GGiIŚ GRUPA 1	Dorota Czaderna	30.11.2004
Mgr inż. Joanna Pieniążek	Obserwacje mikroskopowe stopów żelaza z węglem	OCENA:

Stal - jest to stop żelaza z węglem o zawartości węgla do 2,11 %, są to stopy do przeróbki plastycznej.

Stopy żelaza z węglem o mniejszej zawartości węgla (poniżej ok. 2%) nazywamy stopami węglowymi, a większej zawartości (powyżej 2%) surówkami lub żeliwami (w zależności od sposobu wytworzenia).

Stale węglowe zawierają również inne dodatki np.:Mn, Si, Al konieczne do odpowiedniego odtlenienia i odsiarczenia, jak również domieszki S, P, O i in.

PODZIAŁ STALI

1. Ze względu na zawartość węgla

• niskowęglowe (poniżej 0,25% C)

• średniowęglowe (0,25-0,6% C)

• wysokowęglowe (powyżej 0,6% C)

2. Ze względu na zastosowanie:

• konstrukcyjne (stale zwykłej jakości ogólnego przeznaczenia, stale niestopowe do utwardzenia powierzchniowego i ulepszania cieplnego)

• narzędziowe (stale płytko hartujące się, stale głęboko hartujące się).

• według układu żelazo - cementyt

• podeutektoidalna ( poniżej 0,77 % C )

• eutektoidalna (0,77 % C )

• nadeutektoidalne (powyżej 0,77 % C )

• ze względu na stopień odtlenienia

• uspokojone

• półuspokojone

• nieuspokojone

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

Ferryt jest roztworem stałym międzywęzłowym węgla w żelazie α; powstaje przez wchodzenie atomów węgla do luk oktaedrycznych; wchodzi w skład perlitu i ladeburytu przemienionego; ze względu na małą zawartość węgla jego własności niewiele różnią się od własności czystego żelaza α; na zgładach widoczny jako jasny składnik;

Perlit powstaje w wyniku przemiany entektoidalnej, która zachodzi przy temperaturze 727⁰C; posiada budowę płytkową; przy małych powiększeniach widoczny jako perliste obszary, przy większych powiększeniach widoczna jest budowa płytkowa;

Ledeburyt - stop eutektyczny, mieszanina austenitu i cementytu; cechuje go znaczna twardość o kruchość; poniżej temperatury 727⁰C występuje jako ledeburyt przemieniony w wyniku przemiany austenitu ledeburytycznego w perlit; ledeburyt wydziela się z ciekłego roztworu żelazo-węgiel (przy zawartości węgla powyżej 2,06%); składnik strukturalny żeliw i surówek białych (surówka) o eutektyce złożonej z cementytu i austenitu.

Cementyt - Fe₃C; atomu węgla mogą być zastępowane atomami Cr, Mn i Mo, a atomy węgla atomami azotu; jest bardzo twardy, ale kruchy; w stopach żelaza z węglem występuje w różnych składnikach strukturalnych albo w postaci wydzieleń; przy obserwacjach przyjmuje postać jasnych wydzieleń; w czasie wyżarzania ulega rozpadowi na ferryt i grafit;

Grafit - odmiana alotropowa węgla o strukturze heksagonalnej; wytrzymałość i twardość są niskie; temperatura topnienia 3500⁰C; występuje w postaci czarnych wydzieleń o różnym kształcie jako płatkowym lub kulistym;

Martenzyt - przesycony roztwór stały węgla w żelazie α, o tetragonalnej sieci przestrzennej i charakterystycznej mikrostrukturze, przedstawiającej igiełki przecinające się pod kątem 60°; otrzymuje się w wyniku gwałtownego ochłodzenia nagrzanej do temperatury austenitu stali węglowej lub niskostopowej (hartowanie). Przemiana austenitu w martenzyt następuje w określonej temperaturze, ściśle uzależnionej od składu chemicznego stali (głównie zawartości węgla), i dla stali węglowych wynosi ona 100-300°C. W stanie martenzytu stal odznacza się największą twardością.

Bainit jest składnikiem strukturalnym stopów żelazo-węgiel. Jest to mieszanina ferrytu i cementytu, powstająca w wyniku izotermicznej przemiany austenitu przechłodzonego do temperatury:

• 550-400°C-bainit górny o twardości 380-500 HB, składający się z drobnych cząstek cementytu wydzielonych w nieznacznie przesyconym węglem ferrycie

• 400-250°C (bainit dolny, czyli troostyt iglasty o twardości 500-600 HB, w którym cząstki cementytu wydzielone zostały wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych przesyconego węglem ferrytu o strukturze pierzastej).

Żeliwo to odlewniczy stop żelaza z węglem (zawartość węgla - 2-4,5%), krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami, otrzymywany przez stopienie w żeliwiaku surówki wielkopiecowej z dodatkiem złomu żeliwnego i stalowego oraz żelazostopów. W zależności od postaci, w jakiej występuje węgiel rozróżnia się żeliwa:

• szare (węgiel w postaci grafitu),

• podeutektoidalne

• eutektoidalne

• nadeutektoidalne

• białe (węgiel w postaci węglika żelaza - cementytu)

• sferoidalne

• ciągliwe

• stopowe

• pstre - połowiczne (w pewnych skupieniach węgiel występuje jako grafit, w innych jako cementyt).

Dodanie krzemu, niklu i aluminium, jak również powolne chłodzenie sprzyjają wydzielaniu się grafitu, natomiast domieszki manganu i siarki oraz szybkie chłodzenie - tworzeniu się cementytu.

Układ żelazo - wegiel

Odmiany alotropowe żelaza wykazują zdolność rozpuszczania węgla zależną od temperatury, przy czym maksymalna rozpuszczalność występuje w temperaturze przemian: perytektycznej, eutektycznej i eutektoidalnej. Roztwór węgla w wysokotemperaturowej odmianie Fe_α, zwany wysokotemperaturowym ferrytem lub ferrytem δ, może rozpuścić maksymalnie 0,09 % C w temperaturze przemiany perytektycznej 1495^oC. Roztwór węgla w odmianie Fe_γ, zwany austenitem, rozpuszcza maksymalnie 2,11 % C w temperaturze przemiany eutektycznej 1148^oC. roztwór węgla w niskotemperaturowej odmianie Fe_α, zwany ferrytem α, rozpuszcza maksymalnie 0,0218 % C w temperaturze przemiany eutektoidalnej 727^oC.

Przemiana eutektoidalna - przy chłodzeniu austenitu o składzie punktu S ulega rozkładowi na mieszaninę eutektoidalna ferrytu o składzie punktu P i cementytu. Mieszanina ta nazywana jest PERLITEM.

Przemiana eutektyczna - przy chłodzeniu roztwór ciekły o składzie punktu C ulega rozkładowi w temperaturze 1148^oC na mieszaninę eutektyczną złożona z austenitu o składzie w punkcie E i cementytu, mieszaninę tą nazywana jest LEDEBURYTEM.

Przemiana perytektyczna - przy chłodzeniu ferrytu wysokotemperaturowego o składzie punktu H reaguje z roztworem ciekłym o składzie punktu B dajac w temperaturze 1495 ^oC austenit o składzie punktu I.

SPRAWOZDANIE

Cel ćwiczenia:

Obserwacje mikroskopowe stali weglowych i żeliw:

• zapoznanie się ze strukturą stali węglowych i żeliw

• zapoznanie się z własnościami wymienionych stali i żeliw.

Wyposażenie:

• mikroskopy metalograficzne

• zgłady metalograficzne

Przebieg ćwiczenia:

Przygotowane zgłady metalograficzne poddano obserwacją mikroskopowym. Wyodrębniono i scharakteryzowano występujące w próbce składniki strukturalne. Odrysowano obraz struktury widzianej pod mikroskopem. Opisano ten obraz ze względu na składniki strukturalne. Podano powiększenie i nazwę stali lub żeliwa

Wnioski:

• Próbka nr 3 przedstawia stal węglową podeutektoidalną. Próbkę tę obserwowano pod powiększeniem 500-krotnym. Próbka ta zawierała ferryt i perlit przybliżeniu stali Ze względu na swój skład jest to stal stosunkowo miękka. Stale podeutektoidalne są stalami konstrukcyjnymi.

• Próbka nr 6 przedstawia stal węglową eutektoidalną. Próbka ta obserwowana była pod powiększeniem 1000-krotnym. Zbudwana jest głównie z perlitu. Jest to stal narzędziowa, stosowana do pracy na zimno. Stale eutektoidalne są twardsze od stali podeutektoidalnych, ale również są od nich mniej plastyczne.

• Próbka nr 7 przedstawia żeliwo szare ferrytyczno - perlityczne. Próbkę tę obserwowano pod powiększeniem 125-krotnym. Próbka zawierała ferryt, perlit oraz grafit płatkowy. Obecność grafitu sprawia, że żeliwa są materiałami bardziej kruchymi niż stale. Żeliwo to ma najmniejszą plastyczność i odporność na pękanie, gdyż występuje w nim grafit płatkowy, który ma ostre krawędzie, co daje efekt spiętrzania naprężenień .

• Próbka nr 8 przedstawia stal węglową nadeutektyczną. Próbkę tę obserwowana była pod powiększeniem 400-krotnym. Zawierała perlit i cementyt wtórny. Ze względu na swój skład jest to stal stosunkowo twarda.

• Próbka nr 9 przedstawia żeliwo sferoidalne perlityczno - ferrytyczne. Próbkę tę obserwowano pod powiększeniem 500-krotnym. Próbka zawierała perlit, ferryt oraz grafit sferoidalny. W porównaniu ze stalami żeliwa są materiałami kruchymi, gdyż występuje w nich grafit. Dzięki obecności grafitu sferoidalnego, który występuje tu w postaci kulistych cząstek, plastyczność tego żeliwa znacznie się poprawiła w porównaniu do żeliwa szarego.

---