Jolanta Świderska 14-10-2002 r.
Metalurgia, rok II
Gr. 6, zespół 3.
MIKROSKOPOWE BADANIA ODLEWNICZYCH STOPÓW ŻELAZA
Żeliwem nazywa się stop odlewniczy żelaza z węglem, zawierający teoretycznie powyżej 2% węgla, domieszki manganu i krzemu oraz zanieczyszczenia fosforu i siarki, pochodzące z procesu hutniczego. Żeliwo jest produktem otrzymanym z pieca - żeliwiaka. Podobny stop otrzymany z wielkiego pieca nazywamy surówką.
Zależnie od postaci, w jakiej występuje węgiel rozróżnia się:
1. Żeliwa białe, w których węgiel występuje w postaci związanej (nie ma grafitu) takiej jak cementyt pierwotny i wtórny, ledeburyt, ledeburyt przemieniony oraz perlit. Żeliwa te są twarde, kruche i nie nadają się do skrawania. Można je tylko szlifować. Są bardzo rzadko stosowane, zwykle są półproduktami do wytwarzania żeliwa ciągliwego.
2. Żeliwa szare, w których węgiel występuje w postaci płatków grafitowych nadających żeliwu kolor szary. W zależności od związanego węgla żeliwa szare dzielą się na: nadperlityczne (struktura złożona z grafitu, perlitu, cementytu wtórnego), perlityczne (struktura perlitu z grafitem zmiennej grubości), ferrytyczno - perlityczne (struktura ferrytu z perlitem i zmiennej grubości grafitem), ferrytyczne (struktura ferrytu z grubym grafitem). Żeliwo szare jest powszechnie stosowane jako tani materiał konstrukcyjny. Istnienie wtrąceń grafitowych polepsza skrawalność, nadaje własności przeciw ścierne i dużą zdolność do tłumienia drgań. Żeliwa szare źle pracują na rozciąganie, zginanie, trochę lepiej na ściskanie. Są dość kruche i mało plastyczne. Własności żeliwa szarego zależą od kształtu występującego w nim grafitu oraz osnowy, na której ten grafit jest rozłożony.
3. Żeliwa sferoidalne, w którym występują sferoidy grafitowe ( kryształy węgla zbliżone kształtem do kul). Żeliwa te mają strukturę ferrytyczną lub perlityczną z grafitem sferoidalnym (kulistym). Mają doskonałe własności wytrzymałościowe i plastyczne z możliwością dalszego ich polepszania przez zastosowanie obróbki cieplnej. Materiałem wyjściowym do otrzymania żeliwa sferoidalnego jest żeliwo skłonne do zakrzepnięcia jako szare, lecz o bardzo małej ilości zanieczyszczeń (siarki i fosforu).
4. Żeliwa ciągliwe, w którym występują kłaczki grafitowe tzw. węgiel wyżarzania. Żeliwa te otrzymuje się z żeliw białych poprzez obróbkę cieplną zwaną wyżarzaniem grafityzującym.
Ze względu na strukturę wyróżnia się żeliwa ciągliwe białe (W), czarne (B), perlityczne (P). Żeliwa białe otrzymuje się poprzez wyżarzanie odlewów z żeliwa białego w atmosferze utleniającej. Następuje rozkład cementytu i odwęglanie. Zawartość węgla dochodzi do 3,5%, dlatego można otrzymać je w żeliwiakach. Żeliwa czarne otrzymywane są poprzez wyżarzanie odlewów w atmosferze obojętnej. Podczas wyżarzania następuje rozkład cementytu i tworzenie cząstek grafitu. Zawartość węgla sięga do 2,2%, dlatego też nie można ich wytapiać w żeliwiakach. Żeliwa perlityczne otrzymuje się podobnie jak żeliwa ciągliwe czarne, z tym że grafityzacji ulega jedynie cementyt pierwotny i wtórny.
5. Żeliwa stopowe, żeliwa do których dodaje się pierwiastki stopowe, w celu nadania im specjalnych własności, jak np. odporności na korozję, kwasoodporności, żaroodporności lub polepszenia własności mechanicznych.
Próbka nr 5 - Żeliwo szare ferrytyczno - perlityczne
Powiększenie mikroskopu:
8x8/0,25 8x40/0,65
ferryt
perlit
grafit płatkowy
eutektyka fosforowa
(steadyt)
Próbka nr 8 - Żeliwo szare perlityczne
Powiększenie mikroskopu:
20x8/0,25 20x40/0,65
perlit
grafit płatkowy
Próbka nr 9 - Żeliwo sferoidalne perlityczno - ferrytyczne
Powiększenie mikroskopu:
8x8/0,25 8x40/0,65
perlit
ferryt
grafit sferoidalny
Istotny wpływ na otrzymywanie struktur mają domieszki. Jednakże fosfor nie wywiera większego wpływu na grafityzację, a występując w ilościach od 0,1 do 1% zwiększa rzdkopłynność żeliwa przez tworzenie eutektyki potrójnej obniżającej temperaturę początku topnienia do ok. 950º C. Dodatek fosforu zwiększa twardość i kruchość, a także odporność na ścieranie. Fosfor występuje w postaci eutektyki fosforowej - steadytu - złożonej z ferrytu, cementytu i fosforku żelaza Fe3P. Pod mikroskopem (próbka nr 5) występuje w postaci nieregularnych pól gęsto kropkowanych, o jasnej barwie.
Wydzielanie grafitu może być ułatwione przez zarodkowanie heterogeniczne na nierozpuszczonych cząstkach faz stałych. Liczbę zarodków można zwiększyć poprzez proces modyfikacji, który polega na wprowadzeniu odpowiednich substancji do ciekłego żeliwa.
Równie ważnym czynnikiem wpływającym na struktury żeliw jest szybkość chłodzenia żeliwa po odlaniu do formy. Przy szybkim chłodzeniu np. w formach stalowych, wydzielanie grafitu jest utrudnione, a odlewanie do form piaskowych sprzyja procesowi utworzenia grafitu.
3