Politechnika Warszawska, Wydział Transportu

Zakład Podstaw Budowy Urządzeń Transportowych

MATERIAŁOZNAWSTWO

Rok akademicki 2010/2011

Imię i nazwisko: Martyna Melon	Grupa / podgrupa: T5 / C	Ocena:

Ćwiczenie nr II

Temat: Mikroskopowe badanie struktury wybranych próbek

stali, żeliw oraz metali kolorowych.

Data wykonania ćwiczenia Data złożenia sprawozdania

22.11.2010 / 1.12.2010 13.12.2010

Wstęp

Celem ćwiczenia było rozróżnienie kolejnych wybranych próbek i pokazanie różnorodności wskazanych egzemplarzy stali, żeliw oraz metali kolorowych. Badaniu zostały poddane 4 próbki o różnych właściwościach fizyczno- chemicznych.

„Przystępując do badania powierzchni metalu należy przygotować szlif (zgład)* na pobranej próbce. Próbka powinna być tak dobrana, aby charakteryzowała strukturę całego metalu.”

*Zgład to w metaloznawstwie pobrana skośnie, poprzecznie lub podłużnie względem osi materiału i odpowiednio przygotowana próbka do badań mikroskopowych.

Przebieg ćwiczenia.

Każdy z uczestników badań mikroskopowych struktury metali wybrał po dwie próbki stali oraz po jednej próbce żeliwa i metalu kolorowego. Następnie przeprowadziliśmy badanie mikroskopowe na wytypowanych egzemplarzach. Ćwiczenie polega na obserwacji, rysowaniu i opisywaniu wybranych według zadań indywidualnych próbek.

Poniżej zamieszczam tabelę opisującą wylosowane przeze mnie próbki:

LP	MARERIAŁ	STAN	SKŁAD CHEMICZNY	OPIS STRUKTURY
1.	Żeliwo ciągliwe ZcC 3308 wg PN/H-8322	Po wyżarzaniu grafityzującym	C – 2,70% Si – 1,10% Mn – 0,45% P – 0,12% S – 0,13%	Grafit kłaczkowy (węgiel żarzenia)
2.	Stal 15 wg PN/H-84019	wyżarzona	C – 0,16% Mn – 0,44% Si - 0,25% P – 0,030% S – 0,032% Cr – 0,10% Ni – 0,20% Cu – 0,18%	Jasne ziarna ferrytu oraz ciemne perlitu
3.	Siluminium modyfikowany, cecha AK9, znak AlSi9 wg PN/H-88027	odlew	Si - 9,2% Mg – 0,22% Mn – 0,42% Fe – 0,52% Al – reszta	Kryształy roztworu stałego granicznego krzemu w aluminium na tle drobnej szarej autektyki składającej się z kryształów roztworu stałego i kryształów krzemu
4.	Stal 25 wg PN/H - 84019	wyżarzona	C – 0,26% Mn – 0,32% Si – 0,28% P – 0,032% S – 0,036% Cr – 0,22% Ni – 0,24% Cu – 0,20%	Jasne ziarna ferrytu i ciemne perlitu

Załączam również kartę przedstawiającą wyniki wykonanego badania mikroskopowego.

Stal – stop żelaza z węglem zawierający od 0 do 2,05% węgla. Węgiel w stali jest w postaci związanej Fe₃C (cementyt). Stal ma charakter sprężysto plastyczny i jest obrabialna plastycznie (walcowanie, kłuta, gięta).

Stale możemy podzielić ze względu na procentową zawartość węgla i strukturę wewnętrzną. Tak więc wyróżniamy:

• Stale podeutektoidalne o zawartości węgla (C) mniejszej niż 0,77%

• Stale eutektoidalne o zawartości węgla równej 0,77%

• Stale nadeutektoidalne o zawartości węgla od 0,77% do 2,05%

Zadanie.

Jaka jest struktura stali dla zawartości węgla C=0,1%?

Stal o zawartości węgla C=0,1%. Na przekroju oglądanym pod mikroskopem daje się zauważyć ziarna ferrytu oddzielone obszarami perlitu.

Sposób obliczania zawartości węgla dla stali eutektoidalnych:

X = (P * 0,77%)/100%

gdzie:  X - zawartość węgla w % ,

P - % udział powierzchni zajętej przez perlit.

Zadanie.

Dobierz stal na podane elementy.

1. Stal na nadwozie samochodu osobowego: stal węglowa wyższej jakości o określonym przeznaczeniu: 08YA o maksymalnej zawartości węgla 0,08% i manganu – 0,35%

2. Stal na koła zębate skrzyni biegów: stal stopowa konstrukcyjna 40H o zawartości węgla od 0,36 do 0,44%

3. Stal na szyny kolejowe: stal konstrukcyjna zastosowania St90PA o zawartości węgla od 0,6 do 0,75%

Wpływ zawartości węgla na właściwości stali:

Ogólny podział stali:

• stal węglowa (niestopowa)

- dzielona ze względu na zawartość węgla:

• niskowęglowa

• średniowęglowa

• wysokowęglowa

- dzielona ze względu na zastosowanie:

• stale konstrukcyjne

• stale narzędziowe

• stale o szczególnych właściwościach fizycznych i chemicznych

  • stal stopowa

- dzielona ze względu na skład chemiczny

• niskostopowa

• średniostopowa

• wysokostopowa

Żeliwo – stop żelaza i węgla o zawartości od 2,05% do 6,67% węgla. Węgiel w żeliwie występuję w postaci wolnej (grafit). Żeliwo jest kruche i jest tworzywem odlewniczym. Nie da się go hartować.

Rozróżniamy:

• Żeliwa szare, gdzie węgiel występuje w postaci grafitu. Ma właściwości tłumiące drgania. Możemy również wyróżnić:

- żeliwo szare ferrytyczne

- żeliwo szare perlityczne

- żeliwo szare ferrytyczno - perlityczne

• Żeliwa białe, gdzie węgiel występuje w postaci cementytu (Fe₃C) o małej przydatności.

• Żeliwa pstre, gdzie węgiel występuje w obydwóch postaciach

Struktura żeliwa w zależności od łącznej zawartości węgla i krzemu oraz grubości ścianki odlewu wg F. Greinera i T. Klingensteina:

Pole I - żeliwo białe, II - żeliwo pstre, III -żeliwo perlityczne, IV- żeliwo perlityczno-ferrytyczne, V- żeliwo ferrytyczne.

Wykres przedstawiający zależność struktury odlewu żeliwnego (o grubości ścianki 50 mm) od zawartości węgla i krzemu  w żeliwie (wykres Maurera):

I - żeliwo białe.

II - żeliwo szare perlityczne.

III - żeliwo szare ferrytyczne.

Zastosowanie wybranych rodzajów żeliw.

• Żeliwa szare sferoidalne (węgiel występuje w postaci kulek):

- wały korbowe

- koła zębate

- cylindry silnikowe

• Żeliwa białe ciągliwe (zawiera grafit powstały podczas obróbki cieplnej w czasie wyżarzania grafityzującego):

- części maszyn o skomplikowanym kształcie

- części maszyn rolniczych

- części maszyn w przemyśle elektrotechnicznym

Zadanie.

Znajdź materiał z którego można wykonać pierścienie tłokowe w silnikach samochodowych.

Materiałem na pierścienie tłokowe w silnikach samochodowych może być m.in. żeliwo sferoidalne Zs5002.

Węgiel żarzenia inaczej grafit kłaczkowy wytrąca się w żeliwie podczas obróbki cieplnej w dużej temperaturze.

Metale kolorowe - ogólna nazwa metali i stopów metali nieżelaznych (nie zawierających żelaza). Do metali kolorowych zalicza się m.in.: miedź, cynk, cynę, ołów, aluminium, a do stopów: mosiądz i brąz. Są to ciała o charakterystycznym połysku, są dobrymi przewodnikami cieplnymi.

Część układu równowagi aluminium-miedź.

Układ równowagi fazowej stopów aluminium – krzem.

Utwardzanie dyspersyjne = przesycanie + starzenie

Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury powyżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i szybkim chłodzeniu w celu zatrzymania rozpuszczonego składnika w roztworze stałym. W wyniku przesycania poprawiają się właściwości plastyczne natomiast zmniejsza się wytrzymałość i twardość

Starzenie polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Jeżeli proces starzenia zachodzi w temperaturze pokojowej to nosi nazwę starzenia samorzutnego lub naturalnego. Starzenie powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenie plastyczności.

Duraluminium (skrótowo: dural) to ogólna nazwa stopów metali, zawierających głównie aluminium oraz dodatki stopowe: zwykle miedź (2,0-4,9%), mangan (0,3-1,0%), magnez (0,15-1,8%), często także krzem, żelazo i inne w łącznej ilości ok. 6 do 8%, przeznaczony do przeróbki plastycznej.

Zastosowanie durali:

• lustra reflektorów

• wkręty

• rury

• obciążone elementy konstrukcji lotniczych

• druty

• nity

Silumin, alpaks – stop aluminium z dodatkiem krzemu, oraz innymi (o mniejszym udziale procentowym) dodatkami takimi jak miedź, magnez, mangan i nikiel, odporny na korozję, o dobrej lejności, małym skurczu i małą skłonnością do pękania, popularny w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

Zastosowanie siluminów:

• odlewy tłoków silników spalinowych

• silniki

• pompy wodne

• odlewy głowic cylindrów silników spalinowych

• obudowy sprzęgła

 

Mosiądze są to techniczne stopy miedzi z cynkiem.

W składzie podwójnym Cu - Zn występuje 6 różnych faz, jednakże praktyczne znaczenie maja stopy zawierające do 45% Zn. Powyżej 45% Zn stopy stają się kruche i nie nadają się zarówno do przeróbki plastycznej jak i na odlewy.

 

Ze wzglądu na budowę strukturalną mosiądze można podzielić na:

1. Mosiądze jednofazowe o zawartości cynku do 32%. Charakteryzujące się bardzo dobrymi własnościami plastycznymi. Można przerabiać je plastycznie na zimno. Cynk zwiększa wytrzymałość i plastyczność stopu. Odporne na korozję.

2. Mosiądze przejściowe zawierające 32-39% Zn. Mosiądze przejściowe przeznaczone są do przeróbki plastycznej na zimno i na gorąco.

3. Mosiądze dwufazowe zawierające 39-45% Zn. Stosuje się je przeważnie jako stopy odlewnicze. Są one obrabiane plastycznie tylko na gorąco.

W celu polepszenia własności wytrzymałościowych i odporności na korozje, wprowadza się do mosiądzów inne pierwiastki stopowe, jak: Al, Mn, Fe, Ni. Stopy z tymi pierwiastkami określa się jako mosiądze stopowe.

 

Zastosowanie mosiądzów:

• rurki chłodnicowe

• łuski amunicji małokalibrowej

• koszyki łożysk tocznych

• wyroby artystyczne

• rury do skraplaczy

Brązy są to stopy miedzi z cyną lub innymi pierwiastkami poza cynkiem i niklem. Najczęściej stosowane są brązy: cynowe, aluminiowe, berylowe, krzemowe, ołowiowe, przy czym nazwa ich pochodzi od głównego dodatku stopowego. Ze względu na zastosowanie wszystkie brązy można podzielić na dwie grupy:

Brązy odlewnicze są na ogół stopami wieloskładnikowymi, zawierającymi obok cyny jako głównego dodatku stopowego jeszcze inne pierwiastki. Charakteryzują się dobrą lejnością, skrawalnością, odpornością na korozję oraz na ścieranie.

Brązy do obróbki plastycznej mają własności plastyczne. Zawierają one do 8% Sn. Wykonuje się z nich sprężyny, rury, taśmy itp. Do jednych z najbardziej znanych i najstarszych brązów należą brązy cynowe. W technice znalazły zastosowanie stopy zawierające do 11% cyny, z dodatkami innych pierwiastków.

Zastosowanie brązów:

• sprężyny

• tulejki

• koła zębate

• wirniki

• korpusy pomp

Wynik ćwiczenia

Wynikiem ćwiczenia powinna być umiejętność przybliżonego wskazania rodzaju żeliwa według wymogów jego zastosowania.

Literatura:

Szucki Tadeusz, Inżynieria materiałowa Materiałoznawstwo, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002