LABORATORIUM MATERIAŁOZNAWSTWA
WYDZIAŁ TRANSPORTU POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ	IMIĘ I NAZWISKO Artur Szcześniak				OCENA
ROK AKADEMICKI 2010/2011		GRUPA T8		PODGRUPA C
ĆWICZENIE NR 2 TEMAT Badanie mikroskopowe stali, żeliw i metali kolorowych
DATA WYKONANIA ĆWICZENIA 29.11.2010			DATA ODDANIA ĆWICZENIA 6.12.2010

STRUKTURY STALI WĘGLOWYCH:

CEMENTYT

Jest to związek chemiczny żelaza z węglem, zawierający 6,67% węgla, krystalizujący w układzie rombowym. Cementyt jest składnikiem twardym (ok. 820 HB) o dużej kruchości. W stalach nadeutektoidalnych cementyt występuje jako oddzielny składnik strukturalny, zazwyczaj w postaci siatki na granicach ziarn perlitu.

FERRYT

Jest to graniczny stały roztwór węgla w żelazie a o maksymalnej rozpuszczalności 0,008%C w temperaturze otoczenia. Ferryt ma własności zbliżone do czystego żelaza. Oznacza się go symbolem Fea(C) lub symbolem α.

AUSTENIT

Jest to stały roztwór węgla w żelazie g o maksymalnej rozpuszczalności węgla do 2%. Oznacza się go symbolem Feg (C), bądź literą g.

PERLIT

Jest to mieszanina eutektoidalna składająca się z płytek ferrytu i cementytu o zawartości węgla 0,8% powstająca z przemiany austenitu. Perlit charakteryzuje się budową pasemkową, gdyż składa się z płytek ferrytu i cementytu ułożonych na przemian. Odległość między płytkami zmniejsza się wraz ze wzrostem szybkości chłodzenia przy jednoczesnym wzroście twardości struktury. Własności mechaniczne perlitu HB: 220-260; Rm=700-800 Mpa

WPŁYW ZAWARTOŚCI WĘGLA NA WŁASNOŚCI STALI.

PODZIAŁ STALI:

Węglowe:

-konstrukcyjne - zwykłej jakości, wyższej jakości, najwyższej jakości

-narzędziowe - płytko hartujące się, głęboko hartujące się, zgrzewane

-o szczególnych własnościach - magnetycznie miękka, łatwo obrabialna mechanicznie

Stopowe:

-konstrukcyjne - do budownictwa i na konstrukcje stalowe(niskostopowe)

-sprężynowe - do wywęglania , do ulepszania cieplnego, do azotowania, na łożyska toczne,

-narzędziowe - do pracy na zimno , na gorąco , szybko tnąca

-o szczególnych własnościach - do pracy przy podwyższonej temperaturze , odporna na korozję , żaroodporna, o szczególnych własnościach magnetycznych i fizycznych

PODZIAŁ ŻELIW:

-żeliwa węglowe

-szare

-sferoidalne

-białe

-ciągliwe:

-białe

-czarne

-stopowe

-stopowe żaroodporne

-stopowe odporne na korozję

-stopowe odporne na ścieranie

ZASTOSOWANIE ŻELIW SFEREOIDALNYCH:

Żeliwo sferoidalne zastępuje z powodzeniem nie tylko staliwo, lecz także niektóre odkuwki stalowe. Wytwarza się z niego takie części silników samochodowych, jak wały wykorbione, wałki rozrządcze, cylindry i pierścienie tłokowe.

SILUMINY:

Są to stopy odlewnicze aluminium z krzemem. Dzielimy je na:

-dwuskładnikowe:

1.podeutektyczne, zawierające od 4 do 10% Si

2.eutektyczne, zawierające od 10 do 13% Si

3.nadeutektyczne, zawierające od 13 do 30%Si.

-wieloskładnikowe:

siluminy, przeważnie są wieloskładnikowe - tzn.oprócz Si- zawierają dodatki Cu, Mg,Mn(Ni); dodatki te umożliwiają znaczne polepszenie ich własności mechanicznych poprzez OC-utwardzanie wydzieleniowe.

ZASTOSOWANIE SILUMINÓW:

Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące wysoką żarowytrzymałość są stosowane na wysokoobciążone tłoki silników spalinowych.

Z siluminów podeutektycznych wytwarza się silnie obciążone części dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracującego w podwyższonej temperaturze i w H₂O morskiej.

Wieloskładnikowe stopy Al z Si są stosowane m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle samochodowym.

MOSIĄDZE:

Podział:

a) odlewnicze (zwykle wieloskładnikowe),

b) do przeróbki plastycznej:

- dwuskładnikowe,

- ołowiowe

- specjalne

- wysokoniklowe

Zastosowanie:

Mosiądze są odporne na korozję i stosowane na części aparatury chemicznej i pomiarowej, wyroby jubilerskie, w przemyśle okrętowym, samochodowym i innych.

UTWARDZANIE DYSPRESYJNE:

W temperaturze pokojowej w Al rozpuszcza się ok. 0,5 % Cu. W temperaturze eutektycznej 548 st.C rozpuszczalność Cu w aluminium jest największa i wynosi 5,7%. Stop do zawartości 5,7 % Cu można nagrzać a następnie wygrzać oraz odpowiednio wystudzić, aby wtórne kryształy związku CuAl₂ rozpuściły się i przeszły do roztworu α. Ostudzony roztwór nosi nazwę roztworu przesyconego. Otrzymaliśmy układ niezgodny z wykresem równowagi Al-Cu. W takim przesyconym roztworze zachodzą zmiany w kierunku zgodności z układem równowagi, co powoduje wydzielanie fazy CuAl₂ i zatrzymanie w roztworze tylko 0,5 % Cu.

Utwardzanie dyspresyjne stopów miedzi z aluminium polega na zabiegach:

Przesycania- polega na zatrzymaniu rozpuszczonego składnika w roztworze stałym przesyconym( temperatura 548 st.C, 5,7% Cu rozpuszczone w α )i w tym celu stosujemy szybkie chłodzenie; w układzie przesyconym w wyjściowym stadium jest 5,7 % Cu w α( temperatura pokojowa ), zaczynają się procesy wydzieleniowe, które ten nietrwały układ starają się doprowadzić do zgodności z wykresem równowagi.

Starzenia-powoduje znaczne zmiany własności stopu po przesyceniu. Przy starzeniu samorzutnym w temp. ok.20 st.C stop uzyskuje wysoką wytrzymałość po upływie 3-5 dni a maksymalną po 7 dniach.

Durale stosowane są głównie do produkcji części konstrukcyjnych w lotnictwie.

BRĄZY:

Podział i zastosowanie:

a) do obróbki plastycznej:

- cynowe- odlewy solidnie obciążonych panewek oraz ślimacznic, wykorzystywane na części różnych maszyn, osprzętów silników oraz pojazdów, również na tuleje łożyskowe, a najczęściej na instalacje wodne i parowe

- aluminiowe- wykonywane są z nich odlewy mocno obciążonych części do których można zaliczyć koła zębate, wszelkiego rodzaju wirniki oraz korpusy pomp produkowanych do przemysłu maszynowego i komunikacyjnego, a także okrętowego i niekiedy chemicznego

- berylowe- mają szczególne zastosowanie pod sprężyny amortyzatorów, najbardziej lotniczych, części niemagnetycznych do aparatury precyzyjnej, a także na narzędzia nie iskrzące

- krzemowe

- manganowe- używane są jako części precyzyjnych aparatów, które wymagają dużego wytłumienia drgań wywołanych pod wpływem pracy silników

b) odlewnicze

DOBRANIE MATERIAŁU DO PRODUKCJI:

- szyny kolejowe- wyrabiane ze stali zlewnej. W skład stali szynowej - oprócz żelaza - wchodzą: węgiel 0,4-0,75%, mangan 0,6-2,1%, krzem do 0,5%, fosfor do 0,05% oraz siarka do 0,05%

CHOROBA WODOROWA MIEDZI:

Miedź techniczna zanieczyszczona jest tlenem i podczas wyżarzania w atmosferze zawierającej wodór może dojść do zjawiska powstawania mikropęknięć. Zjawisko to polega na tym, że wodór defunduje przy podwyższonych temperaturach i zachodzi reakcja

Cu₂ + H₂=2Cu + H₂O

Para wodna nie defunduje i nie może się wydostać na zewnątrz. Ciśnienie pary powstaje duże i to jest przyczyną powstawania mikropęknięć materiału.

SEZONOWE PĘKANIE MOSIĄDZU:

Zjawisko to zachodzi w wyrobach mosiężnych, które przeszły obróbkę plastyczną, ale nie zostały poddane wyżarzaniu odprężającemu lub podczas pracy były narażone na naprężenia. Pod wpływem działania naprężeń wewnętrznych i atmosfery szczególnie zawierającej amoniak, po niedługim czasie następują mikropęknięcia ( głównie granicy ziaren). Aby tego uniknąć wyroby po przeróbce plastycznej należy poddać wyżarzaniu odprężającemu w temp. 250 st.C. Najbardziej podatne na zjawisko są mosiądze z zakresu α+β, ponieważ faza β jest bardziej elektroujemna niż α i ona ulega korozji. Najczęściej temu zjawisku podlegają rurki mosiężne, łuski karabinowe.

WNIOSKI:

Poprzez badanie mikroskopowe możemy określić strukturę i skład badanych metali. Dzięki określeniu struktury, wiemy czy metal ma wady, które później mogą w znaczący sposób wpłynąć na jego wytrzymałość, a w konsekwencji na dalszą przydatność. Skład chemiczny metalu wpływa na jego własności fizyczne, na których podstawie jesteśmy w stanie określić jego przydatność do wyrobu danego materiału dla konkretnej gałęzi przemysłu. Na podstawie obserwacji mikroskopowych możemy również określić zawartość węgla z zależności procentowej zawartości perlitu do węgla z następującego stosunku

100% perlitu -> 0,77% węgla

30% perlitu -> „x”% węgla

---