Tematyka:

1. Fazy występujące w stalach: ferryt, austenit, węgliki,

2. Struktura węglowej stali szybkotnącej a struktura węglika spiekanego,

3. Metody wytwarzania proszków, formowanie, prasowanie i spiekanie proszków,

4. Zastosowanie materiałów spiekanych, węgliki, łożyska spiekane, filtry.

ad. 1. Fazy występujące w stalach: ferryt, austenit, węgliki.

Ferryt- międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie alfa. Pod mikroskopem ujawnia się w postaci ciemnych granic ziaren, tworząc połączenia, nieregularne linie. Linie te powstają na przecięciu się płaszczyzn zgładu i ujawniają prawdziwą strukturę, która składa się z ziaren oddzielonych od siebie powierzchniami rozdziału. Drobne ziarno jest korzystne ze względu na takie własności stali jak tłoczliwość czy odporność na pękanie. Struktura ta jest charakterystyczna dla stali o bardzo małej zawartości C. Ferryt posiada strukturę RPC- regularnie przestrzenie centrowaną.

Austenit- międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie gamma. Austenit występuje przy nagrzewaniu stali do bardzo wysokiej temperatury (840^oC). Jest to faza wyjściowa do otrzymania innych struktur: perlitu, trostytu, bainitu, martenzytu. Austenit nie występuje w stalach węglowych w czasie wyżarzania. Austenit posiada strukturę RSC- regularnie ściennie centrowaną.

Węgliki zgodnie z klasyfikacją Goldschmidta dzielimy na III klas:

- I klasa, węgliki o sieci regularnej typu NaCl odpowiadającej wzorowi MC, M-metal, tworzą je pierwiastki grup IVB i VB- Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta.

- II klasa, węgliki o sieci heksagonalnej odpowiadające wzorowi MC i M₂C, tworzą je pierwiastki grup VB, VIB, VIII.

- III klasa, węgliki o sieci rombowej, odpowiadające wzorowi M₃C, plus Mn, Ni, Co.

Klasyfikacja Goldschmidta nie obejmuje węglików złożonych do których należą Cr, Mo, W, Mn o sieci regularnej-złożonej typu M₂₃C₆, węgliki Cr, Mo, W, Mn o sieci heksagonalnej-złożonej typu M₇C₃, węglik chromu Cr₃C₂ o sieci rombowej oraz węgliki Mo i W o sieci regularnej-złożonej typu M₆C. Węgliki I i II klasy cechują się dużą twardością dlatego przy nagrzewaniu rozpuszczają się w austenicie bardzo trudno, węgliki III klasy oraz węgliki złożone rozpuszczają się zacznie łatwiej.

ad. 2. Struktura węglowej stali szybkotnącej a struktura węglika spiekanego.

Stale szybkotnące, produkcja polega na prasowaniu proszków stopowych na zimno lub gorąco, spiekanie wyprasek przebiega w próżni lub atmosferze ochronnej, ostateczny kształt nadaje się podczas obróbki skrawania. Stale takie mają dużą plastyczność, szlifowalność, używa się je do obróbki materiałów trudno obrabialnych. Są to stale wykonane zazwyczaj z bardzo drogich pierwiastków.

Węgliki spiekane jest to grupa narzędziowych materiałów spiekanych w których strukturze jest 65%-95% objętości węglika metali, a reszta to kobalt. Wytwarza się je poprzez prasowanie, spiekanie, prasowanie na gorąco. Prasowanie poprzedzone jest długotrwałym mieszaniem proszków węglika i metali na mokro, tak aby cząstki węglika pokryły się warstwą metalu. Własności węglików zależą od składu chemicznego i fazowego, kształtu i wielkości ziaren. Wykazują one wysoką twardość i odporność na ścieranie. Używa się ich do skrawania z dużymi szybkościami.

ad. 3. Metody wytwarzania proszków, formowanie, prasowanie i spiekanie proszków.

Metody wytwarzania proszków. Proszek może być produktem mechanicznego rozdrobnienia materiału bez zmiany jego składu, albo też uzyskuje się go jako produkt reakcji chemicznej lub fizykochemicznej z innymi materiałami lub związkami chemicznymi. Sposób wytwarzania zależy od własności jakich oczekuje się od produktów, oraz od kalkulacji ekonomicznej.

Formowanie proszków na zimno polega na ściskaniu ich w zamkniętej przestrzeni, w wyniku czego następuje zagęszczenie, w zależności od kształtu formy oraz własności proszku wybiera się następujące metody: prasowanie, prasowanie izostatyczne w komorach wysokociśnieniowych, wibracyjne zagęszczenie proszków (przy otrzymaniu trudnych kształtów z proszków trudno prasujących się), walcowanie proszków (wyrób o jednolitej gęstości), wyciskanie past proszkowych, odlewanie i rozpylanie gęstw.

Prasowanie odbywa się w matrycach w których odpowiednia ilość proszku zagęszczana jest pod naciskiem stempla. Sprasowany kształt jest następnie wyciskany z matrycy. Proces prasowania można podzielić na dwa etapy. Początkowe stadium to działanie na proszek niskim ciśnieniem i wtedy to następuje ściślejsze ułożenie cząsteczek, wypraska uzyskuje kształt i odpowiednią gęstość która z początku na zewnątrz jest większa niż w środku. W drugim etapie prasowania pod wysokim ciśnieniem następuje deformacja cząsteczek na ich styku i wyrównanie gęstości. Największy przyrost gęstości ma miejsce w początkowym etapie, w miarę wzrostu ciśnienia przyrost ten maleje. Prasowanie proszków metali plastycznych jest łatwe, natomiast proszków metali twardych jest utrudnione. Proszki drobnoziarniste charakteryzują się wysokim współczynnikiem tarcia co powoduje większe straty ciśnienia do ich prasowania, wiąże się to z mniejszą gęstością wyprasek, odwrotnie jest z proszkami gruboziarnistymi. Im większy jest stopień utlenienia proszku, tym gęstość wypraski jest mniejsza, podobnie jest z wysokością. Aby zmniejszyć tarcie wewnętrzne i zewnętrzne do proszków dodaje się środki poślizgowe, które mają za zadanie obniżyć tarcie ułatwiając deformacje cząsteczek, a także zmniejszyć ciśnienie wypychania. Środki poślizgowe dzielimy na obojętne np.: wazelina, gliceryna, parafina, jak i na powierzchniowo-aktywne np.: kwas stearynowy, oleinowy.

Spiekanie jest to zabieg cieplny składający się z nagrzewania, wygrzania przy temperaturze 0.7-0.8 bezwzględnej temperatury topnienia podstawowego składnika, a następnie chłodzeniu. Spiekanie ma na celu zwiększenie gęstości i obniżenie porowatości, towarzyszy temu skurcz. Proszki drobnoziarniste o nieregularnej budowie cząsteczek spiekają się lepiej od proszków o regularnym zbliżonym do kulistego kształcie. Podwyższenie temperatury lub przedłużenie czasu spiekania pozwala na uzyskanie większej gęstości. Skurcz jest tym większy im mniejsza jest gęstość początkowa. Aby ochronić spiek przed utlenieniem spiekanie wykonuje się w odpowiedniej atmosferze. Atmosfery można podzielić na redukcyjne (tlenek węgla lub czysty, suchy wodór, jest on stosunkowo drogi) i obojętne (gazy jak: azot, argon, hel).

ad. 4. Zastosowanie materiałów spiekanych, węgliki, łożyska spiekane, filtry.

Węgliki spiekane jest to grupa narzędziowych materiałów spiekanych w których strukturze jest 65%-95% objętości węglika metali, a reszta to kobalt. Wytwarza się je poprzez prasowanie, spiekanie, prasowanie na gorąco. Prasowanie poprzedzone jest długotrwałym mieszaniem proszków węglika i metali na mokro, tak aby cząstki węglika pokryły się warstwą metalu. Własności węglików zależą od składu chemicznego i fazowego, kształtu i wielkości ziaren. Wykazują one wysoką twardość i odporność na ścieranie. Używa się ich do skrawania z dużymi szybkościami.

Łożyska spiekane znalazły zastosowanie w budowie urządzeń przemysłowych, pojazdów, samolotów. Do pracy w warunkach tarcia suchego stosuje się spieki żelazo-grafit lub brąz-grafit, grafit pełni role środka smarującego. Są one stosowane w warunkach wysokich i niskich temperatur, a także przy dużych obciążeniach, tam gdzie normalne oleje nie dałyby rady. Do pracy w warunkach tarcia płynnego stosuje się łożyska z brązu ołowiowego lub ołowiowo-cynkowego, produkowane jako łożyska bimetalowe. Drugą grupą są łożyska porowate, które wytwarzane są ze stopów żelaza lub miedzi między innymi z brązów cynkowych, do których dodawane mogą być środki smarujące np. grafit. Objętość porów w tych łożyskach wynosi 35% całkowitej objętości łożyska. Łożyska porowate nasycone są odpowiednim olejem, który w czasie pracy smaruje wał lub oś, występuje wtedy równowaga pomiędzy siłami wysysania, a siłami kapilarnymi porów. Po zaprzestaniu pracy jest on natychmiast wchłaniany przez pory, dzięki czemu nie wycieka.

Filtry spiekane porowatość do 60%, służą do oczyszczania wody, paliw, olejów, powietrza, w zależności od temperatury wykonuje się je głównie z brązów cynowych, stali chromowych lub austenitycznych odpornych na korozje albo mosiądzów niklowych. Celem zwiększenia porowatości dodaje się często do proszków substancji porotwórczych, które przy temperaturze niższej od temperatury spiekania powodują wzrost objętości porów.

Grupa 1 IMiR Data 25.05.06	Imię i nazwisko Łukasz Boroń		Nazwisko prowadzącego dr inż. Maciej Sułowski
godz. 10.30	Numer ćwiczenia 8	Temat ćwiczenia Materiały spiekane i kompozyty.	Ocena

---