na ćwiczeniu stopie łożyskowym Ł83 możemy zaobserwować występowanie fazy międzymetalicznej antymonu z

cynkiem pod postacią sześciennych kryształów, które stanowią twardy składnik stopu i zmniejszają tarcie czopa w łożysku. Natomiast związek miedzi z cyną występujący w postaci iglastych kryształów nie dopuszcza do segregacji fazowej podczas krzepnięcia stopu. Trzecia faza stosunkowo miękka i plastyczna stanowi podłoże dla równomiernie rozłożonych poprzednich faz, będących roztworem stałym granicznym antymonu i miedzi i umożliwiająca dotarcie się czopa do łożyska.

Stop ŁCa z powodu zmiennej rozpuszczalności sodu w ołowiu podlega starzeniu samorzutnemu, powodującemu powiększenie twardości. Wadą ich jest skłonność do korozji potęgowaną przez zanieczyszczenia magnezem oraz zmianą składu chemicznego podczas przetapiania (intensywne utlenianie Ca i Na).

Stopy łożyskowe oparte na ołowiu zmniejszają zakres swoich zastosowań.

W nowoczesnych konstrukcjach obciążenie jednostkowe łożysk ślizgowych i ich prędkość obwodowa są tak wysokie, iż stopy te nie mogą konkurować z brązami ołowiowymi czy łożyskami wielowarstwowymi.

Na ćwiczeniu oglądaliśmy strukturę takiego brązu - BO30. Zaobserwowaliśmy w badanej próbce, że ołów krzepnąc w stopie jako ostatni, wypełnił wszystkie wolne przestrzenie międzydendrytyczne. Odporność na obciążenia łożyska z brązu ołowiowego jest tym większa , im większa jest czystość stopu, im jest on bardziej drobnoziarnisty i im równomierniej rozłożony jest w nim ołów. Otrzymanie tak dobrego odlewu wymaga szybkiego studzenia. Dodatki do tego stopu takie jak: antymon, arsen, cynk, siarka, fosfor działają szkodliwie ułatwiając segregację, natomiast nikiel, mangan kobalt, żelazo i krzem podnoszą nieco twardość. Dodatek niklu powoduje zwiększenie rozdrobnienia ołowiu.

Trwałość łożyska ze stopu cynowego uwarunkowana jest dobrym smarowaniem, odpowiednią grubością i technologią wylania tego stopu. Własności mechaniczne silnie obniżają się wraz ze wzrostem temperatury. Warstwa stopu powinna być możliwie jak najcieńsza, ponieważ w takich warunkach ma największą wytrzymałość. Zbyt gruba warstwa często jest powodem tworzenia się siatki pęknięć zmęczeniowych i wykruszania stopu. Przegrzanie stopu powoduje silną gruboziarnistość i kruchość. Stopy łożyskowe oparte na cynie są bardzo deficytowym materiałem (odkryte pokłady jej rud są na wyczerpaniu) i dlatego też ok. 80% cyny przeznaczonej do produkcji uzyskuje się z odpadów.

---