R3

Ćwiczenie 3

BADANIA MIKROSTRUKTURY STALI WĘGLOWEJ W STANIE WYŻARZONYM

3.1. Cel i zakres ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z typowymi strukturami stali węglowych, a także pokazanie możliwości wpływania na strukturę i na właściwości przez zmianę zawartości węgla.

3.2. Wprowadzenie

Stopy żelaza są niewątpliwie najpowszechniej stosowaną grupą tworzyw metalowych (ok. 90% wszystkich metalowych tworzyw konstrukcyjnych). Powodem jest szereg czynników: stosunkowo niewielkie koszty wytwarzania, możliwość wielokrotnego wykorzystania i oczywiście szerokie spektrum oferowanych właściwości. Właściwości tych stopów są ściśle związane z ich strukturą, a ta zależy w głównej mierze od składu chemicznego, szybkości chłodzenia stopu po odlaniu oraz ewentualnych dalszych obróbek. Wśród stopów żelaza na pierwszym miejscu należy wymienić stal, która stanowi podstawowy materiał konstrukcyjny.

3.3. Układ równowagi Fe-C

Podstawą do przewidywania możliwej mikrostruktury stopów żelaza z węglem jest układ równowagi Fe-C (rys. 3.1). Układ ten jest również wykorzystywany przy planowaniu wielu procesów technologicznych, z uwagi na informacje w nim umieszczone.

Zamieszczony wykres układu równowagi ilustruje dwa warianty. Układ równowagi metastabilnej (przedstawiony linią ciągłą)-opisuje równowagę Fe-Fe,C. Układ równowagi stabilnej (przedstawiony linią przerywaną) - opisuje równowagę Fe-grafit.

Rys. 3.1. Wykres równowagi fazowej układu 2elazo - węgiel, linia ciągła - układ raelastabilny. linia przerywana - układ stabilny

W układzie metastabilnym Fe-Fe_;C występują trzy fazy: ferryt, austenit, cementyt.

' Ferryt (a) jest to międzywęzłowy roztwór stały węgla w Fe_o o strukturze A2 I maksymalnej rozpuszczalności węgla w żelazie wynoszącej od 0,02% w tempe-rtturze przemiany eutektoidalnej, malejącej do 0,008% w temperaturze pokojowej. Ferryt jest składnikiem miękkim (ok. 80 HB) o stosunkowo niewielkiej wytrzymałości (/?_= 300 MPa) i dobrym wydłużeniu (A,= 40%).

Austenit (y) jest to międzywęzłowy roztwór stały węgla w Fe^ o strukturze Al i rozpuszczalności węgla zmieniającej się od 0,8% w temperaturze przemiany Młtektoidalnej do 2,11% w temperaturze przemiany eutektycznej. Charakteryzuje >if on wytrzymałością R_m = 750 MPa, twardością — 200 HB oraz bardzo dobrą plastycznością (A,= 50%).

•i Cementyt (Fe₃C) jest to mctastabilny węglik żelaza o strukturze rombowej llożonej i zawartości węgla 6,67% (25% at.). Jest to faza bardzo twarda (ok. 100 HB) i krucha, wydzielająca się W trakcie chłodzenia w różnych zakresach temperatury jako:

25