1. 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.

2. Opis stanowiska badawczego:

Do wykonania ćwiczenia niezbędne były następujące urządzenia i materiały pomocnicze:

- mikroskop metalograficzny

- próbki różnych stali

3. Przebieg doświadczenia:

- obserwacja zgładów trawionych przygotowanych 6 próbek stali;

- wykonanie rysunków struktur i opisanie ich.

- wyznaczenie podstawowych wielkości stereologicznych struktur stali 15 i 45

4. Wyniki:

• żelazo ARMCO

1. Oznaczenie: ”ARMCO” - technicznie czyste żelazo , tzn. że dopiero na trzecim miejscu po przecinku może się znaleźć jakiś składnik domieszkowy w składzie procentowym.

2. Skład: 0,012 % C, 0,05 % Mn, 0,004 % P, 0,002 % Si, 0,018 % S

3. Rm = 260 - 300 MPa , Re = 140 - 180 MPa, A = 40 % , HB = 85

4. Zastosowanie: w przemyśle elektrotechnicznym (magnetowody transformatorów, rdzenie elektromagnesów) podobny skład chemiczny i właściwości mają żelazo karboksylowe i elektrolityczne

5. Powiększenie 10 x 50

• stal 15 (0,15% węgla)

1. Oznaczenie:15

2. Skład: 0 zawartości około 15% węgla.

3. 
   = 500 ÷ 750 MPa,
   
   = 300 MPa, U = 60
   ,
   = 143

4. 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.

5. 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:

1. 
   

2. 
   

3. 
   

4. 
   

5. 
   

6. 
   

7. 
   

8. 
   

9. 
   

10. 
    

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:

1. Klasa od 0 do 3,2 - 8 ziaren

2. Klasa od 3,2 do 6,4 - 17 ziaren

3. Klasa od 6,4 do 9,6 - 10 ziaren

4. Klasa od 9,6 do 12,8 - 3 ziarna

5. Klasa od 12,8 do 16 - 1 ziarno

6. Klasa od 16 do 19 - 1 ziarno

5. 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

---