LABORATORIUM MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE W BUDOWIE MASZYN	ĆWICZENIE NR 6	Temat ćwiczenia: BADANIA  MIKROSKOPOWE STOPÓW ŻELAZA - żeliwa
	M11 / I	Ocena ze sprawdzianu:

1. skorygowane odpowiedzi na pytania kontrolne:

1. Określ jakościowo i ilościowo strukturę żeliwa białego o zawartości węgla 3%, 4.8%.

Jakościowe i ilościowe określenie struktury żeliwa białego o zawartości węgla 3%

1. jakościowo – żeliwo to składa się z perlitu, cementytu wtórnego, ledeburytu przemienionego;

1. ilościowo:

%Led. p.=100%-%P=63%

Jakościowe i ilościowe określenie struktury żeliwa białego o zawartości węgla 4.8%.

1. jakościowo – żeliwo to składa się z cementytu pierwszorzędowego i ledeburytu przemienionego;

1. ilościowo:

2. Jaką postać mogą mieć wydzielenia grafitu w żeliwie szarym.

Wydzielenia w graficie w żeliwie szarym mogą mieć postać płatkową, modyfikowaną i sferoidalną.

3. Dokonaj podziału żeliw szarych ze względu na strukturę osnowy metalicznej.

Żeliwa ferrytyczne, żeliwa ferrytyczno-perlityczne, żeliwa perlityczne,

żeliwa nad eutektoidalne.

4. Jakie czynniki sprzyjają grafityzacji węgla w żeliwach.

Węgiel oraz krzem.

5. Jak uzyskujemy żeliwa ciągliwe białe i czarne.

Żeliwo ciągliwe białe uzyskujemy poprzez wyżarzanie w atmosferze utleniającej, zaś żeliwo ciągliwe czarne poprzez wyżarzanie w atmosferze obojętnej.

6. Co to jest steadyt.

Jest to potrójna eutektyka fosforowa Fe₃C –Fe₃P – austenit.

7. Charakterystyczne cechy żeliwa szarego z grafitem: płytkowym, modyfikowanym, sferoidalnym.

Żeliwo szare z grafitem płytkowym charakteryzuje się:

-dużą odpornością na ścieranie,

-małą wrażliwością na działanie karbów zewnętrznych,

-dużą zdolność pochłaniania drgań.

Żeliwo z grafitem modyfikowanym z powodu rozdrobnionego ziarna ma wysokie własności wytrzymałościowe. Żeliwo z grafitem ferroidalnym charakteryzuje się :

-dobrymi własnościami wytrzymałościowymi,

-odpornością na odkształcenia i wysokie ciśnienie

- nadaje się ono do obróbki cieplnej.

8. Jakie czynniki sprzyjają uzyskaniu żeliwa białego.

Są to mangan i siarka.

9. Uzasadnij dlaczego żeliwo białe i szare wykazują różną gęstość.

Żeliwo białe mające strukturę równowagową – posiada cementyt, ale nie posiada grafitu. Żeliwo szare powstaje w skutek grafityzacji – cementyt rozpada się na grafit i ferryt. Z powodu dużej różnicy (ponad 3x) gęstości cementytu i grafitu, występuje również różnica gęstości żeliw.

10. Co możemy zaobserwować podczas badań mikroskopowych żeliw na zgładach trawionych i nie trawionych.

Podczas badań mikroskopowych żeliw na zgładach trawionych możemy zaobserwować ich strukturę oraz granice ziaren ja i ich wielkość. W przypadku zgładów nietrawionych możemy zaobserwować wtrącenia niemetaliczne czy grafitowe.

11. Jak uzyskujemy żeliwo szare sferoidalne.

Żeliwo szare sferoidalne otrzymuje się przez dodanie do ciekłego żeliwa o określonym składzie chemicznym ceru lub magnezu.

12. Jak uzyskujemy żeliwo szare modyfikowane.

Żeliwa szare modyfikowane uzyskujemy poprzez dodanie modyfikatora (żelazo- krzem, wapno-krzem, aluminium lub mieszanina tych składników) na rynnę spustową lub do kadzi przy odlewaniu żeliwa.

1. Przebieg badań.

Przedmiotem badań były specjalnie przygotowane próbki stopów żelaza – żeliwa. Jedna z próbek została poddana trawieniu odczynnikiem trawiącym Mi1Fe (roztwór 2% kwasu azotowego HNO3 rozcieńczony w alkoholu etylowym).

Badanie zostało przeprowadzone na mikroskopie metalograficznym przy powiększeniu x100. Użyto obiektywu (powiększenie /apertura) 10/0.25 oraz okular x10. Mikroskop był wyposażony w kamerę firmy OPTA-TECH z przetwornikiem CMOS lub CCD. Dzięki kamerze i oprogramowaniu zostały wykonane zdjęcia badanych próbek.

Rys. 1. Przedstawia zdjęcie przygotowanych do badań próbek.

Rys. 2. Przedstawia wynik badania próbki nr.1. Przedstawia strukturę osnowy perlitycznej. Próbka nie została poddana trawieniu. Struktura ujawniona przy użyciu obiektywu 10/0,25

Rys. 3. przedstawia mikrostrukturę grafit sferoidalnego o strukturze kulkowej regularnej badanej przy zastosowaniu obiektywu 10/0,25.

Rys. 4 przedstawia mikrostrukturę żeliwa sferoidalnego, osnowę ferrytu z niewielką ilością perlitu. Mikrostruktura ukazana przy zastosowaniu obiektywu 10/0,25.

1. Wyniki badań i pomiarów struktury żeliwa.

Tabela 1. Ilościowa analiza mikrostruktury badanych próbek wg wzorców PN-75/H-04661

Nr próbki	Opis grafitu 1.Kształt – załącznik - 1 2. Wielkość – załącznik -2 3.Rozmieszczenie – załącznik - 3	Mikroskopowy pomiar wielkości grafitu	Struktura osnowy metalicznej  [%P/%F]  wg wzorców załącznik- 5
1	Płatkowy zwichrzony 250-500 µm międzydendryczne	240,15 µm 264,35 µm 190,15 µm 215,45 µm 255,65 µm	P: powyżej 94 – 98 F: Powyżej 2-6
2	1.Kulkowy regularny µm 3.----------	42,51 µm 37,19 µm 41,98 µm 44,63 µm 53,67 µm	P: do 2 F: powyżej 98
3	1.Kulkowy nieregularny µm 3.----------	211,82 µm 40,71 µm 178, 32 µm 29,39 µm 67,35 µm	P: powyżej 2-10 F: powyżej 90-98

1. Opis  i rysunek obrazu mikrostruktury osnowy metalicznej z wydzieleniami grafitu przedstawiający zdjęcie mikroskopowe żeliwa sferoidalnego dla danych :

Dane	Przykład	Zadanie do wykonania
		I
Pc - powiększenie liniowe obrazu	100	100
Format zdjęcia [mm]	50 x 50	50 x 50
Grubość ścianki odlewu [mm]	20	50
Zawartość węgla w żeliwie [%]	3,5	3,5
Zawartość krzemu [%]	1,5	1,5
Średnia średnica wydzielenia grafitu [m]	40	50

1. Z wykresu Greinera dla grubości ścianki odlewu 50mm oraz sumarycznej zawartości węgla i krzemu 5% (3,5%C+1,5%Si) odczytujemy, że osnowę metaliczną stanowi ferryt.

2. Obliczenia udziału wagowego grafitu Gw w żeliwie. Gw=3,5%-0,008%=3,492%

3. Określenie udziału objętościowego grafitu w żeliwie.

$$Go = \ \frac{3,492\%}{0,293*\left( 100 - 3,492 \right) + 3,492}*100 = 10,99\ \%$$

1. Określenie objętości żeliwa reprezentowanego na zdjęciu o powierzchni 1cal²  (25mm x 25mm) wykonanym przy powiększeniu 100 razy. V_M=0,015625mm³

2. Objętość wydzieleni grafitu V_WG jaka występuje w objętości V_M. V_WG=Go*V_M=0,1099*0,015625=0,001717188mm³

3. Objętość pojedynczego wydzielenia grafitu V_(I)WG o średnicy 50 mikrometrów. V_(I)WG=4/3π*r³=4/3π*(50/2)³=6,54166*10^-5mm³

4. Liczba wydzieleni grafitu (n) występująca w objętości V_M. n=V_WG / V_(I)WG= 0,001717188 / (6,54166*10⁵) ≈26

5. Liczba wydzieleni grafitu (n’) widoczna na zdjęciu o powierzchni 1 cal². n’= n^2/3=26^2/3=8,87

6. Liczba wydzieleni grafitu (n”) widoczna na zdjęciu o powierzchni F=50mm x 50mm (4cal²). n”= F*n’=4*8,87≈35

7. Obraz jednego wydzielenia grafitu na zdjęciu o powiększeniu 100 razy stanowi koło o średnicy d’. d’= d/1000*Pc=50/1000*100=5mm

8. Opis obrazu mikrostruktury: Badane żeliwo wykazuje osnowę ferrytyczną z wydzieleniem sferoidalnego grafitu. Na zdjęciu o formacie 50mm x 50mm widocznych jest 65 wydzieleń o średnicy nie większej niż 5mm.

Przykład IV

1. Z wykresu Greinera dla grubości ścianki odlewu 30mm oraz sumarycznej zawartości węgla i krzemu 4,5% (3,5%C+1 %Si) odczytujemy, że osnowę metaliczną stanowi ferryt.

2) Obliczenia udziału wagowego grafitu Gw w żeliwie. Gw=3,5%-0,8%=2,7%

3) Określenie udziału objętościowego grafitu w żeliwie.

Go= [ 2,7% / 0,293*(100-2,7)+2,7]*100= 8,65%

4) Określenie objętości żeliwa reprezentowanego na zdjęciu o powierzchni 1cal² (25mm x 25mm) wykonanym przy powiększeniu 100 razy. V_M=0,015625 mm³

5) Objętość wydzieleni grafitu V_WG jaka występuje w objętości V_M.

V_WG=Go*V_M=0,0865*0,015625=0,001351562 mm³

6) Objętość pojedynczego wydzielenia grafitu V(I)_WG o średnicy 50 µm. V(I)_WG=4/3π*r³=4/3π*(50/2)3=6,54166*10^-5mm³

7) Liczba wydzieleni grafitu (n) występująca w objętości V_M. (1cal³).

n=V_WG /V(I)_WG= 0,001351562 / (6,54166*10^-5) =20,67
Liczba wydzieleni grafitu (n’) widoczna na zdjęciu o powierzchni 1 cal². n’= n^2/3=20,672/3=7,458

9) Liczba wydzieleni grafitu (n”) widoczna na zdjęciu o powierzchni F=50mm x 50mm (4cal2). n”= F*n’=5*7,458≈37

10) Obraz jednego wydzielenia grafitu na zdjęciu o powiększeniu 100 razy stanowi koło o średnicy d’. d’= d/1000*Pc=50/1000*100=5mm

11) Opis obrazu mikrostruktury. Badane żeliwo wykazuje osnowę perlityczną z wydzieleniami sferoidalnego grafitu. Na zdjęciu o formacie 50mm x 50mm widocznych jest 37 wydzieleń o średnicy nie większej niż 5mm.