II rok Metalurgia |
Paweł Mirecki |
Data 24.02.99 |
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 1495oC. Roztwór węgla w odmianie Fe-γ (austenit) rozpuszcza maksymalnie 2,11% C w temp. przemiany eutektycznej 1148oC. Roztwór węgla w nisko temp. odmianie Fe-α zwanej ferrytem α, rozpuszcza maksymalnie 0,0218% C w temp. przemiany eutektoidalnej 727oC.
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. 727oC. 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:
Stale zwykłej jakości ogólnego przeznaczenia;
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:
stale płytko hartujące się;
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 węgla na własności stali węglowych.
Stale, które są stosowane w technice nie są idealnie czystym stopem żelaza z węglem. Zawiera ona również dodatki, które wprowadzamy podczas określonego procesu technologicznego (odtlenianie, odsiarczanie). Niektóre pierwiastki takie jak: Ni, Cu, Cr dostają się do stali przypadkowo ze złomu. Tak więc podstawowym pierwiastkiem stopowym stali węglowych jest węgiel, którym reguluje się własności stali oraz od ilości którego zależy jej zastosowanie. Jak również oczywiste jest że zwiększanie zawartości węgla powoduje zmianę struktury stali. Struktury stali możemy podzielić na trzy grupy:
zawierająca poniżej 0,8 % C - struktura jej składa się z ferrytu i perlitu;
zawierająca 0,8% C - struktura jej składa się wyłącznie z perlitu;
zawierająca powyżej 0,8% C - struktura jej składa się z perlitu i cementytu wtórnego;
Możemy więc powiedzieć, że zwiększenie zawartości węgla w stali zwiększa jej wytrzymałość, ale zmniejsza plastyczność co przedstawia rys. 1. Własności mechaniczne odnoszą się do wyrobów walcowanych na gorąco. Są to wartości średnie zatem mogą odchylać się w granicach ± 10 %. Rozpatrując natomiast staliwo (stal w postaci odlewów), która ma grubszą strukturę dochodzimy do wniosków, że wykazuje ono gorsze własności mechaniczne przy czym najwięcej pogarszają się wskaźniki plastyczności. Wpływ zawartości węgla na niektóre własności stali przedstawiłem na rys. 2.