Laboratorium z metaloznawstwa

Ćw. nr 5	Mikroskopowe badania stali węglowych.	Ocena:
Zespół nr 6	Żmudzki Andrzej	Uwagi:
3.03.99	MiIM II rok KMPM

1. Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się ze strukturą i własnościami stali węglowych.

2. Wstęp teoretyczny.

Stal węglowa - Obrabiany plastycznie stop żelaza z węglem Fe-C o zawartości węgla od 0,01 do 2% jako dominującej domieszki oraz przypadkowych: Mn,Si, P, S.

Układ żelazo-węgiel. Układ przedstawia wykres. Stabilnymi fazami w układzie żelazo-węgiel są roztwory stałe węgla w żelazie α i żelazie γ - ferryt i austenit oraz węgiel występujący w postaci odmiany alotropowej - grafitu, pod warunkiem, że zawartość węgla przekracza granicę rozpuszczalności. Najczęściej węgiel w tych stopach jest związany w węgliku Fe₃C - cementycie, odznaczającym się dużą trwałością. Linię likwidusu w układzie żelazo-węgiel wyznaczają punkty ABCD, a linię solidusu - punkty AHJECF. Przemiany zachodzące w zakresie pomiędzy liniami solidusu i likwidusu określa się jako krystalizację pierwotną, a w zakresie solidusu i linii PSK - jako krystalizację wtórną. Stopy żelaza zawierające poniżej 0,09% C krzepną jako roztwór stały międzywęzłowy węgla w żelazie α, a następnie ulegają przemianie w roztwór stały międzywęzłowy γ w obszarze ujętym liniami NH i NJ. Stopy zawierające 0,09 - 0,53% C ulegają w temperaturze 1495°C (linia HJB) przemianie perytektycznej, w której biorą udział roztwór stały węgla w żelazie α o zawartości 0,09%C i roztwór ciekły o stężeniu 0,53% C. W wyniku tej przemiany powstaje roztwór stały γ (austenit) o zawartości 0,17% C. Po zakończeniu przemiany perytektycznej stopy zawierające 0,09 - 0,17% C mają strukturę mieszaniny roztworów stałych α+γ, natomiast zawierające 0,17 - 0,53%% C strukturę mieszaniny roztworu ciekłego i stałego γ. Stopy zawierające 0,53 - 2,11% C krzepną bezpośrednio jako roztwór stały γ. W stopach o zawartości węgla 2,11 - 6,67% w temperaturze 1148°C zachodzi przemiana eutektyczna, a w jej wyniku z roztworu ciekłego o zawartości 4,3% C powstaje drobnoziarnista mieszanina eutektyczna austenitu o granicznej zawartości węgla (2,11%), oraz cementytu, zwana ledeburytem. Podczas chłodzenia stopów zawierających do 0,77% C w zakresie temperatury ograniczonym liniami GS i GPS następuje stopniowa przemiana austenitu w ferryt przy jednoczesnym wzbogacaniu pozostałego roztworu γ w węgiel do 0,77%. Austenit zawierający 0,77% C w temperaturze 723°C przemienia się w eutektoid zwany perlitem, składający się z ferrytu i cementytu.

Podział stali:

I - stale podeutektoidalne. Ich struktura przy temperaturze otoczenia składa się z dwóch składników strukturalnych ferrytu i perlitu. Zawierają do 0,8 węgla.

II - stale eutektoidalne o strukturze czysto perlitycznej. Zawartość węgla zbliżona jest do 0,8%.

III - stale nadeutektoidalne. Ich struktura składa się z perlitu i cementytu wtórnego. Są to stale o zawartości węgla od 0,8 do 2,0%.

3. Rysunki mikrostruktur.

Próbka 2. Próbka 3.

Próbka 4. Próbka 5.

Próbka 6. Próbka 8.

Próbka	Nazwa stopu	Odczynnik	Powiększ.	Opis
2	Stal 0,5%C	nital	80	Stal o zawartości około 0,5% węgla. Na rysunku widoczna struktura perlitu (ciemny obszar) z wtrąceniami ferrytu.
3	Stal 0,1%C	nital	400	Stop zawierający 0,1% węgla. Na rysunku widoczny jest ferryt oraz nieliczne wysepki perlitu (najprawdopodobniej struktura blachy zimnowalcowanej)
4	Stal 0,4%C	nital	400	Stop o 0,4% zawartości węgla. Widoczna struktura ferrytu (jasne powierzchnie) i perlitu (duże ciemne powierzchnie)
5	Stal podeutektoidalna	nital	400	Stal podeutektoidalna, przegrzana, gdyż widoczna jest struktura Widmannstattena. Widoczne wydzielenia ferrytu w postaci igieł zorientowanych wzdłuż płaszczyzn krystalograficznych
6	Stal 0,8%C	nital	400	Stop o zawartości 0,8% węgla. Widoczny składnik strukturalny - perlit (płytki cementytu w osnowie ferrytycznej)
8	Stal 0,15%C	nital	80	Stop zawartości 0,15% węgla. Widoczna struktura ferrytyczna z nielicznymi wyspami perlitu. Ciemna siatka - cementyt.

4. 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%

5. Podział stali węglowych według sposobów wytapiania i odtleniania.

Ogólnie stopy żelaza z węglem stosowane w technice można podzielić na: surówki, żeliwa, stale, staliwa, żelazostopy. Surówką stanowiącą produkt wyjściowy w procesie otrzymywania stali i żeliwa, nazywamy stop żelaza z węglem o zawartości ponad 2% C. Surówkę otrzymuje się w wyniku redukcji rudy żelaza w wielkim piecu. Rozróżnia się surówkę białą stosowaną do dalszej przeróbki na stal oraz surówkę szarą stosowaną do dalszej przeróbki na żeliwo. Żeliwo zawierające 2 - 3% węgla otrzymuje się przez przetopienie surówki z dodatkiem złomu żeliwnego stalowego w piecach zwanych żeliwiakami. Stal otrzymuje się z surówki w wyniku świeżenia, czyli wypalania nadmiaru węgla i innych domieszek (krzemu, manganu, fosforu) w piecach martenowskich, konwertorach (Bessemera, Thomasa) lub w piecach elektrycznych. Źródłem tlenu koniecznego do utlenienia domieszek są tlenki żelaza z rudy oraz -tlen z atmosfery pieca. Jeżeli proces wytapiania stali jest przeprowadzany bez dodatków stopowych, a otrzymywany stop zawiera oprócz węgla tylko przypadkowe domieszki, to wtedy mamy do czynienia ze stalą węglową. Natomiast stal do której wprowadzono specjalne dodatki w celu podwyższenia jej jakości, nazywamy stalą stopową,

Ze względu na odtlenienie stali możemy podzielić je na uspokojone (odtlenione), półuspokojone i nieuspokojone. Jako odtleniacz stosowany być może żelazostop czyli stop metali lub niemetali z żelazem służący do wprowadzania dodatków stopowych do ciekłej stali.

---