Politechnika Łódzka Bielsko - Biała dn. 1998-05-12
Filia Bielsko - Biała
Wydział budowy maszyn
Semestr II
Stopy odlewnicze żelaza
Wykonał:
STALIWA WĘGLOWE
Ważnym materiałem konstrukcyjnym, stosowanym w postaci odlewów jest staliwo węglowe. Staliw dzielimy na:
Staliwa węglowe niestopowe;
Staliwa węglowe stopowe.
Otrzymuje się je w wyniku odlewania do form, w których krzepnie, uzyskując wymagany kształt użytkowy. Skład chemiczny staliw węglowych według PN - ISO 3755:1994 zestawiono w poniższej tabeli.
Gatunek staliwa1)
|
Stężenie głównych pierwiastków |
Minimalne własności mechaniczne |
||||||
|
C |
Mn |
Si |
Re MPa |
Rm Mpa |
A5 % |
Z % |
KV2) J |
200-400W |
0.25 |
1.00 |
0.60 |
200 |
400 |
25 |
40 |
45 |
230-450W |
0.25 |
1.20 |
0.60 |
230 |
450 |
22 |
31 |
45 |
270-480W |
0.25 |
1.20 |
0.60 |
270 |
480 |
18 |
25 |
22 |
340-550W |
0.25 |
1.50 |
0.60 |
340 |
550 |
15 |
21 |
20 |
P≤0,035; S≤0,035; Ni≤0,4; Cr≤0,35; Cu≤0,4; Mo≤0,15; V≤0,05 Ni + Cr + Cu + Mo + V ≤ 1,0 1)W - odbiór staliwa na podstawie składu chemicznego i własności mechanicznych. Gatunki stali bez litery W w oznaczeniu, są odbierane tylko na podstawie własności mechanicznych. 2)Dla gatunków 200-400 i 230-450, minimalna udarność KV wynosi odpowiednio 30J i 25J. |
||||||||
Składnikami strukturalnymi występującymi w staliwie węglowym są ferryt i perlit. W zależności od sposobu i szybkości chłodzenia odlewu w stanie surowym w staliwie węglowym może wystąpić tak zwana struktura globulityczna o okrągłych ziarnach lub struktura Widmannstattena. Struktura widmannstattenowska charakteryzuje się iglastą budową ferrytu w osłonie perlitu i ma niekorzystny wpływ na własności wytrzymałościowe.
W celu usunięcia niekorzystnych struktur pierwotnych, niejednorodności składu chemicznego, a także naprężeń odlewniczych, odlewy staliwne poddaje się obróbce cieplnej, głównie wyżarzaniu ujednorodniającemu lub normalizującemu, a także wyżarzaniu odprężającemu.
Staliwa węglowe stopowe różnią się od niestopowych tym, że posiadają większą zawartość dodatków stopowych. Dzielimy je na :
Staliwa stopowe konstrukcyjne;
Staliwa stopowe narzędziowe;
Staliwa stopowe żaroodporne i żarowytrzymałe;
Staliwa stopowe odporne na korozję.
ŻELIWA WĘGLOWE
Do materiałów odlewniczych najczęściej stosowanych w budowie maszyn należy żeliwo. Decydują o tym między innymi : stosunkowo niski koszt wyrobów, niska temperatura topnienia, dobre własności wytrzymałościowe oraz dobra skrawalność.
Żeliwo zawiera około 2 ÷ 4% węgla. W zależności od postaci, w jakiej występuje węgiel, rozróżnia się żeliwa:
Szare, w których węgiel występuje w postaci grafitu;
Białe, w których węgiel związany jest w cementycie;
Połowiczne (pstre), w których węgiel występuje zarówno w postaci cementytu, jak i grafitu.
Żeliwo szare można podzielić na trzy grupy:
Żeliwo szare zwykłe;
Żeliwo modyfikowane;
Żeliwo sferoidalne.
ŻELIWO SZARE ZWYKŁE
Żeliwa szare mogą cechować się strukturą osnowy: ferrytyczną, ferrytyczno -perlityczną oraz perlityczną.
W strukturze żeliwa szarego - poza osnową metaliczną - występuje również grafit, steadyt (eutektyka fosforowa) oraz wytrącenia niemetaliczne.
Żeliwo szare ferrytyczne charakteryzuje się niską wytrzymałością, dobrą skrawalnością oraz małą odpornością na zużycie ścierne. Twardość i wytrzymałość żeliwa szarego zwiększa się w miarę zwiększania perlitu w strukturze. Wytrzymałość żeliwa perlitycznego wynosi około 300 MPA przy twardości 200 ÷ 240 HB.
Klasyfikacja żeliwa szarego
Gatunek żeliwa |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
Minimalna wytrzymałość na rozciąganie Rm, MPa |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
ŻELIWO MODYFIKOWANE
Polepszenie własności i ujednorodnienie struktury odlewu z żeliwa o składzie wykazującym tendencje do krzepnięcia jako białe lub połowiczne jest możliwe dzięki modyfikacji. W tym celu bezpośrednio przed odlaniem, do kąpieli metalowej o temperaturze około 1400 oC , w rynnie spustowej lub kadzi, dodaje się około 0,1 ÷ 0,5 % sproszkowanego modyfikatora, najczęściej żelazo-krzemu, wapnio-krzemu lub aluminium.
Żeliwo modyfikowane, podobnie jak żeliwo szare zwykłe, wykazuje bardzo niskie własności plastyczne.
ŻELIWO SFEROIDALNE
W odróżnieniu od pozostałych grup żeliw szarych bardzo dobre własności - zarówno wytrzymałościowe, jak i plastyczne - wykazuje żeliwo sferoidalne. Uzyskuje się je w wyniku modyfikowania żeliwa o tendencji do krzepnięcia jako szare, lecz o bardzo małym stężeniu siarki i fosforu. Jako modyfikatorów używa się ceru lub magnezu. W wyniku tego zabiegu technologicznego grafit występuje w tych żeliwach w postaci kulistej.
Żeliwa te stosuje się na wały korbowe, koła zębate, walce, pierścienie tłokowe, itp..
ŻELIWO BIAŁE
Strukturę żeliwa białego stanowi ledeburyt przemieniony i ewentualnie - steadyt. W żeliwie podeutektycznym występuje przewaga perlitu, a w nadeutektycznym - cementytu. Ze względu na bardzo dużą kruchość i złą skrawalność żeliwa białe nie znalazły bezpośredniego zastosowania, lecz są wytwarzane jako półprodukty do wytwarzania żeliwa ciągliwego.
Własności mechaniczne żeliw sferoidalnych
Znak żeliwa |
Minimalne własności mechaniczne |
Twardość HB |
||
|
Rm, MPa |
R0,2. MPa |
A5, % |
|
350-22 |
350 |
220 |
22 |
≤150 |
400-18 |
400 |
250 |
18 |
130÷180 |
400-15 |
400 |
250 |
15 |
130÷180 |
450-10 |
450 |
310 |
10 |
160÷210 |
500-7 |
500 |
320 |
7 |
170÷230 |
550-3 |
550 |
360 |
3 |
180÷280 |
600-3 |
600 |
370 |
3 |
190÷270 |
700-2 |
700 |
420 |
2 |
225÷305 |
800-2 |
800 |
480 |
2 |
245÷335 |
900-2 |
900 |
600 |
2 |
280÷360 |
ŻELIWA POŁOWICZNE
Żeliwo połowiczne ma strukturę stanowiącą mieszaninę struktur typowych dla żeliw szarych, jak i białych. Występuje więc w nim perlit, ledeburyt przemieniony, cementyt, grafit, a także steadyt. Wykorzystywane jest na elementy takie jak walce hutnicze i bębny młynów,. od których jest wymagana duża odporność na ścieranie.
ŻELIWA CIAGLIWE
Żeliwo ciągliwe otrzymywane jest z żeliwa białego w wyniku wyżarzania grafityzującego. Podczas tej operacji cementyt ulega rozpadowi i wydziela się tzw. węgiel żarzenia w postaci kłaczkowatych skupień.
Żeliwo ciągliwe charakteryzuje się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i plastycznymi,. Jest stosowane między innymi w przemysłach: górniczym, samochodowym, ciągnikowym, rolniczym, do wytwarzania licznych, drobnych części maszyn.
W zależności od parametrów procesu technologicznego żeliwo ciągliwe można podzielić na:
Żeliwo ciągliwe białe (W);
Żeliwo ciągliwe czarne (B);
Żeliwo ciągliwe perlityczne (P).
PRZEBIG ĆWICZENIA
Do wglądu otrzymano cztery próbki, które należało obejrzeć pod mikroskopem. Poniżej przedstawiono obrazy każdej próbki widziane w okularze mikroskopu, oraz opisano ich skład, strukturę, oraz stan.
Próbka 1.
Materiał: surówka nadeeutektyczna
Stan : odlew
Skład chemiczny : C - 5,10%
Mn - 0,90%
P - 0,25%
Si - 3,71%
S - 0,02%
Opis struktury : jasne igły cementytu pierwszorzędowego na tle przemienionego ledeburytu.
Próbka 2.
Materiał: żeliwo szare zwykłe Zl 25 wg PN/H - 83101
Stan: odlew
Skład chemiczny: C - 3,30%
Mn - 0,60%
S - 0,10%
Si - 2,10%
P - 0,60%
Opis struktury: grafit płatkowy
Próbka 3.
Materiał: żeliwo szare zwykłe Zl 25 wg PN/H - 83101
Stan: odlew
Skład chemiczny: C - 3,30%
Si - 2,10%
S - 0,10%
Mn - 0,60%
P - 0,60%
Opis struktury: na tle perlitu grafit płytkowy oraz jasne wydzielenie potrójnej eutektyki
Fosforowej.
Próbka 4.
Materiał: żeliwo sferoidalne ferrytyczne ZsF10 wg PN/H - 83123
Stan: odlew
Skład chemiczny: C - 3,60%
Si - 1,80%
Mn - 0,60%
P - 0,15%
S - 0,04%