1. Zastosowanie staliwa Hadfielda- Odlewy wykonane ze staliwa Hadfielda są odpowiednie dla materiałów, które są narażone na działanie udarów mechanicznych i silnych zgniotów: szczęki łamaczy i kruszarek;listwy kruszarek;bijaki, młotki, elementy młynów kulowych itp.;rozjazdy kolejowe;zęby czerpaków;ogniwa w ciągnikach łańcuchowych.

2. Mikrostruktura w stanie lanym i po obróbce cieplnej staliwa L120G13: Staliwo Hadfielda w stanie lanym: eutektyka fosforowa, węgliki, austenit, wtrącenia niemetaliczne, Staliwo Hadfielda po przesycaniu (w temp. 1050oC): austenit, wtrącenia niemetaliczne.

3. Gatunki staliw odpornych na zużycie: a). stale i staliwa konstrukcyjne (węglowe i stopowe) zawierają średnio: 0,45% C-1,8% Mn-2% Cr-2,5% Ni-0,7% Mo,

– staliwo wysokowęglowe (rolki do linii walcowniczych, koła napędowe);

– staliwo niskostopowe perlityczne (płyty pancerne w młynach do rozdrabniania rud); – martenzytyczne (Cr+Ni+Mo powinny zapewnić strukturę w pełni martenzytyczną bez bainitu i prelitu).

b). stale i staliwa wysoko stopowe (Hadfielda, staliw Cr), zawiea średnio 1 – 1,4% C; 12 – 14% Mn

staliwa zawierające 12 – 16% Cr.

4. Wpływ dodatków Cr, Mo i Ni na własności staliwa Hadfielda:

– dodatek 2 – 4% Ni sprzyja uzyskaniu całkowicie austenitycznej struktury w ściankach >70

mm;dodatek max. 3% Cr i 2% Mo podnosi odporność na ścieranie; Cr: ze wzrostem Cr rośnie Re ale maleje Rm oraz wydłużenie.Mo: ze wzrostem Mo rośnie Re ale powyżej 2% Mo maleje Rm oraz wydłużenie.Ni: ze wzrostem Ni rośnie Re ale powyżej 2% maleje Rm (i pożniejszy dodatek Ni nie zmniejsza bardziej), natomiast powyżej 2% Ni rośnie wydłużenie.

6. Podział staliwa węglowego, dopuszczalne zawartości: Cr, Mo, V:

Podział staliwa węglowego: niskowęglowe < 0,20% C, średniowęglowe 0,20 – 0,45% C węglowe konstrukcyjne, ważny jest stosunek Re/Rm, wysokowęglowe: 0,45 – 0,60% C, Zawartość Cr, Mo i V : Cr do 0,35%- Mo do 0,15%- V do 0,05% . (hartuje się płytko). W celu obniżenia krytycznej szybkości hartowania należy stosować dodatki stopowe:-0,3%C-Hartuje się na wskroś do średnicy 10-15mm,-0,4%C Hartuje się na wskroś do średnicy 15-20mm. Wyjątkowo ulepszanie cieplne można stosować TYLKO dla odlewów cienko ściennych,gdyż wtedy możemy zapewnić jednakowe własności na grubości ścianki odlewu.

7. Obróbka cieplna staliwa wysokowęglowego: Odlewy ze staliwa węglowego w stanie lanym posiadają: gruboziarnistą strukturę, niskie własności zwłaszcza plastyczne, duże naprężenia odlewnicze-powstające podczas krzepnięcia i stygnięcia odlewu. Podstawowymi czynnikami obróbki cieplnej odlewów staliwnych są: temperatura, czas wytrzymania w danej temperaturze, szybkość studzenia, szybkość studzenia. Wybór obróbki cieplnej zależy od: składu chemicznego staliwa, rodzaju odlewu, grubości ścianek, konstrukcji. Ze względu na powyższe właściwości dla staliwa węglowego stosuje się : NORMALIZOWANIE w temperaturze Ac3 + 500C dobranej odpowiednio do grubości ścianek, odlewu (odstępstwa od warunków technologicznych prowadzą do pozostałości igieł ferrytu głównie po pierwotnych granicach ziarn). Nie stosuje się ulepszania cieplnego ze względu na duża krytyczną szybkość hartowania

8. Zastosowanie staliwa nisko i wysokowęglowego: Niskowęglowe:

- odlewy niezbyt obciążone lub obciążone udarowo

np. części maszyn, korpusy silników elektrycznych, zderzaki.

- charakteryzuje się wysoką indukcją w słabych i silnych polach magnetycznych oraz dużą

przenikliwością magnetyczną dlatego znalazło zastosowanie w elektrotechnice.

- poddaje się również nawęglaniu przez co zyskuje twardą odporną na ścieranie powierzchnie, a

jednocześnie dużą ciągliwość części wewnętrznych.Średniowęglowe:

- najczęściej stosowane na odlewy gdyż posiada optymalne własności wytrzymałościowe,

plastyczne i technologiczne.Wysokowęglowe:

- rolki do linii walcowniczych, koła napędowe, zębate.

9. Scharakteryzować staliwo węglowe konstrukcyjne: Na elementy konstrukcyjne stosuje się przeważnie staliwo średniowęglowe, przy czym

odlewy grubościen-ne wykonuje się ze staliwa o mniejszej zawartości węgla (0,2-i-25%C), a skomplikowane odlewy cienkościen- ze staliwa o większej zawartości węgla (0,3-=--=-0,38l(,/oC);

na odlewy narażone na uderzenia stosuje się staliwo o niskiej zawartości C. Staliwo węglowe jest materiałem odpowiednim na odlewy pracujące w temperaturze do 400°C. Przy wyższych temperaturach stosuje się staliwa stopowe. Konstruując odlewy pracujące w niskich temperaturach(niektóre aparaty chemiczne, urządzenia chłodnicze, statki polarne) należy pamiętać o silnymspadku udar-ności staliwa węglowego w tych temperaturach. Na przykład staliwo węglowe ozawartości 0,25"/o C mające w temperaturze H 20°C udarność 90 J/cm2 w temperaturze —40°C naudarność 16 J/cm2. W zakresie temperatur otaczającej atmosfery (do około — 25°C) w większościprzypadków można stosować staliwa węglowe.

Podział na gatunki przeprowadzono biorąc za podstawę wymaganą minimalną wartość

wytrzymałości na rozciąganie. Oznaczenie staliwa składa się z litery L na początku, dwucyfrowej

liczby określającej wytrzymałość na rozciąganie i liczby rzymskiej podającej grupę staliwa. W

przypadku konieczności dodaje się na końcu literę wskazującą sposób wytopu: Z (proces

zasadowy), K (kwaśny), B (konwertorowy).

10.Mikrostruktura staliwa węglowego i jej związek z właściwościami staliwa:

Mikrostruktura (ferryt perlit, WN) jest bardzo zróżnicowana i zależy od :

- zawartości C; - obróbki cieplnej

W stanie lanym charakteryzuje się tzw. strukturą Widmannstattena (mieszanina ferrytu

iglastego i perlitu), obserwuje się ją przy zawartości 0,28-0,4% C i w grubościennych odlewach lub węzłach cieplnych.

11. Wymienić cele okresu świeżenia: Świeżenie odbywa się rudą żelaza lub tlenem gazowym w celu:utlenienia się P, Si, C, Mn.usunięcia gazów (H2) usunięcia wtrąceń niemetalicznych. wyrównanie temperatury i składu chemicznego.

12. Warunki i reakcja usunięcia P z kąpieli metalowej: Fosfor powszechnie jest uważany za domieszkę szkodliwą w stali, gdyż powoduje tzw.kruchość na zimno, szczególnie w temperaturach poniżej 0°C. Ujemny wpływ fosforu zaznacza się

tym silniej im więcej jest węgla w staliwie. Dopuszczalne stężenie fosforu w staliwie nie powinno

przekraczać 0,03-0,04%. W niektórych jednak przypadkach fosfor jest por zadany np. w stali

automatowej. zawartość P dochodzi do 0,2%.

Usuwanie fosforu ze stali następuje już w okresie topnienia, a głównie w początkowym

okresie gotowania. Wówczas dzięki stosunkowo znacznej ,w tym etapie, ilości tlenu w kąpieli na

granicy żużel-metal zachodzi podstawowa reakcja, decydująca o stopniu odfosforowania kąpieli

metalowej:

2[P] + 5(FeO) → (P2O5) + 5[Fe]

2[P] + 5[O] → (P2O5)

Powyższe reakcje dotyczą obszaru (granicy) metal/żużel

Reakcje w żużlu: (P2O5) + (CaO) -> (4CaO x P2O5)

Jest to proces egzotermiczny, równowaga przechodzi w prawo. Obniżenie temperatury

będzie sprzyjało przechodzeniu fosforu do żużla

Odfosforowanie ciekłego metalu łatwiejsze jest im:

• wyższa jest zasadowość żużla (stężenie jonów O2-)

• wyższy stopień utlenienia zużla(ilość kationów Fe2+)

• niższa temperatura ciekłego metalu

• niższe stężenie w (P2O5) w żużlu (spienianie żużla i jego wypływanie).

13.Podac przyczyny dlaczego P nie ulega utlenianiu jeśli spełnione są warunki reakcji utleniania P: Ponieważ we wsadzie (w ciekłym metalu) występuje pierwiastek o większym

powinowactwie. (P2O5) + Si -> [P]

15. Uzasadnić i napisać najważniejszą reakcje okresu świeżenia:

utlenianie P: [P] + [O] = {P2O5}; utlenianie C: [C] + [O] = {CO} ; [ ] metal, ( ) żużel, { } gaz

16. Czym można świeżyć kąpiel met. , podać szybkość utleniania C:

• Wytop z pełnym procesem utlenienia:

Świeżenie rudą żelaza (ok. 30 min.) lub gazowym tlenem (3 – 6 min.), (ściąganie żużla). W tym

procesie utleniamy C, Si, P, Mn oraz usuwamy z kąpieli gazy i wtrącenia niemetaliczne.

• Wytop odzyskowy-tlenowy

Świeżenie tylko gazowym tlenem(3-6min). Redukuje się Mn z żużla FeSi.

• Wytop odzyskowo

Nie ma procesu świeżenia.

17. Kiedy kończymy okres świeżenia:

Okres świeżenia kończymy wtedy, kiedy zawartość P w kąpieli metalowej będzie niższa niż

0,03%. Kiedy zawartość P będzie niższa od dopuszczalnej dla danego gatunku staliwa, a zawartość

C w granicach normy dla danego gatunku staliwa.

18. Dlaczego ściągamy żużel okresu świeżenia:

ciekłego metalu (tlenek P i Fe powodują silny stopień utlenienia żużla).

19. Rodzaje żużli w procesie wytapiania w elektrycznym piecu łukowym: Ogólnie to kwaśne (gdy wyłożenie kwaśne) i zasadowe (gdy wyłożenie zasadowe).

żużel okresu świeżenia – ż. Utleniający;

żużel karbidyczny (żużel rafinacji) - w warunkach odtleniania w zasadowych piecach łukowych, w

końcowym okresie rafinacji pod elektrodami powstaje karbid, ma działanie nawęglające, jest silnieodtleniający oraz trudno się oddziela, zawiera 3% CaC2

żużel biały (żużel rafinacji) – zalecany, brak CaC2 (karbid), pod koniec procesu rafinacji

charakteryzuję się tym że rozpada się na biały proszek.

20. Podaj różnicę pomiędzy składem chemicznym żużla okresu rafinacji i utleniania:

Tabela: Związki chemiczne: CaO, SiO2, MnO, P2O5, FeO, MgO, Al2O3; Zużel okresu świeżenia: 40-50, 10-15, 10, 2-5, 15-20, 10-15, 5; Żużel okresu rafinacji (2): KARBIDYCZNY: 55-65,ok.15, <1,---, <0,5, ---, ---; BIAŁY: 55-65,ok.15, <1, --- , <1.5, ---, ---. We wszystkich powstaje karbid CaC2<5%.

22. Właściwości fizyczne i chemiczne żużla:

Właściwości fizyczne :

- Lepkość; - Napięcie powierzchniowe; - Napięcie międzyfazowe na granicy z metalem; - Przewodnictwo cieplne i elektryczne.

Właściwości chemiczne:

- zasadowość żużla; - stopień utleniania; - zdolność utleniająca

23. Rola żużla w procesie wytapiania staliwa w piecu łukowym i indukcyjnym:

- wchłania wypływające ze stali wtrącenia niemetaliczne

- umożliwia usuwanie zanieczyszczeń np. S i P

- ogranicza możliwość wnikania gazów do ciekłej stali (nie pełni tej funkcji w piecu indukcyjnym).

- reguluje dopływ tlenu do metalu powodując jego usuwanie

- chroni kąpiel metalową przed nadmierną utratą ciepła.

24. Wymienić podstawowe etapy wytapiania stali na odlewy w elektrycznych piecach łukowych metodą odzyskowo – tlenową. Podać kiedy należy przerwać okres świeżenia i przejść do następnego etapu wytopu: Wytop odzyskowo - tlenowy

Etapy procesu wytapiania: naprawa popustowa; ładowanie wsadu; załączenie pieca; roztapianie; świeżenie gazowym tlenem (3 – 6min) Redukcja Mn z żużla FeSi; rafinacja; spust ciekłego metalu do kadzi.

Cel i zachodzące procesy: uzupełnianie ubytków w wyłożeniu pieca; złom ułożony odpowiednio w koszu wsadowym; tworzenie się pierwszego żużla; utlenianie: C,P,Si,Mn, usuwanie gazów, usuwanie wtrąceń niemetalicznych; odtlenianie, odsiarczanie, uzupełnianie składu chemicznego; odtlenianie, kontrola temperatury i składu chemicznego ciekłego metalu

25. Jakie procesy zachodzą podczas świeżenia gazowym tlenem:

Utlenianie C, Si i Mn, P. W tym procesie jest utrudnione utlenianie P ze względu na wzrostu

temperatury podczas świeżenia gazowym tlenem.

26. Szybkość utlenienia gazowym tlenem i rudą żelaza:

Czas świeżenia rudą żelaza wynosi ok. 30 minut.

Czas świeżenia gazowym tlenem wynosi 3-6 minut.

27. Różnice pomiędzy technologią odzyskowo – tlenową a technologią z pełnym

świeżeniem:

Wytop z pełnym procesem utlenienia:

Wsad: złom stali weglowej 100% (80% z.s. weglowej); świeżenie (czas ok.30min) rudą żelaza lub gazowym tlenem; rafinacja; spust; odtlenienie w kadzi.

Wytop odzyskowo-tlenowy:

Wsad: złom stali węglowej 50%, złom ze stali stopowej 50%; świeżenie tylko (czas 3-6minut) gazowym tlenem; rafinacja; spust; odtlenianie w kadzi (np. Al, FeCaSi, Fe-Ti)

28. Różnica w efektach świeżenia gazowym tlenem a rudą żelaza:

Świeżenie rudą jest dłuższe, a wydajność jest niska przez co następuje wzrost zużycia energii (koszty).Podczas świeżenie gazowym tlenem jest lepsze usuwanie wtrąceń niemetalicznych, a także jest krótszy czas wytopu i zwiększamy wydajność pieca.

29. Napisać dwie najważniejsze reakcje procesu utlenienia i uzasadnić swój wybór:

[C] + ½ [O2] = {CO}; CO + 2O = CO2 (ponad żużlem)

Dominującą reakcją procesu świeżenia jest reakcja utlenienia węgla. Tworzą się wówczas pęcherzyki gazowe głównie na trzonie pieca. Do pęcherzyków tych dyfundują H2 i N oraz inne gazy rozpuszczone w ciekłym metalu i unoszą się one ku górze a następnie przechodzą do żużla.

Dodatkowo w wyniku flotacji gazy te unoszą zanieczyszczenia stałe. Oprócz tego zachodzi dobre mieszanie metalu, wyrównanie temp, i skł che

30. Omówić związek zasadowości żużla i stopnia jego utlenienia z odfosforowaniem: Zasadowość żużla decyduje o jego zdolności do usuwania P i S z kąpieli metalowej.

B = N(MeO)NSiO2 + N(P2O5); B:1,3 - 1,6 niskozasadowy

B:1,6 - 2,0 średniozasadowy; B:2 - 3,5 wysokozasadowy

Stopień utlenienia określa możliwość doprowadzenia lub ekstrakcji (wyodrębnianie składnika lub składników mieszanin metodą dyfuzji do cieczy lepiej rozpuszczających te związki chemiczne) tlenu z ciekłego metalu. Dla T= const.L=a[O]/a(FeO)a[O]=L*ᵧ(FeO)*N(FeO)

[] reagent w metalu {} reagent w postaci gazu ()reagent w żużlu

O przenoszeniu tlenu decyduje aktywność FeO.

Odfosforowanie jest tym łatwiejsze im wyższa jest zasadowość żużla ( stężenie jonów O2-), i im wyższy jest st. utl. żużla (ilość kationów Fe2+)

31. Cele okresu świeżenia (utleniania):

*Utlenienie: C, Si, P, Mn; *Usunięcie szkodliwych gazów H2 N; *Usunięcie wtrąceń niemetalicznych; *Podwyższenie i wyrównanie temperatury; *Wyrównanie składu chemicznego

32. Reakcja utlenienia fosforu i warunki dobrego utlenienia fosforu:

Reakcja utleniania fosforu: 2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe]; 2[P] + 5 [O] = (P2O5); ( P2O5) + (CaO) -> 4CaO x P2O5

Warunki dobrego utleniania fosforu:

-Wysoka zasadowość żużla; -Wysoki stopień utlenienia żużla; -Niska temperatura ciekłego metalu;

-Niskie stężenie (P2O5) w żużlu ( spienianie żużla i jego wypływanie).

33. Kiedy kończymy okres świeżenia:

Kiedy zawartość :

P< jest mniejsza od wymaganej w wytapianym staliwie.

C- nie będzie wyższa od górnej granicy dla wytapianego staliwa.

S- gdy ilość siarki jest taka jak wg normy dla danego gatunku staliwa.

34. Dlaczego ściągamy żużel okresu utleniania:

Aby nie przeszedł tlen spowrotem do ciekłego metalu.

35. Jak można zwiększyć szybkość odsiarczania ciekłego metalu:

Zwiększyć szybkość odsiarczania możemy za pomocą:

- zwiększając dobre odtlenienie metalu,

- zmniejszyć lepkość żużla dodając fluoryt (CaF2).

- zwiększenie intensywności mieszania metalu i żużla(przedmuchiwanie argonem, obróbka ciekłego metalu w pieco – kadzi),

- zwiększając powierzchnie rozdziału faz (żużel syntetyczny),

- dostarczenie nowej porcji CaO.; - wysoka temperatura.

- dodając żużli sytetycznych.

36. Podać reakcje odsiarczania: Odsiarczanie osadowe:

reakcje: [Ca] + [S] = (CaS),

{Ca} + [S] = (CaS), Ca - temperatura wrzenia 1480°C [Ca] + [O] = (CaO),

(CaO) + (CaS) = (CaO*CaS)

37. Omówić związek odsiarczania z odtlenianiem:

(CaO) + [S] + C = (CaS) + {CO} reakcja odsiarczania kąpieli metalowej wapnem w obecności węgla. Z powodu tej reakcji należy najpierw dobrze odsiarczyć kąpiel metalową, a następnie odtlenić.

38. Wymienić warunki dobrego odsiarczania:

Do odsiarczania używamy pierwiastków które maja większe powinowactwo chemiczne do siarki. Mniejsza gęstość siarki powoduje ze wypływa ona na powierzchnie metalu. Zasadowość żużla, zwiększając temperaturę kąpieli metalowej.

39. Podać definicję lejności zerowej:

Lejność zerowa - jest to stan, w którym metal na skutek wydzielenia się określonej ilości kryształów pierwotnych, w zakresie pomiędzy likwidusem, a solidusem, przestaje płynąć.

Temperatura lejności zerowej może się wahać, zależy od:

• Sposobu zalewania formy; • Warunków stygnięcia odlew; • Kształtu odl.

40. Co to jest lejność rzeczywista i praktyczna:

Lejność - jest to zdolność ciekłego metalu do wypełniania wnęki formy odlewniczej, umożliwiając

otrzymanie odlewu o wiernie odtworzonych kształtach.

Lejność dzieli się na rzeczywistą i praktyczną:

• Lejność rzeczywistą - określa stopień lejości przy ściśle określonej temperaturze ponad temperaturę lejności zerowej, w której metal na skutek wydzielenia się kryształów pierwotnych, przestaje płynąć.

• Lejność praktyczna - jest mierzona przy stałej temperaturze zalewania.

41. Czynniki wpływające na lejność staliwa:

Można wyróżnić dwie grupy czynników wpływających na lejność staliwa:

a) Czynniki wynikające z natury samego stopu:

• Zakres temperatur krzepnięcia,; • Ciepło właściwe,• Ciepło krzepnięcia,

• Przewodność cieplna, • Gęstość, • Lepkość, • Napięcie powierzchniowe

b) Czynniki związane z formą odlewniczą i warunkami odlewania:

• Szybkość przepływu przez kanały zależne od budowy układu wlewowego i wnęki formy, • Ciśnienie metalostatyczne, • Ciśnienie atmosfery nad formą • Współczynnik akumulacji ciepła materiału formy,

• Stopień przegrzania, • Rodzaj atmosfery nad formą

42. Wymień próby do określania lejności:

Wszystkie próby technologiczne pomiru lejności określają stopień lejności na podstawie

długości drogi strugi metalu w kanale o małym przekroju poprzecznym. Poszczególne typy prób

różnią się: • Kształtem kanałów przepływowych ( proste, spiralne)

• Kształtem przekrojów (kwadratowe, prostokątne, trapezowe, kołowe)

• Wymiarami

Wyróżniamy dwie podstawowe metody określania lejności:

a) Próba spiralna - długość spirali wynosi 1500mm, a na modelu spirali znajduje się 30 występów oddalonych od siebie o 50mm. Występy te umożliwiają ustalenie długości odlanej sprali bez konieczności mierzenia długości.

b) Próba prętowa - zgodnie z normą branżową BN-66/4051-12- polega na odlaniu prętów oróznej grubości prętów. Służy ona do porówania wpływu np. składu chemicznego czy teperatury odlewania na zdolność metalu do zapełniania formy.