plik


ÿþPOLITECHNIKA SZCZECICSKA INSTYTUT IN{YNIERII MATERIAAOWEJ ZAKAAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA PRZEDMIOT: PODSTAWY NAUKI O MATERIAAACH II (Tworzywa Meta- liczne) Temat wiczenia: STRUKTURY ODLEWNICZYCH STOPÓW {ELAZA Celem wiczenia jest zapoznanie si z ogóln charakterystyk |eliw i staliw, ich klasyfika- cj, wBasno[ciami u|ytkowymi i mechanicznymi, badanie mikrostruktury, ocena skBadników struk- turalnych zgodnie z PN-/H-04661 1. WIADOMOZCI OGÓLNE {eliwo odlewniczy stop |elaza z wglem o takiej zawarto[ci wgla która zapewnia krzepnicie z przemian eutektyczn (praktycznie 2,5 do 4.5%C), zawierajcy pewne ilo[ci krzemu (do 3,5%), manganu (do 1%), fosforu (do 0,8%) i siarki (do 0,3%) pochodzenia metalurgicznego. Wgiel w |eliwach (poza osnow) mo|e wystpowa w postaci zwizanej jako cementyt (ogól- nie wgliki) bdz w postaci wolnej jako grafit w zale|no[ci od czego rozró|nia si: - |eliwa szare - wgiel w postaci grafitu, - |eliwa biaBe - wgiel zwizany w cementycie, - |eliwa poBowiczne (pstre) z wglem wystpujcym zarówno w postaci wolnej jak i zwiza- nej. Struktura |eliw zale|y zarówno od skBadu chemicznego jak i szybko[ci krystalizacji metalu, co zwizane jest z grubo[ci [cianki odlewu, (rys.1). 7,0 6,0 5,0 4,0 10 20 30 40 50 0 grubo[ [cianki odlewu, mm Rys.1. WpByw zawarto[ci wgla i krzemu oraz grubo[ci [cianki odlewu na struktur |eliwa szarego Pierwiastki wystpujce w |eliwie mo|na zestawi wedBug ich wpBywu na zdolno[ |eliwa do grafityzacji podczas krzepnicia: - uBatwiajce grafityzacje  Al., C, Si, Ni, Cu, P - utrudniajce grafityzacj  W, Mn, Mo, S, Cr, V, Wa|nym skBadnikiem |eliw jest fosfor, który zwiksza rzadkopBynno[, nie oddziaBujc w istot- ny sposób na proces grafityzacji. Fosfor tworzy odrbny skBadnik strukturalny, potrójn eutektyk fosforow zwan steadytem, która powiksza twardo[ i odporno[ |eliwa na [cieranie, ale przy wikszej ilo[ci powoduje równie| krucho[ w niskiej temperaturze, (rys. 2). 1 Struktury odlewniczych stopów |elaza Zawarto[ C+Si, % f e r r y e t y c r z n e a z s p e r p l i t y c z o b n o - f e B i r r o y a t y c z w p n B e e r e l i t y i c z c n e z n e {eliwa szare: Najwiksze zastosowanie przemysBowe maj jak dotd |eliwa szare. Grafit wystpuje tu w postaci nieregularnych pBatków ró|nej wielko[ci, tworzc niecigBo[ci w osnowie metalicznej. Wytrzyma- Bo[ grafitu w porównaniu z osnow mo|na przyj za równ zeru, std te| |eliwa szare odznaczaj si nisk wytrzymaBo[ci na roz- ciganie i zginanie, przy do[ dobrej wytrzymaBo[ci na [ciskanie. WytrzymaBo[ zmczeniowa |eliw szarych jest równie| niewielka ze wzgldu na obecno[ wspomnianych karbów strukturalnych. Z Rys.2. Potrójna eutektyka fosfo- tego te| powodu |eliwa szare s równie| maBo wra|liwe na dziaBa- rowa w |eliwie szarym nie wad powierzchniowych. a) b) perlit grafit ferryt Rys.3. {eliwo szare a) ferrytyczno-perlityczne b) perlityczne. Traw. Nital, x500. GBówn zalet |eliwa szarego s dobre wBasno[ci odlewnicze: wysoka rzadkopBynno[, maBy skurcz odlewniczy (0,6 do 1,25%), dobre wypeBnianie wnki form itd. Inne zalety |eliwa szarego zwizane z obecno[ci grafitu w strukturze to dobre wBasno[ci przeciwcierne, zdolno[ tBumienia drgaD, dobra obrabialno[. Dodatkow zalet tych |eliw jest niska cena. {eliwa szare s powszechnie stosowanym materiaBem konstrukcyjnym w przemy[le maszyno- wym, kolejowym, samochodowym (np. korpusy maszyn, pByty fundamentowe, pier[cienie tBokowe, bbny hamulcowe, tuleje cylindrowe, armatura itd.). WBasno[ci wytrzymaBo[ciowe |eliw szarych zale| przede wszystkim od postaci i wielko[ci wydzieleD grafitu. Zmieniajc posta z pBatkowej np. na kulist i rozdrabniajc wydzielenia mo|na uzyska znaczny przyrost Rm, R0.2 a A5 mo|e osign poziom 20%. Odmian |eliw szarych s |eliwa modyfikowane, zawierajce bardzo drobny grafit pBatkowy, dziki czemu ich wytrzymaBo[ jest znacznie wy|sza ni| |eliw zwykBych. Rozdrobnienie grafitu uzyskuje si przez dodanie do |eliwa przed odlaniem tzw. modyfikatora, najcz[ciej w postaci sproszkowanego |elazokrzemu. {eliwa sferoidalne {eliwami sferoidalnymi nazywa si |eliwa, w których grafit powstaje podczas krzepnicia w postaci kulkowej. Uzyskuje si je w wyniku procesu modyfikacji, polegajcym na wprowadzeniu do metalu (bezpo[rednio przed odlaniem) dodatku sferoidyzujcego w postaci magnezu, ceru, lan- tanu, wapnia itp. Struktura osnowy |eliw sferoidalnych, podobnie jak |eliw szarych zwykBych mo|e by ferry- tyczna, ferrytyczno-perlityczna lub perlityczna (rys. 4). c) b) a) Rys.4. {eliwo sferoidalne z osnow a) ferrytyczn, b) ferrytyczno-perlityczn, c) perlityczn. 2 Struktury odlewniczych stopów |elaza Dziki kulistej postaci grafitu, |eliwa sferoidalne maj znacznie lepsze wBasno[ci mechaniczne i z powodzeniem zastpuj nie tylko staliwo lecz równie| niektóre odkuwki stalowe. Wytwarza si z nich takie cz[ci silników samochodowych jak waBy korbowe, rozrzdu, cylindry i pier[cienie tBo- kowe. W budowie obrabiarek |eliwo sferoidalne wykorzystuje si na koBa zbate, wrzeciona, kor- pusy itd. Sferoidyzacja powoduje zmniejszenie zdolno[ci |eliwa szarego do tBumienia drgaD. Aby za- chowa dobre wBasno[ci wytrzymaBo[ciowe i jednocze[nie nie straci zdolno[ci do tBumienia drgaD opracowano |eliwa wermikularne w których grafit przyjmuje ksztaBt po[redni, krtkowy, zwichro- wany, gwiazdzisty. {eliwa biaBe {eliwa biaBe jako materiaB konstrukcyjny prawie nie maj szerszego zastosowania technicznego, natomiast powierzchniowa warstwa |eliwa biaBego na |eliwie szarym, powstajca przez tzw. zabie- lenie (tj. szybkie lokalne ochBodzenie odlewu) jest stosowana w celu zwikszenia odporno[ci mate- riaBu na [cieranie. Zabielenie |eliwa szarego stosuje si czasem w przypadku mniej odpowiedzial- nych prowadnic korpusów maszyn, bie|ni kóB wagoników roboczych itp. {eliwo biaBe jest materiaBem wyj[ciowym do wytwarzania |eliwa cigliwego. a) b) Rys.5. Struktura |eliwa biaBego: a) podeutektycznego b) nadeutektycznego, x500. {eliwa cigliwe {eliwami cigliwymi nazywa si |eliwa biaBe, które ulegaj okre[lonemu uplastycznieniu dziki obróbce cieplnej (grafityzowanie) albo cieplno - chemicznej (odwglanie) i zawieraj grafit w po- staci tzw. wgla |arzenia. Grafityzowanie polega na wy|arzaniu w oC 950 ÷ 1000oC przez kilkadziesit godzin w at- |eliwo cigliwe czarne 1000 mosferze obojtnej. W pierwszym okresie gra- A1 fityzacji rozkBada si cementyt pierwotny (z ledeburytu) i pewna cz[ wtórnego a| do usta- |eliwo cigliwe perlityczne lenia równowagi wgla |arzenia i nasyconego wglem austenitu. Dalszy rozkBad cementytu Czas, godz. wtórnego jest mo|liwy tylko przy obni|aniu Rys.6. Schemat obróbki cieplnej -grafityzowania |eliwa. temperatury, poniewa| zmniejsza si wtedy rozpuszczalno[ wgla w austenicie. Powolne obni|anie temperatury do ok. Ar1 zapewnia okres po[redniej grafityzacji, w którym wgiel |arzenia wydziela si z austenitu. Dalszy przebieg wy|a- rzania zale|y od rodzaju wymaganej osnowy. Wgiel |arzenia w osnowie ferrytycznej (tzn. caBko- wit grafityzacj cementytu wtórnego) zapewnia bardzo powolne studzenie (3 ÷ 5oC/h) w zakresie 760 ÷ 670oC. Wgiel |arzenia w osnowie perlitycznej zapewnia powolne chBodzenie (50oC/h) bez- po[rednio po zakoDczeniu pierwszego okresu grafityzacji, a w osnowie ferrytyczno  perlitycznej  po[rednia grafityzacja w temperaturze okoBo 670oC przez odpowiedni czas, (rys. 6). Z powodu barwy przeBomu |eliwo grafityzowane o osnowie ferrytycznej nazywane jest |eli- wem cigliwym czarnym, a o osnowie perlitycznej, |eliwem cigliwym perlitycznym. 3 Struktury odlewniczych stopów |elaza temperatura a) b) Rys.7. Struktura |eliwa cigliwego: a) czarnego, b) perlitycznego, x500 Zalet grafityzowania jest jednakowa struktura na przekroju nawet znacznej grubo[ci (rys. 7). {eliwo cigliwe czarne stosowane jest na odlewy nie wymagajce wikszej wytrzymaBo[ci, a przy tym tanie, jak cz[ci maszyn rolniczych, maszyn do szycia, artykuBów gospodarstwa domowego itp. {eliwo cigliwe perlityczne ma zastosowanie na cz[ci silniej ob- ci|one. a) Odwglanie polega na wy|arzaniu w 1000oC przez kilkadzie- sit godzin w atmosferze utleniajcej. W czasie wy|arzanie nast- puje grafityzacja oraz utlenianie wgla z powierzchniowej warstwy odlewu. W miar postpu procesu tworzy si gradient st|enia i wgiel z warstw podpowierzchniowych dyfunduje odrdzeniowo ulegajc dalszemu utlenianiu. Struktura |eliwa odwglonego zmie- nia si na przekroju (rys. 8). CaBkowite odwglenie obserwuje si b) na gBboko[ci 6 ÷ 8 mm od powierzchni  odpowiada mu struktura ferrytyczna (rys. 8a), przechodzca gBbiej w ferrytyczno- perlityczn (rys. 8b) i perlityczn z wglem |arzenia (rys. 8c) w rdzeniu. Dlatego odwglaniu nie poddaje si odlewów o grubo[ci powy|ej 12 mm. Z powodu jasnej barwy przeBomu caBkowicie od- wglonego, |eliwo takie nazywane jest |eliwem cigliwym biaBym. Dodatni cech tego rodzaju |eliwa jest dobra spawalno[, nato- c) miast jest gorzej skrawalne od |eliwa cigliwego czarnego, dlatego stosuje si je na cienko[cienne odlewy niezbyt mocno obci|one i nie wymagajce wikszej obróbki skrawaniem cz[ci maszyn, po- jazdów mechanicznych, artykuBów gospodarstwa domowego itp. Rys.8. Struktura |eliwa cigliwego biaBego, x500 {eliwa stopowe {eliwami stopowymi nazywa si |eliwa zawierajce dodatkowo pierwiastki takie jak chrom, ni- kiel, molibden, aluminium, tytan, wanad, miedz, wolfram, bor lub zwikszone ilo[ci krzemu i man- ganu. Dobór ww. pierwiastków oraz ich wzajemne stosunki ilo[ciowe decyduj o wBasno[ciach wytrzymaBo[ciowych, odporno[ci na [cieranie i dziaBanie [rodowisk korozyjnych oraz oddziaBywa- nie atmosfer utleniajcych w wysokich temperaturach. Polska Norma omawia 48 gatunków |eliw stopowych podzielonych wedBug wBa[ciwo[ci na trzy grupy: |eliwa stopowe |aroodporne, odporne na korozj i odporne na [cieranie. 4 Struktury odlewniczych stopów |elaza Rys.9. {eliwo stopowe chromowe odporne na [cieranie. Pow 100x i 500x Staliwo jest stopem |elaza z wglem (do ok. 1,5%) w stanie lanym, przeznaczonym na odlewy podlegajce du|ym obci|eniom dynamicznym. Klasyfikacja staliwa jest analogiczna jak stali. Staliwo ma du|y skurcz odlewniczy 1,6 do 2,1% (a staliwa stopowe czsto wikszy) i wymaga temperatury odlewania 1600 ÷ 1700oC. Z powodu du|ej gstopBynno[ci i du|ej jamy skurczowej formowanie odlewów staliwnych wymaga du|ych nadlewów i ukBadu wlewowego. Staliwa nisko- wglowe (<0,2%C) i niektóre wysokostopowe odznaczaj si zB lejno[ci. Struktura odlewów mo- |e zawiera wady: mikrorzadzizny, pknicia, pcherze itp. Ze zwikszeniem zawarto[ci wgla lejno[ staliwa poprawia si tak, |e odlewanie staliwa [rednio- i wysokowglowego nie nastrcza trudno[ci, a struktura odlewu pozbawiona jest wad. WBasno[ci fizyczne i chemiczne staliwa praktycznie nie Rm ró|ni si od wBasno[ci stali o takim samym skBadzie. % MPa WBasno[ci mechaniczne zale| gBównie od zawarto[ci Rm 510 wgla i s nieco mniejsze ni| w przypadku stali, zwBasz- 50 cza plastyczno[, natomiast wytrzymaBo[ na peBzanie 430 40 czsto jest wiksza. MaBa stosunkowo plastyczno[ sta- liwa wynika ze struktury dendrytycznej (segregacja C, P 30 Z i pierwiastków stopowych). Wad staliwa jest silny 20 340 A wpByw grubo[ci [cianki odlewu (szybko[ci krzepnicia) 10 50 100 150 mm na wBasno[ci mechaniczne, Ze wzrostem grubo[ci odle- grubo[ [cianki odlewu wu zmniejsza si zarówno Rm, A i Z, przy czym najsil- Rys.10. WpByw grubo[ci [cianki odlewu na niejszy spadek odpowiada grubo[ciom do ok. 75 mm wBasno[ci mechaniczne staliwa. (rys.10). WBasno[ci mechaniczne staliwa mo|na popra- wi obróbk ciepln: ujednorodnienie, normalizowanie, odpr|anie a tak|e hartowanie i odpuszczanie. Badanie struktury |eliw szarych, sferoidalnych i cigliwych Obserwacj mikrostruktury |eliwa nale|y przeprowadzi pod powikszeniem 100-500x, zale|- nie od rodzaju badania. Oceny struktury dokonuje si na podstawie okre[lenia cech gBównych skBadników struktural- nych omawianych |eliw tj.: grafitu i osnowy metalowej wg PN-/H-04661. Badanie grafitu na zgBadach nietrawionych obejmuje ocen: - ksztaBtu - wielko[ci wydzieleD - rozmieszczenia Ocen wielko[ci wydzieleD grafitu przeprowadza si na podstawie [redniej dBugo[ci lub [redni- cy trzech najwikszych wydzieleD w polu widzenia zgBadu i co najmniej w trzech miejscach na zgBadzie. Wyniki podaje si w mikrometrach. Badanie osnowy metalowej obejmuje: - rodzaj osnowy (powikszenie 500x) - ilo[ perlitu lub ferrytu w procentach (pow. 100x i co najmniej 3 miejsca na zgBadzie). 5 Struktury odlewniczych stopów |elaza wydBu|enie / przew|enie Badanie struktury |eliw biaBych Badanie struktury polega na opisie skBadników strukturalnych badanych stopów. Zgodnie z ukBadem równowagi Fe-Fe3C, w zale|no[ci od zawarto[ci wgla wyró|niamy |eliwa biaBe: Rodzaj |eliwa biaBego SkBadniki struktury podeutektyczne (poni|ej 4,3% C), perlit, ledeburyt przemieniony eutektyczne (4,3% C), ledeburyt przemieniony ledeburyt przemieniony, cementyt nadeutektyczne (powy|ej 4,3% C). pierwotny Badanie struktury staliw wglowych Badanie struktury polega na opisie skBadników strukturalnych badanych staliw. 2. PRZEBIEG WICZENIA 1) przygotowanie mikroskopu metalograficznego do badaD 2) obserwacj nie trawionych zgBadów próbek |eliwa szarego, celem oceny ksztaBtu, wielko[ci i rozmieszczenia wydzieleD grafitu, 3) narysowanie i opisanie zgodnie z Polsk Norm zaobserwowanych wydzieleD grafitu, 4) obserwacj wytrawionych zgBadów próbek |eliwa szarego, sferoidalnego i cigliwego, ce- lem oceny osnowy metalowej, 5) ocena obecno[ci wtrceD eutektyki fosforowej w |eliwach szarych, 6) narysowanie i opisanie zgodnie z Polsk Norm zaobserwowanych mikrostruktur 7) obserwacj, narysowanie i opisanie wytrawionych zgBadów próbek |eliwa biaBego 8) obserwacj, narysowanie i opisanie wytrawionych zgBadów próbek staliwa wglowego Sprawozdanie Sprawozdanie z wiczeD powinno zawiera 1. krótka charakterystyka badanych |eliw 2. opisane rysunki wydzieleD grafitu i mikrostruktur 3. wnioski 3. PYTANIA KONTROLNE 1. Definicja |eliwa, staliwa 2. PodziaB i zastosowanie |eliw 3. Posta wystpowania wgla i grafitu w |eliwach 4. WpByw struktury (rodzaju grafitu, osnowy metalowej) na wBasno[ci mechaniczne |eliw sza- rych 5. WpByw skBadu chemicznego na struktur |eliw 6. Rola fosforu w |eliwach szarych 7. Porównanie wBasno[ci mechanicznych staliw i stali 8. WpByw grubo[ci [cianki odlewu na wBasno[ci mechaniczne staliw SPIS LITERATURY 1. Podrzucki Cz., {eliwo, Wyd. ZG STOP, Kraków 1991 2. Prowans St., MateriaBoznawstwo, PWN, W-wa-PoznaD, 1977 3. Ciszewski A., Radomski T., Szummer A., Metalowe Tworzywa Konstrukcyjne, Wyd. Po- lit.Warszawskiej, W-wa 1993 4. Kosowski A., Metaloznawstwo Stopów Odlewniczych. Wyd.AGH, Kraków 1996. 5. PrzybyBowicz K., Metaloznawstwo. WNT, W-wa 1996. 6. WesoBowski K., Metaloznawstwo i Obróbka Cieplna. WNT, W-wa 1981. 6 Struktury odlewniczych stopów |elaza 7. Metaloznawstwo, praca zb. pod red. F.Stauba., Zlskie Wyd.Techn., Katowice 1994. 8. PN-75/H-04661 {eliwo szare, sferoidalne i cigliwe. Badania metalograficzne. Okre[lanie mikrostruktury. 9. PN-EN ISO 945:1999 {eliwo. Okre[lanie cech wydzieleD grafitu 10. PN-EN 1561:2000 {eliwo szare 11. PN-EN 1562:2000 {eliwo cigliwe 12. PN-EN 1563:2000 {eliwo sferoidalne 7 Struktury odlewniczych stopów |elaza

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
03 OdlewniczeStopyFe
modelarz odlewniczyr2[01] o1 03 n
modelarz odlewniczyr2[01] z1 03 n
modelarz odlewniczyr2[01] z1 03 u
modelarz odlewniczyr2[01] o1 03 u
863 03
ALL L130310?lass101
Mode 03 Chaos Mode
2009 03 Our 100Th Issue
jezyk ukrainski lekcja 03
DB Movie 03 Mysterious Adventures
Szkol Okres pracodawców 03 ochrona ppoż
Fakty nieznane , bo niebyłe Nasz Dziennik, 2011 03 16

więcej podobnych podstron