Podstawy projektowania materiałów

Analiza właściwości technologicznych proszku 98,6%żelaza; 1%miedzi; 0,4%grafitu

Krystyna Szerląg

Maria Powroźnik

Karol Stokłosa

Damian Reclik

Grzegorz Szlachta

Bartosz Żołądź

Dominika Tłuczek

Mateusz Wróbel

WIMiR Gr. H30

1. Określenie wielkości cząstek. Metoda sitowa.

Wielkość cząstek została określona za pomocą analizy sitowej. Jest to metoda badawcza polegająca na rozdziale materiału (gruntu, mieszanki mineralnej) na frakcje zawierające ziarna o różniej wielkości, poprzez przesiewanie przez zestaw sit, w wyniku czego ziarna o odpowiednich średnich pozostają na kolejnych sitach (o coraz mniejszych oczkach). Wielkość oczka w zestawie sit to: 200, 160, 100, 71, 63, 40 oraz <40 [μm].

Do określenia wielkości cząstek przygotowano 500g proszku miedzi i przesypano je przez zestaw sit.

Otrzymane wyniki:

Sito, µm	Miedź, g
200	0,26
160	25,95
100	110,32
71	130,96
63	53,20
40	60,03
<40	119,51

Udział procentowy poszczególnych frakcji w całej partii proszku:

$$x = \frac{m_{n}}{m}$$

m_n- masa proszku na danym sicie [g]

m- masa całkowita proszku przeznaczona do analizy [g]

Graficzny wynik analizy sitowej dla proszku miedzi

Udział procentowy:

Krzywa skumulowana:

Histogram zestandaryzowany:

DOPISAC!

1. Sypkość

Sypkość proszku określono za pomocą lejka Halla. Pomiar sypkości polegał na tym, że odważono 50 g przygotowanego proszku i przesypywano go przez znormalizowany lejek Halla mierząc przy tym czas przesypu całego proszku. Sypkość określana jest więc przez czas przesypu 50 g proszku.

Wyniki pomiarów:

Proszek	Pomiar I [s]	Pomiar II [s]	Średnia sypkość [s]
Miedź	25	25	25

1. Gęstość nasypowa

Gęstość nasypową proszku obliczono wsypując swobodnie odmierzoną ilość proszku do wolumetru Scotta o objętości równej 25 cm² . Gęstość obliczono jako stosunek masy proszku wsypanego do objętości pojemnika.

106,05 – masa pojemnika

Cu + pojemnik= 179,53 g

V=25 cm³

Gęstość nasypowa proszku Cu:

(176,7-106,04)/25=2,9392[g/cm³]

1. Gęstość nasypowa z usadem

Gęstość nasypową z usadem obliczono jako stosunek masy proszku do najmniejszej objętości, jaką on zajmuje w wyniku wstrząsania pojemnika w którym się znajdował.

Wyniki pomiarów:

Cu, cm^3
V0=18
V=15(po wytrząsaniu)

Gęstość z usadem proszku Cu:

50/16=3,333[g/cm³]

1. Analiza proszku miedzi o wybranych wielkościach ziarna

Do analizy wybrano 50g proszku o wielkości ziarna 100µm oraz 50g z podsita.

1. Sypkość

Proszek Cu: Oczka sita	Pomiar I [s]	Pomiar II [s]	Średnia sypkość [s]
Podsito	25	25	24,32
100µm	30	30	30,02

1. Gęstość nasypowa

100 µm	Podsito
m (z pojemnikiem): Pomiar nieudany(za mało miedzi)	m(z pojemnikiem)=185,51

Masy:

- pojemnika: 106,05g

-Cu(podsito )+ pojemnik:185,51g

-Cu(100µm)+ pojemnik: pomiar nieudany

Objętość proszku w pojemniku: 25cm³

Gęstość nasypowa proszku Cu(podsito):

(185,51-106,05)/25=3,1784[g/cm³]

Gęstość nasypowa proszku Cu(100µm): -

1. Gęstość nasypowa z usadem

100µm	Podsito
V0=18 cm^3	V0=16 cm^3
V=16 cm^3	V=14 cm^3

- po 50g proszku

-objętości po wytrząsaniu [cm³]: Cu(podsito)-14,

Cu(100µm)-16

Gęstość z usadem proszku Cu(podsito ):

50/14=3,57[g/cm³]

Gęstość z usadem proszku Cu(100ηm):

50/16,5=3,125[g/cm³]

1. Przygotowanie mieszanki

Zawartości procentowe składników w mieszance:

Fe – 98,6%

Cu – 1%

C – 0,4%

- masa całkowita mieszanki:

M_c=50g

- obliczanie masowej zawartości żelaza

m_Fe = 49, 3g

- obliczanie masowej zawartości miedzi

m_Cu = 0, 5g

- obliczanie masowej zawartości grafitu

m_C = 0, 2g

Gęstość teoretyczna mieszanki

7,87 [g/cm³]

1. Mieszanie

Po dokładnym odważeniu proszków zostały szczelnie zamknięte i przeniesione do mieszalnika.

1. Prasowanie

Przygotowano 6 naważek, które następnie sprasowano na prasie hydraulicznej. Dane próbek:

Lp.	Masa, g	Długość, mm	Wysokość h, mm	Szerokość b, mm	Gęstość
1. 300 MPa	5,96	40,37	5,15/5,02=5,085	5,37/5,53 =5,45	5,21
2. 300 MPa	5,95	40,39	5,11/5,00=5,055	5,50/5,43=5,465	5,33
3. 300 MPa	5,93	40,40	5,13/5,40=5,265	5,42/5,33=5,375	5,30
4. 600 MPa	5,94	39,94	4,88/4,76=4,82	5,14/5,19=5,165	5,98
5. 600 MPa	5,94	39,98	4,80/4,75=4,775	5,17/5,17=5,17	6,03
6. 600 MPa	5,91	40,07	4,77/4,81=4,79	5,25/5,16=5,205	5,99

1. Spiekanie

Próbki spiekano przez 30 minut w temperaturze 1120 °C. Probki spiekano w osłonie wodoru.

1. Parametry próbek po spiekaniu

Wyznaczanie masy, wymiarów jako średniej z trzech pomiarów, gęstości pozornej i teoretycznej oraz porowatości dla każdej wypraski oraz zestawienie średnich w celu porównania wyników.

Wyznaczanie gęstości teoretycznej wg wzoru: $d_{t} = \frac{m_{s}}{\sum_{}^{}\frac{m_{i}}{d_{i}}}\ \left\lbrack \frac{g}{cm^{3}} \right\rbrack$

m_s- masa sumy składników

m_i – masa składnika

d_i – gęstość składnika

Wyznaczanie objętości wg wzoru: V = h * b * l [mm³]

h – wysokość próbki

b – szerokość próbki

l – długość próbki

Wyznaczanie gęstości pozornej wg wzoru: $d = \frac{m}{V}\ \left\lbrack \frac{g}{cm^{3}} \right\rbrack$

m – masa próbki

V – objętość próbki

- przed spiekaniem:

Objętość V [mm^3]	Gęstość pozorna d [g/cm^3]	Gęstość teoretyczna dt [g/cm^3]	Porowatość P [%]
1143,29	5,21		32,40
1115,80	5,33		32,53
1118,78	5,30		33,93
993,36	5,98		24,01
985,94	6,03		23,38
998,06	5,99		23,89

- po spiekaniu:

Lp.	Masa [g]	Wysokość h [mm]	Szerokość b [mm]	Długość l [mm]	Objętość V [mm^3]	Gęstość pozorna d [g/cm^3]	Gęstość teoretyczna dt [g/cm^3]	Porowatość P [%]
1	5,92	5,07	5,46	39,83/39,85=39,84	1102,86	5,37		31,77
2	5,92	5,075	5,43	39,83/39,86=39,845	1098,02	5,39		31,51
3	5,89	5,09	5,32	39,82/39,81=39,815	1078,14	5,46		30,62
4	5,89	4,76	5,145	39,90/39,88=39,89	976,91	6,03		23,38
5	5,91	4,82	5,165	39,92/39,88=39,90	993,32	5,95		24,40
6	5,88	4,725	5,16	39,97/39,95=39,96	974,26	6,04		23,25

- zestawienie średnich wartości dla obu pomiarów:

	Masa [g]	Wysokość h [mm]	Szerokość b [mm]	Długość l [mm]	Objętość V [mm^3]	Gęstość pozorna d [g/cm^3]	Gęstość teoretyczna dt [g/cm^3]	Porowatość P [%]
Przed spiekaniem	300MPa	5,95	5,135	5,43	40,39	1125,96	5,28
	600MPa	5,93	4,795	5,18	40,00	992,45	6,00
Po spiekaniu	300MPa	5,91	5,08	5,40	39,83	1093,01	5,41
	600MPa	5,89	4,77	5,16	39,92	981,50	6,01

Gęstość pozorna w zależności od ciśnienia prasowania

Krzywe skumulowane

Histogram ……(trzeba ten histogram czy nie??? bo ja nie wiem jak to się robi)

1. Próba zginania

Próbę zginania próbek po spiekaniu przeprowadzono na maszynie wytrzymałościowej. Próba ta polegała na tym, że daną próbkę umieszczono na dwóch podporach ustawionych względem siebie w płaszczyźnie poziomej, następnie do próbki przyłożona została rosnąca siła która powodowała zginanie próbki. Gdy próbka została złamana, na wskaźniku została pokazana wartość, przy której próbka uległa złamaniu.

schemat próby zginania:

Lp.	Pomiar [kg]	Pomiar [N]	Wytrzymałość na zginanie [Mpa]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

1. Wnioski (to są wnioski grupy z tamtego roku, trzeba usunąć to czego nie mieliśmy i dostosować do naszych wyników)

Badanie próbek pomaga praktycznie wyznaczyć czy dany materiał jest w stanie przenieść oczekiwane obciążenie.

Po przeprowadzeniu próby zginania zauważono, że warności siły przy których próbki zostały zerwanie różnią się od siebie nieznacznie. Spowodowane jest to tym, że wymiary poszczególnych próbek różniły się od siebie w niewielkim stopniu a to ma duży wpływ na wytrzymałość materiału na zginanie. Wpływ na to ma także niedokładne ułożenie próbki na podporach tzn. środek ciężkości próbek był ustawiany w różnych odległościach od podpór-nie był położony idealnie po środku.

Obserwując próbki po wykonanej próbie stwierdzono że jest to złom rozdzielczy co oznacza, że materiał z którego jest zrobiona próbka wykazuje właściwości plastyczne.

Próbki 6-10 (spiekanych w osłonie wodoru) wykazywały wyższą udarność od próbek 1-5 (spiekanych w azocie).

Próbki 1-5 wykazywały wyższą wytrzymałość na zginanie w stosunku do próbek 6-10, co może być spowodowane wpływem atmosfery wodoru na próbki, wodór wpływa na ubytek masy spiekanego materiału a za razem na zmniejszenie przekroju.

Na podstawie załączonych wyników można stwierdzić, że masa zrobionych wyprasek odbiega od mas proszku wykorzystanego do ich zrobienia. Można również zauważyć, że jest ona różna dla każdej próbki. Przyczyną zaistniałej sytuacji są niedokładności w procesie technologicznym. Wymiary poszczególnych próbek również różnią się od siebie przez co objętość wyprasek też jest różna. Do błędów technologicznych mogły dołączyć się błędy pomiarowe co ma wpływ na otrzymane wyniki. Dla próbek przed spiekaniem jak i po pojawiają się duże różnice w porowatości materiału. Stosunkowo duża porowatość w badanych próbkach wpływa niekorzystnie na wytrzymałość materiału. Jak widać w zestawieniu po spieczeniu nastąpił wzrost porowatości stopów. Istotną rolę w niwelacji porów powinien odegrać proces rozrostu ziaren. W poprawnie spieczonym materiale porowatość powinna być zniwelowana przez wzrost wielkości ziaren. Można przypuszczać, że wpływ na zaistniałą sytuacje ma zbyt duża wielkość porów. Widać również, że po spieczeniu wypraski zmniejszyły swoją objętość.

Sypkość:

-dla proszku miedzi jest mniejsza, czego powodem jest prawdopodobnie bardziej regularny kształt ziaren tego proszku,

- W przypadku proszku miedzi mniejszą sypkość uzyskano dla mniejszych ziaren, stąd wniosek, że im mniejsze regularne ziarna tym mniejsze jest ich wzajemne blokowanie,

-Małe ziarna proszku żelaza nie chciały przesypywać się przez lejek , czego powodem jest najprawdopodobniej ich wzajemne klinowanie się na skutek nieregularnej powierzchni i małych mas(zbyt mała siła ciężkości w porównaniu z siłami tarcia i reakcji).

Wielkość ziarna proszku należy dobierać w zależności od rodzaju użytego proszku.

Gęstość:

-Im drobniejszy proszek tym większa gęstość nasypowa, jak również większa gęstość z usadem.