Kierunek: MiBM
Grupa: 3
Sekcja: 1
Semestr: 2
Materiały metalowe
WPŁYW SKŁADU CHEMICZNEGO NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI STALI
Wykonali:
Dawid Majcherek
Kamil Kuźnik
Materiały metalowe i ich obróbka cieplna – laboratorium.
Wpływ składu chemicznego na strukturę i własności stali
Zadanie 1.
Stalą nazywamy przerobiony plastycznie stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, w którym zawartość węgla nie przekracza 2% (wag).
Pierwiastki występujące w stali dzielimy na:
A) Domieszki
B) Zanieczyszczenia
C) Pierwiastki stopowe
Zadanie 2.
Podaj w jakim celu są wprowadzane dodatki stopowe do stali:
Otrzymanie określonej struktury
Ułatwienie obróbki cieplnej
Zwiększenie hartowności
Kształtowanie własności wytrzymałościowych
Zadanie 3.
Podaj postać występowania dodatków stopowych i ich wpływ na własności stali:
W zależności od ilości i rodzaju pierwiastków stopowych mogą one występować w następujących fazach:
W ferrycie lub austenicie
Jako fazy międzymetaliczne ( między sobą lub z Fe)
W postaci wtrąceń niemetalicznych
Tworzyć azotki, węgliki lub węgliko- azotki
W stanie wolnym
Ogólnie:
-pierwiastki stopowe rozpuszczone w roztworach stałych ( F lub A) wpływają głównie na:
-własności tych faz
-położenie temperatur krytycznych przemiany austenitu (ukł. Fe-Fe3C)
-szybkość dyfuzji
-położenie temperatur MS i Mf
-skłonność do odpuszczania
-wchodzenie pierwiastków stopowych do innych faz może powodować
-zubożenie roztworu stałego w dany pierwiastek
-zwiększenie ( lub pogorszenie) własności stali w zależności od rodzaju i własności powstających faz oraz ich kształtu i dyspersji
Zadanie 4.
Podaj role pierwiastków austenitotwórczych i ferrytotwórczych na własności i strukturę stali
Ogół pierwiastków, które tworzą z Fe r-ry stałe możemy podzielić na :
-austenitotwórcze: Mn, Ni, Co –rozszerzają zakres występowania roztworu stałego γ
Rys.1a
-ferrytotwórcze : Cr, V, Al, Si, Ti, Mo, W –ograniczają zakres występowania roztworu stałego γ Rys. 1b
Rys.1 Schemat wpływu pierwiastków stopowych:
1a. Austenitotwórczych
1b. Ferrytotwórczych
1c. Sprzyjających przemianie autektoidalnej- na charakter układu równowagi Fe z w/w pierwiastkami.
Zadanie 5.
Określ wpływ pierwiastków stopowych na strukturę stali.
Struktura stali stopowej jest f( rodzaju i stężenia pierwiastka stop. Oraz zawart. C)
Pierwiastki austenitotwórcze- Mn, Ni, Co: struktura ferrytu i austenitu, austenitu oraz ledeburytu ( wysoka zawartość C)
Pierwiastki ferrytotwórcze – Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mo, W- przy małym ich stężeniu – struktura podeutektoidalna, eutektoidalna i nadeutektoidalna; przy większym ich stężeniu ferrytyczna i półferrytyczna, natomiast przy dużych zaw. C struktura ledeburytyczna.
Wpływ pierwiastków stopowych na przemiany austenitu podczas chłodzenia
Wszystkie pierwiastki rozpuszczone w austenicie (oprócz Co) zwiększają hartowność stali.
-pierwiastki austenitotwórcze Mn, Ni, Si- przesuwają krzywe początku i końca przemiany austenitu do dłuższych czasów ( bez zmiany charakteru krzywych) –rys.3a
-pierwiastki węglikotwórcze Cr, W, Mo, V- tworzą dwie oddzielne krzywe ( początku i końca przemiany austenitu) i przesuwają je do dłuższych czasów (zmieniają charakter krzywych) – rys.3b.
Rys.3. Schemat wpływu pierwiastków stopowych na kinetykę izotermicznej przemiany austenitu.
Zadanie 6.
Określ wpływ pierwiastków stopowych na przemianę martenzytyczną.
Wszystkie pierwiastki ( oprócz Al, Co) wpływają na położenie Ms i Mf – rys.4
Rys.4. Wpływ stężenia pierwiastka stopowego na położenie temperatury Ms i Mf
Określ wpływ pierwiastka stopowego na temperaturę Ms, narysuj wykres i wyciągnij wnioski:
Ms = 502-810C-13MN-1230N-12Cr-30Ni-46Mo-54Cu
Stal C30 – 0,3%C
Ms = 502-(810*0,003)= 499,57 °C
Wnioski: W stali o stężeniu C 0,3% temperatura Ms wynosi 499,57 °C.
0,3%C, 0,8%Mn, 0,4%Mo, zmienna: 0,5%Cr, 1 %Cr, 1,5 %Cr, 2 %Cr
Ms = 502-(810*0,003)-(13*0,008)-(46*0,004)-(12*0,005)= 499,222 °C
Ms = 502-(810*0,003)-(13*0,008)-(46*0,004)-(12*0,01)= 499,162 °C
Ms = 502-(810*0,003)-(13*0,008)-(46*0,004)-(12*0,015)= 499,102 °C
Ms = 502-(810*0,003)-(13*0,008)-(46*0,004)-(12*0,02)= 499,042 °C
Wnioski: Wraz ze wzrostem stężenia Cr ( od 0,5% do 2 %) maleje temperatura Ms.
0,3%C, 0,8%Mn, 1%Cr, zmienna: 0,2%Mo, 0,4%Mo, 0,6%Mo, 0,8Mo
Ms = 502-(810*0,003)-(13*0,008)-(12*0,01)-(46*0,002)= 499,254 °C
Ms = 502-(810*0,003)-(13*0,008)-(12*0,01)-(46*0,004)= 499,162 °C
Ms = 502-(810*0,003)-(13*0,008)-(12*0,01)-(46*0,006)= 499,07 °C
Ms = 502-(810*0,003)-(13*0,008)-(12*0,01)-(46*0,008)= 498,978 °C
Wnioski: Wraz ze wzrostem stężenia Mo ( od 0,2% do 0,8 %) maleje temperatura Ms.
Stal wysokostopowa: 0,03%C, 18% Cr, zmienna 1% Ni, 5% Ni, 9% Ni, 13% Ni
Ms = 502-(810*0,0003)-(12*0,18)-(30*0,01)= 499,297°C
Ms = 502-(810*0,0003)-(12*0,18)-(30*0,05)=498,097 °C
Ms = 502-(810*0,0003)-(12*0,18)-(30*0,09)= 496,897 °C
Ms = 502-(810*0,0003)-(12*0,18)-(30*0,13)= 495,697 °C
Wnioski: Wraz ze wzrostem stężenia Ni ( od 1% do 13 %) maleje temperatura Ms.
Zadanie 7.
Określ wpływ dodatków stopowych na spawalność stali.
Założenia: jeżeli równoważnik węgla CEV ≤ 0,45% to stal jest dobrze spawalna
CEV = $\frac{C + MN}{6} + \frac{\text{Cr} + \text{Mo} + V}{5} + \frac{\text{Ni} + \text{Cu}}{15}\ \%$
0,2% C, 0,6% Mn, zmienna: 0,5%Cr, 1 %Cr, 1,5 %Cr, 2 %Cr
CEV(0,5% Cr) = $\frac{0,2\%\ + 0,6\%}{6} + \frac{0,5\%}{5} = \ 0,23\ \%$ Dobrze spawalna
CEV(1% Cr) = $\frac{0,2\%\ + 0,6\%}{6} + \frac{1\%}{5} = \ 0,33\ \%$ Dobrze spawalna
CEV(1,5% Cr) = $\frac{0,2\%\ + 0,6\%}{6} + \frac{1,5\%}{5} = 0,43\ \%$ Dobrze spawalna
CEV(2% Cr) = $\frac{0,2\%\ + 0,6\%}{6} + \frac{2\%}{5} = \ 0,53\%$
0,2% C, 0,6% Mn, 0,5% Cr, zmienna: 0,2Mo, 0,4%Mo, 0,6%Mo, 0,8Mo
CEV(0,2% Mo) = $\frac{0,2\%\ + 0,6\%}{6} + \frac{0,5\% + 0,2\%}{5} = \ 0,27\ \%$ Dobrze spawalna
CEV(0,4% Mo) = $\frac{0,2\%\ + 0,6\%}{6} + \frac{0,5\% + 0,2\%}{5} = \ 0,31\ \%$ Dobrze spawalna
CEV(0,6% Mo) = $\frac{0,2\%\ + 0,6\%}{6} + \frac{0,5\% + 0,2\%}{5} = \ 0,35\ \%$ Dobrze spawalna
CEV(0,8% Mo) = $\frac{0,2\%\ + 0,6\%}{6} + \frac{0,5\% + 0,2\%}{5} = \ 0,39\ \%$ Dobrze spawalna