Cel i zakres ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów ze strukturami stali węglowych oraz ilościową oceną zawartości poszczególnych faz w stopie. Zakres ćwiczenia obejmuje:
- zapoznanie się ze strukturami stali w stanie wyżarzonym
- wyznaczenie podstawowych wielkości stereologicznych struktur
- analiza otrzymanych wyników.
Opis stanowiska badawczego:
Do wykonania ćwiczenia niezbędne były następujące urządzenia i materiały pomocnicze:
- mikroskop metalograficzny
- próbki różnych stali
Przebieg doświadczenia:
- obserwacja zgładów trawionych przygotowanych 6 próbek stali;
- wykonanie rysunków struktur i opisanie ich.
- wyznaczenie podstawowych wielkości stereologicznych struktur stali 15 i 45
Wyniki:
żelazo ARMCO
Oznaczenie: ”ARMCO” - technicznie czyste żelazo , tzn. że dopiero na trzecim miejscu po przecinku może się znaleźć jakiś składnik domieszkowy w składzie procentowym.
Skład: 0,012 % C, 0,05 % Mn, 0,004 % P, 0,002 % Si, 0,018 % S
Rm = 260 - 300 MPa , Re = 140 - 180 MPa, A = 40 % , HB = 85
Zastosowanie: w przemyśle elektrotechnicznym (magnetowody transformatorów, rdzenie elektromagnesów) podobny skład chemiczny i właściwości mają żelazo karboksylowe i elektrolityczne
Powiększenie 10 x 50
stal 15 (0,15% węgla)
Oznaczenie:15
Skład: 0 zawartości około 15% węgla.
= 500 ÷ 750 MPa,
= 300 MPa, U = 60
,
= 143
Zastosowanie: stosowana na części o twardej powierzchni odpornej na ścieranie z miękkim ciągliwym rdzeniem o niewielkiej wytrzymałości; części o prostych kształtach: wałki, krzywki, wzorniki, rolki, koła zębate, tuleje, itp.
Powiększenie 10 x 50
stal 45 (0,45% węgla)
a. oznaczenie: 45
b. skład: 0,42 ÷ 0,50 % C
c.
= 710 ÷ 860 MPa,
= 490 MPa, U = 25
, HB=241
c. zastosowanie w stanie: normalizowanym - na części o dużych przekrojach średnio obciążone, nie narażone na ścieranie ( tłoki, tłoczyska, wolnobieżne koła zębate); ulepszonym - na części średnio obciążone, od których wymaga się znacznej twardości powierzchni (wrzeciona, wały w łożyskach tocznych, śruby i wały pociągowe, imaki narzędziowe, części uchwytów); hartowana powierzchniowo - na części o wysokiej twardości powierzchniowej i podwyższonej wytrzymałości (koła zębate, zderzaki, oprawki narzędziowe)
d. powiększenie 10 x 50
stal narzędziowa N8E (0,8% węgla)
a. oznaczenie: N8E
b. skład: 0,77 ÷ 0,84 % C ; 0,15 ÷1,14 % Mn, 0,15 ÷ 0,35 % Si ; max 0,20 % Cr,
max 0,25 % Ni
c. zastosowanie: duża odporność na ścieranie narzędzia do obróbki materiałów w temperaturze otoczenia skrawaniem i za pomocą obróbki plastycznej, także narzędzia miernicze
d. powiększenie 10 x 50
stal narzędziowa N12E (0,12% węgla)
a. oznaczenie: N12E
b. skład:
c. zastosowanie: duża twardość, wysoka odporność na ścieranie; stosowana m.in. na frezy; noże krążkowe;
d.
= 207,
= 62,
e. powiększenie 10 x 50
stal pudlarska
a. oznaczenie: brak oznaczenia
b. zastosowanie: nie jest stosowana
c. Proces pudlarski (pudlingowanie) - sposób świerzenia stali w piecu płomiennym. Stal pudlarską uzyskaną w postaci ciastowatej bryły przekuwano w celu usunięcia żużlu i otrzymania stali zgrzewnej. Pierwsze zastosowanie przez H. CORT'a (Wielka Brytania) w 1784 roku.
d. powiększenie 10 x 50
Dla stali 45 określenie za pomocą metody liniowej procentowej objętości względnej fazy β (składnika ciemniejszego) rozmieszczonej losowo w osnowie α..
Przyjmuję odcinek pomiarowy równy 70 mm i wykonuje kolejno 10 pomiarów:
A następnie liczę średnią arytmetyczną i mnożę przez 100% aby uzyskać procentową zawartość składnika:
fazy β.
Dla stali 15 przeprowadzenie badania orientacji rozmieszczenia ziaren fazy β w strukturze. Do przeprowadzenia badania przyjąłem odcinek pomiarowy równy 70 mm i wykonałem 10 odczytów dla sześciu kątów różniących się o 30 stopni:
Dla α =
Dla α =
Dla α =
Dla α =
Dla α =
Dla α =
Oznacza to że średnio na 70 mm występują około trzy ziarna fazy β.
Pomiar średnic ziaren za pomocą metody Jeffrissa. Polega ona na tym, że na mikrofotografii nanosi się prostokąt o wymiarach a i b, który dzieli nam ziarna na trzy grupy -leżące całkowicie wewnątrz prostokąta o liczbie ziaren z, przecięte przez brzegi o liczbie ziaren w i ziarna leżące w narożach o liczbie u.Całkowitą liczbę ziaren przypadającą na jednostkę powierzchni wyliczamy ze wzoru:
z=41
w=17
u=2
p=100 - powiększenie
Średnią średnicę ziaren mierzoną z powierzchni zgładu można szybko określić ze wzoru:
Gdzie
-jest liczbą przecięć ziaren N przez sieczną o długości jednostkowej L na mikrofotografi o powiększeniu P.
Czyli średnia średnica ziaren jest równa:
Wielkości ziaren dzieli się na klasy wielkości, które są ustalane przez podział największego ziarna na 6 lub 10 części. W naszym przypadku największe ziarno miało średnicę równą 19 chcąc uzyskać podział na 6 klas należy tą wartość podzielić przez 6.
Czyli:
w ten sposób otrzymaliśmy podział na 6 klas różniących się między sobą o 3,2 wartości kolejno:
Klasa od 0 do 3,2 - 8 ziaren
Klasa od 3,2 do 6,4 - 17 ziaren
Klasa od 6,4 do 9,6 - 10 ziaren
Klasa od 9,6 do 12,8 - 3 ziarna
Klasa od 12,8 do 16 - 1 ziarno
Klasa od 16 do 19 - 1 ziarno
Wnioski:
Obserwowaliśmy pod mikroskopem metalograficznym 6 próbek stali o różnej zawartości węgla. W miarę wzrostu zawartości węgla w stali podwyższa się jej wytrzymałość i twardość przy równoczesnym obniżaniu się udarności i wzroście kruchości. Im więcej cementytu będzie zawierała stal, a tym samym mniej ferrytu, tym będzie bardziej twarda i krucha. Na własności mechaniczne stali ma również wpływ kształt i wymiary tych dwóch składników. Stale , w których składniki krystalizowały w postaci małych ziarn są bardziej wytrzymałe i plastyczne. A co do pomiarów wielkości i ilości ziarn to te metody oddają tylko przybliżoną wartość tych wielkości i dosyć łatwo jest się pomylić co również świadczy niedokładności pomiarów.
6