AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA W BYDGOSZCZY WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Materiałoznawstwa i Technologii Metali
LABORATORIUM: badania materiałów
Ćwiczenie nr 1 Temat: Badania dylatometryczne, określenie temperatury krytycznej
Imię i nazwisko: Studium inż. Semestr III Grupa E Data: 17.10.96

Dylatometr UBD Leitz - Wetzalar typ 50-10012U. Jest to dylatometr optyczny wyposażony w głowicę pomiarową typu Chavenarda. W głowicy tej zamocowane są dwie rurki kwarcowe zatopione na jednym końcu. W jednej z nich umieszcza się próbkę badaną, a w drugiej próbkę wzorcową nie podlegającą przemianom fazowym. Próbki te opierają się jednym końcem o zasklepienie rurek, a drugim dotykają prętów kwarcowych (które przekazują zmiany długości próbek układowi zapisującemu). Głowice pomiarowe typu Chavenarda umożliwiają przeprowadzenie pomiarów metodami: różnicową i bezpośrednią.

Podczas wykonywania pomiaru metodą bezpośrednią ogrzewa się wyłącznie próbkę badaną. Przygotowanie dylatometru do pomiaru bezpośredniego polega na usunięciu rurki kwarcowej z próbką wzorcową i wstawieniu krótkiego pręta stalowego stanowiącego podporę stałą płytki trójkątnej z lusterkiem. W tym przypadku promień świetlny odbity od lusterka porusza się pionowo. Przemieszczenie punktu świetlnego w kierunku poziomym powoduje galwanometr lusterkowy, sterowany termoelementem wprowadzonym do próbki badanej. W wyniku tych dwóch ruchów składowych punkt świetlny przemieszcza się ukośnie. Na dylatogramie uzyskuje się wykres zmian długości próbki badanej w funkcji temperatury, zwany też krzywą rozszerzalności. Kąt jaki tworzy krzywa rozszerzalności z osią temperatury zależy od wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej zastosowanego powiększenia.

Temperatury przemian fazowych wyznacza się zwykle metodą graficzną.

Oznaczenia do wykresu:

T_gr - temperatura początku grafityzacji cementytu

Fe₃C→C_grafit+3Fe

A_c1^p - temperatura początku przemiany przy nagrzewaniu

A_c1^k - temperatura końca przemiany przy nagrzewaniu

A_r1^p - temperatura początku przemiany przy chłodzeniu

A_r1^k - temperatura końca przemiany przy chłodzeniu

Próbka została nagrzana do temperatury 100°C

Chłodzona jest z prędkością 2,5 K/min

Nagrzewanie próbki rozpoczęto od temperatury pokojowej.

Wyznaczenie temperatur przemian fazowych:

Tgr	Ac1^p	Ac1^k	Ar1^p	Ar1^k
660	780	860	810	630

Żeliwo sferoidalne ma grafit wykrystalizowany z cieczy w postaci kulistej. Ta postać grafitu jest najkorzystniejsza. Symbolem żeliwa sferoidalnego jest „Zs”. Dzięki swym dobrym właściwościom żeliwo sferoidalne znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle budowy maszyn, zastępując staliwo, stal i żeliwo ciągliwe. Przy czym koszty wytwarzania z żeliwa sferoidalnego są niższe niż z innych materiałów.

Wyżarzanie normalizujące jest to proces, w którym wykorzystuje się rozdrobnienie ziarn zachodzące podczas przemian perlit ↔ austenit, ferryt ↔ austenit. Wyżarzanie normalizujące polega na austenizowaniu w temperaturze o 30÷50°C powyżej linii GSE czyli powyżej temperatury A_c3 dla stali podeutektoidalnych i powyżej A_cm dla stali nadeutektoidalnych oraz studzeniu w spokojnym powietrzu.

Wyżarzanie grafityzujące - jego celem jest rozkład cementytu na węgiel żarzenia i ferryt wg.:

Fe₃C→3Fe+C_gr

Ten rodzaj wyżarzania stosuje się przy otrzymaniu żeliwa ciągliwego. Stosuje się w zakresach temperatur powyżej i poniżej A₁.

Wyżarzanie normalizujące stosuje się w celu usunięcia możliwie w dużym stopniu naprężeń własnych bez wprowadzania zmian strukturalnych w stali. Naprężenia własne są to naprężenia, których źródło tkwi w samym materiale i nie pochodzi od sił zewnętrznych działających na dane części. Odprężanie części żeliwnych przeprowadza się w zakresie 350÷550°C w czasie 0,5÷2 godzin. W tych temperaturach podczas odprężania nie zachodzą jeszcze zmiany strukturalne.

Ulepszanie cieplne jest to połączenie hartowania ze średnim odpuszczaniem względnie z wysokim odpuszczaniem. Stal po hartowaniu musi być nagrzana do zakresu istnienia austenitu. Stale podeutektoidalne do hartowania nagrzewa się od 30 do 50°C powyżej temp. A_c3, a nadeutektoidalne 30÷50°C powyżej A_c1. W zależności więc od zawartości węgla w stali temp. nagrzania stali jest różna i zmienia się zgodnie z pasmem zakreskowanym.

Temperaturę hartowania dobiera się nie niższą od A_c3 względnie A_c1, aby całkowicie zmienić strukturę wyjściową stali w austenit zaś nie niższą od A_c3+30°C aby szybkość przemiany austenitu była dostatecznie duża i opłacalna w warunkach technologicznych. Temperatura hartowania nie może być wyższa od A_c3+50°C, aby nie nastąpił rozrost ziarn, lecz aby wytworzył się po przemianie austenit drobnoziarnisty, który po chłodzeniu daje strukturę martenzytu drobnoziarnistego.

Odpuszczanie średnie stosuje się dla części, które powinny wykazywać dość duże Re i Rsp przy jednoczesnym ulepszaniu udarności.

W zakresie odpuszczania wysokiego wytwarza się struktura z kulkowym Fe₃C tym drobniejszym im niższa jest temperatura odpuszczania.

Ulepszenie jest typową cechą stali konstrukcyjnych. Podczas odpuszczania poza zmianami strukturalnymi zachodzi jednocześnie usunięcie naprężeń własnych powstałych podczas hartowania. Im w wyższej temperaturze przeprowadza się odpuszczanie tym w większym stopniu zachodzi odprężenie. Główną korzyścią jaką osiąga się przez ulepszanie jest osiągnięcie drobnoziarnistości stali. Odpuszczanie średnie przeprowadza się w temp 250-450°C