II rok Metalurgia	Ważydrąg Łukasz	Data .02.99
Specjalność KMPM	Temat: Mikroskopowe badania stali węglowej.	Ocena
Zespół		Uwagi

Żelazo jest metalem, który znalazł największe zastosowanie w technice. Przyczyniło się do tego to, iż występuje w przyrodzie w dość dużych ilościach (około 5% w skorupie ziemskiej), oraz własności jego stopów z węglem - możliwości zmiany własności przez przeróbkę cieplną. Stopy żelaza z węglem możemy podzielić na dwie grupy:

• Stale węglowe o zawartości węgla poniżej 2% ;

• Surówkami lub żeliwami o zawartości węgla powyżej 2%;

Stale węglowe zawierają oprócz węgla inne dodatki, takie jak: Mn, Si, Al., S, P, oraz O.

Węgiel wpływa bardzo korzystnie na własności żelaza zwiększając jego wytrzymałość.

Układ żelazo-węgiel

Wykres Fe-Fe₃C odzwierciedla równowagę fazową w stalach i surówkach białych. Wszystkie punkty charakterystyczne wykresu oznaczono dużymi literami alfabetu.

Odmiany alotropowe żelaza wykazują zdolność rozpuszczania węgla zależną od temperatury, przy czym maksymalna rozpuszczalność występuje w temp. przemian: perytektycznej, eutektycznej, eutektoidalnej. Roztwór węgla w wysoko temp. odmianie Fe-α zwanej ferrytem δ, może rozpuścić maksymalnie 0,09% C w temp. przemiany perytektycznej 1495^oC. Roztwór węgla w odmianie Fe-γ (austenit) rozpuszcza maksymalnie 2,11% C w temp. przemiany eutektycznej 1148^oC. Roztwór węgla w nisko temp. odmianie Fe-α zwanej ferrytem α, rozpuszcza maksymalnie 0,0218% C w temp. przemiany eutektoidalnej 727^oC.

Fazy i składniki strukturalne układu żelazo-węgiel i ich własności.

Ferryt-jest roztworem stałym, międzywęzłowym węgla w żelazie α, występuje również jako oddzielny składnik strukturalny występujący w stalach podeutektoidalnych .Ferryt δ jest roztworem stałym węgla w wysokotemperaturowej odmianie żelaza α- wykazuje większą rozpuszczalność węgla niż ferryt α.

Austenit - roztwór stały, międzywęzłowym węgla w Fe-γ o maksymalnej rozpuszczalności węgla 2,11%. Większa rozpuszczalność węgla wiąże się z kulistym kształtem luk oktaedrycznych.

Perlit - eutektoid o zawartości 0,77% C. Powstaje w wyniku przemiany eutektoidalnej, która zachodzi w temp. 727^oC. Jest zbudowany na przemian z płytek ferrytu i cementytu o stosunku 7:1.

Ledeburyt - jest mieszaniną eutektyczną austenitu i cementytu. Powstaje z roztworu ciekłego o zawartości 4,3% C. Jest składnikiem strukturalnym surówek białych.

Cementyt - jest węglikiem żelaza o strukturze rombowej. Zawiera 6,67% mas.węgla.

Stale węglowe.

Stale stopowe które są używane w technice nie są czystymi stopami żelaza z węglem - zawierają pewne ilości dodatków. Są one wprowadzane do procesów technologicznych celem lepszego odtlenienia lub odsiarczenia stali i należą do nich: O, P, H.

Podział stali według metod ich wytapiania i odtleniania.

Metoda jaką stal zostaje otrzymana ma wpływ na jej jakość oraz wiąże się ze sposobami oczyszczania jej z domieszek. W chwili obecnej stal jest produkowana w konwertorach tlenowych. Stale o wysokiej jakości wytwarza się w piecach elektrycznych łukowych lub indukcyjnych. Stale o najniższe jakości wytapia się w konwertorach powietrznych. W zależności od sposobu odtlenienia stale dzieli się na:

• uspokojone

• półuspokojone

• nieuspokojone

Podział stali według przeznaczenia.

Podział stali węglowych wg. zastosowania jest przeprowadzony zgodnie z Polską Normą, Która rozróżnia dwa rodzaje stali:

• konstrukcyjne - zawierają do ok.0,7% C;

• narzędziowe - zawierają 0,65 ÷ 1,4% C;

Stale konstrukcyjne możemy podzielić na:

1. Stale zwykłej jakości ogólnego przeznaczenia;

2. Stale wyższej jakości ogólnego przeznaczenia;

Do grupy stali zwykłej jakości wchodzi sześć gatunków podstawowych różniących się zawartością węgla i domieszek, własnościami mechanicznymi i sposobami odtlenienia.

Stale wyższej jakości są w zasadzie przeznaczone do obróbki cieplnej: nawęglania lub ulepszania co wiąże się z tym iż muszą mieć zagwarantowany określony skład chemiczny i własności mechaniczne. Stale te cechuje niższa zawartość P i S, nie przekraczajaca0,04%.

Stale narzędziowe tworzą grupę stali węglowych o zawartości C>0,7%, chociaż granica ta nie jest ścisła. Wspólna cechą stali narzędziowych jest wysoka twardość, mała ciągliwość i duża odporność na ścieranie. Należy jednak zwrócić uwagę na to, że węglowe stale narzędziowe są bardzo twarde w temp. pokojowej, ale nawet po nieznacznym podgrzaniu szybko stają się miękkie i nie nadają się do dalszego użytku. Polska norma rozróżnia dwie grupy stali narzędziowych węglowych:

1. stale płytko hartujące się;

2. stale głęboko hartujące się;

Stale narzędziowe węglowe utwardzają się przez hartowanie na małą głębokość i dlatego cechuje je duża twardość na powierzchni i znaczna ciągliwość rdzenia co jest bardzo korzystne w czasie ich pracy.

Wnioski.

2 próbka - stal węglowa konstrukcyjna wyższej jakości ogólnego przeznaczenia o znaku 50G.

100% perlitu - 0,8%węgla

70% perlitu - 0,56%węgla

100% ferrytu - 0,02% węgla

30% ferrytu - 0,006%węgla zaw C około 0,566%

3 próbka - stal węglowa konstrukcyjna wyższej jakości ogólnego przeznaczenia o znaku 10,

10X lub 10Y (X - stal nieuspokojona, Y - stal półuspokojona).

100% perlitu - 0,8%węgla

10% perlitu - 0,08%węgla

100% ferrytu - 0,02% węgla

90% ferrytu - 0,018%węgla zaw C około 0,098%

4 próbka - stal węglowa konstrukcyjna wyższej jakości ogólnego przeznaczenia o znaku 40. Używane na części maszyn w stanie normalizowanym.

100% perlitu - 0,8%węgla

60% perlitu - 0,48%węgla

100% ferrytu - 0,02% węgla

40% ferrytu - 0,008%węgla zaw C około 0,488%

5 próbka - stal węglowa, narzędziowa należąca do stali wyższej jakości

100% perlitu - 6,67%węgla

70% perlitu - 0,7%węgla

100% ferrytu - 0,02% węgla

30% ferrytu - 0,006%węgla zaw C około 0,706%

6 próbka - stal węglowa, narzędziowa należąca do stali wyższej jakości, płytko hartująca o znaku N8 lub głęboko hartująca się o znaku N8E.

100% perlitu - 0,8%węgla zaw C około 0,8%

8 próbka - stal węglowa konstrukcyjna wyższej jakości ogólnego przeznaczenia o znaku 15, 15X lub 15Y (X - stal nieuspokojona, Y - stal półuspokojona).

100% perlitu - 0,8%węgla

15% perlitu - 0,12%węgla

100% ferrytu - 0,02% węgla

85% ferrytu - 0,017%węgla zaw C około 0,137%

Wpływ gazów (Azot i Tlen)

Gazy - azot i tlen występują w stali w niedużych ilościach , a ich zawartość zależy w dużym stopniu od sposobu wytapiania stali. W stali będącej w stanie stałym gazy mogą występować w kilku postaciach

• w stanie wolnym, skupiając się w różnych nieciągłościach wewnątrz metalu (najczęściej tworzą tkz pęcherze)

• mogą być rozpuszczone w żelazie α

• tworzą związki (azotki ,tlenki ), występujące w stali jako tzw wtrącenia niemetaliczne.

Rozpuszczalność gazów i węgla w żelazie α jest niewielka. Zważywszy jednak, że maleje ona bardzo wyraźnie w miarę obniżania się temperatury stali, to w warunkach zwykłego chłodzenia (przy braku równowagi) po walcowaniu lub kuci tworzy się w stali przesycony roztwór stały gazów i węgla w żelazie α. Odkształcenia plastyczne takiego roztwory przesyconego i następujące po nim nagrzewanie do niewysokiej temperatury nadaje stali wyraźną kruchość w skutek zachodzących procesów starzenia. Ujawni się to przede wszystkim w pogorszeniu wskaźnika ciągliwości i większej kruchości na zimno. Bardzo skutecznym sposobem zmniejszania ilości gazów i wtrąceń niemetalicznych w metalu jest wytapianie lub odlewanie go w próżni. Można w ten sposób otrzymać metal wyższej jakości o lepszych własnościach w skutek większej czystości pod względem wtrąceń niemetalicznychi prawie zupełnego braku rozpuszczonych w metalu gazów : wodoru ,azotu , tlenu.

---