Mateusz Franckowiak |
Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych | Data ćwiczenia: 27.05.2013 |
|---|---|---|
Rok: I magisterski Odlewnictwo 1 |
Metaloznawstwo i obróbka cieplna Temat: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych i ich obróbka cieplna |
Ocena: |
Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z mikrostrukturą oraz stosowanymi rodzajami obróbki cieplnej stosowanej dla stopów metali nieżelaznych.
Część teoretyczna
Proces utwardzania dyspersyjnego składa się z dwu etapów: przesycania oraz starzenia.
Przesycanie polega na nagrzaniu metalu do temperatury niższej, niż temperatura, w której mogłyby się pojawiać pierwsze krople ciekłego stopu (poniżej linii solidusu), ale na tyle wysokiej, aby stop o danym składzie był jednofazowy i wygrzaniu stopu w tej temperaturze w celu uzyskania jednorodnego roztworu stałego. Przy szybkim schłodzeniu otrzymuje się przesycony roztwór stały, w stanie metastabilnym. Otrzymana struktura jest na ogół nietrwała, gdyż składnik stopowy znajdujący się w roztworze w nadmiernej ilości wykazuje tendencję do wydzielenia się. Przesycanie w niewielkim stopniu podwyższa właściwości mechaniczne stopów i w zasadzie poprzedza starzenie.
Starzenie, kolejny etap obróbki cieplnej stopów metali uprzednio przesyconych, polega na wygrzaniu ich w temperaturze niższej od temperatury przesycenia w celu wydzielenia z roztworu stałego przesyconego fazy (lub faz) o odpowiednim stopniu dyspersji, zawierającej składnik stopowy, znajdujący się w roztworze w nadmiarze. Może skutkować niemal dwukrotnym zwiększeniem wytrzymałości, przy mniejszej, ale wciąż stosunkowo dużej ciągliwości. Dobre starzenie wymaga czasu i zachowania odpowiedniej temperatury procesu. Starzenie w temperaturze podwyższonej nazywa się przyspieszonym albo sztucznym, w temperaturze otoczenia - naturalnym albo samorzutnym.
Przebieg ćwiczenia
Podczas zajęć laboratoryjnych omówiono kształtowanie się mikrostruktury wybranych stopów odlewniczych metali nieżelaznych. Mikrostruktury przedstawiono na rysunkach 1 – 5.
Następnie przeprowadzono pomiar twardości dla stopu AlCu4 i CuAl10 przy różnych zabiegach cieplnych. Dla stopu AlCu4 zbadano 7 próbek, a dla stopu CuAl10 trzy. Wyniki pomiaru twardości przedstawiono w formie tabel oraz wykresów.
Tabela 1. Pomiar twardości dla stopu AlCu4
| L.P. | Zastosowana obróbka cieplna | Twardość HB |
|---|---|---|
| 1 | Stan wyjściowy | 131 |
| 2 | Przesycanie 520OC/20h/chłodzenie w wodzie | 93,9 |
| 3 | Przesycanie 520OC/20h/chłodzenie w wodzie Starzenie 200OC/0,5h |
126 |
| 4 | Przesycanie 520OC/20h/chłodzenie w wodzie Starzenie 200OC/1h |
145 |
| 5 | Przesycanie 520OC/20h/chłodzenie w wodzie Starzenie 200OC/2h |
173 |
| 6 | Przesycanie 520OC/20h/chłodzenie w wodzie Starzenie 200OC/5h |
175 |
| 7 | Przesycanie 520OC/20h/chłodzenie w wodzie Starzenie 200OC/20h |
151 |
| d = 2,5 mm K = 10 F = 613 N |
Tabela 2. Pomiar twardości dla stopu CuAl10
| L.P. | Zastosowana obróbka cieplna | HRB/HRC | Średnia | HB |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Stan wyjściowy | 87 HRB | 85 HRB | 161 |
| 85 HRB | ||||
| 85 HRB | ||||
| 2 | Wygrzewanie 1000OC/1h/chłodzenie w wodzie | 30 HRC | 29 HRC | 279 |
| 29 HRC | ||||
| 29 HRC | ||||
| 3 | Wygrzewanie 1000OC/1h/chłodzenie w wodzie/ odpuszczanie 450O/1h | 98 HRB | 98 HRB | 228 |
| 99 HRB | ||||
| 99 HRB |
Rys.6. Pomiar twardości dla stopu AlCu4
Rys.7. Pomiar twardości dla stopu CuAl10.
Wnioski
Na łożysko ślizgowe składają się dwa elementy: panewka - umieszczona zwykle w korpusie i czop - bezpośrednio związany z elementem obrotowym urządzenia. Właściwą współpracę obu tych elementów zapewnia środek smarujący. Do wyrobu i wylewania panewek łożysk ślizgowych używane są stopy zwane stopami łożyskowymi. Stopy te powinny odznaczać się małym współczynnikiem tarcia między powierzchniami czopa wału, a panewką. Odpowiednią przyczepność smaru między powierzchniami trącymi zapewnia niejednorodna struktura panewki, składająca się z twardych kryształów, które są równomiernie rozłożone w miękkiej osnowie. Faza miękka łatwiej się wyciera i dzięki temu między twardymi cząstkami gromadzi się smar zmniejszający współczynnik tarcia. Poza tym stopy łożyskowe powinny mieć dobre własności odlewnicze i niezbyt wysoką temperaturę topnienia. Ponadto stopy łożyskowe powinny być odporne na korozję, łatwo się docierać, posiadać wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego oraz wykazywać odpowiednie własności mechaniczne.