POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA Katedra Materiałoznawstwa Okrętowego i Oceanotechnicznego |
||||
Laboratorium z metaloznawstwa okrętowego |
||||
Ćwiczenie nr 10 |
Imię i Nazwisko Kamila - Weronika CHOJNACKA |
|||
Studia |
inżynierskie |
Grupa lab. Zarządzanie IA |
Data 08. 12. 99r. |
|
Temat ćwiczenia: Badania metalograficzne staliw węglowych i węglowo manganowych.
|
||||
Ocena .................... |
||||
Cel ćwiczenia. Metodyka. Własne wnioski.
Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia było poznanie charakterystycznych struktur staliw węglowych i węglowo manganowych w różnych stanach obróbki cieplnej oraz wpływu budowy strukturalnej na ich właściwości.
Metodyka.
Opis mikroskopu:
Ćwiczenie zostało wykonane na mikroskopie świetlnym. Był to mikroskop metalograficzny
z pionową osią optyczną, pracujący w świetle odbitym od powierzchni zgładu.
Opis próbek:
Próbki wycięte z badanej części. Jedna część próbki została wyszlifowana na papierach ściernych a następnie wypolerowana. Po uzyskaniu zgładu wolnego od rys próbka została zmyta wodą i alkoholem a następnie trawiona nitalem (Mi1Fe), co spowodowało ujawnienie się granicy ziaren.
Obserwacja próbek pod mikroskopem odbyła się w powiększeniu:
100x -dla określenia wielkości ziarna
500x - dla narysowania mikrostruktur
Składniki strukturalne.
Staliwo w stanie równowagi składa się w temperaturze otoczenia z ferrytu i cementytu. Fazy te mogą tworzyć mieszaninę eutektoidalną (perlit) albo niezależne składniki struktury (ferryt, cementyt drugo- i trzeciorzędowy). Przy znanych właściwościach ferrytu i cementytu możliwa jest orientacyjna ocena właściwości staliwa w zależności od zawartości w nim węgla. Przy zawartości do0,008 % C struktura staliwa będzie składać się tylko z ferrytu, który jest fazą miękką i ciągliwą. Staliwo o zawartości 0,008-0,025 % C ma strukturę ferrytyczną z utwardzającymi wydzieleniami cementytu trzeciorzędowego na płaszczyznach łatwego poślizgu. Przy zwiększającej się zawartości węgla w staliwie podeutektoidalnym pojawia się perlit. Udział perlitu wraz ze wzrostem zawartości węgla do C=0,77 % wzrasta do 100 %. Perlit ma właściwości mechaniczne pośrednie między miękkim i ciągliwym ferrytem i twardym cementytem.
Pow. : 500 x Trawienie: nitalem
Nr 1.
Opis zgładu:
wielkość ziarna: 9
brak struktury Widmanstattena
Pow. : 500 x Trawienie: nitalem
Nr 2.
Opis zgładu:
wielkość ziarna: 8
brak struktury Widmanstattena
Pow. : 500 x Trawienie: nitalem
Nr 3.
Opis zgładu:
wielkość ziarna: 7-9
struktura Widmanstattena: skala 3 wzorzec 4
struktura dendrytyczna
wydzielenia ferrytu w kształcie płytek wewnątrz
ziaren
Pow. : 500 x Trawienie: nitalem
Nr 4.
Opis zgładu:
wielkość ziarna: 10
brak struktury Widmanstattena
Pow. : 500 x Trawienie: nitalem
Nr 5.
Opis zgładu:
wielkość ziarna: 7-8
struktura Widmanstattena: skala 3 wzorzec 2
struktura dendrytyczna
4. Ilościowa analiza składu strukturalnego.
Próbka nr 1)
ferryt 60 %
perlit 40 %
Próbka nr 2)
ferryt 65 %
perlit 35 %
Próbka nr 3)
ferryt 25 %
perlit 75 %
Próbka nr 4)
ferryt 70 %
perlit 30 %
Próbka nr 5)
ferryt 40 %
perlit 60 %
Procentowa zawartość węgla.
W strukturze staliwa zbliżonej do stanu równowagi można w sposób zbliżony ocenić zawartość węgla z analizy ilościowej składu strukturalnego.
W strukturze staliwa na zgładzie p.% pola widzenia zajmuje perlit i f % ferryt. Przyjmując, z pominięciem niewielkiej ilości węgla w ferrycie, że zawartość węgla w perlicie wynosi 0,77 %, obliczamy zawartość węgla Xc dla staliwa:
Xc = (p.% * 0,77) / 100 [%]
Próbka 1)
Xc = (40 * 0,77) / 100 = 0,31 %
Próbka 2)
Xc = (35 * 0,77) / 100 = 0,27 %
Próbka 3)
Xc = (75 * 0,77) / 100 = 0,58 %
Próbka 4)
Xc = (30 * 0,77) / 100 = 0,23 %
Próbka 5)
Xc = (60 * 0,77) / 100 = 0,5 %
Charakterystyka właściwości wytrzymałościowych i plastycznych staliwa.
Rm ZA
[MPa] [%]
Rm
600 60
500 50
400 40
300 30
200 Z 20
100 A5 10
0 0
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Wykres przedstawia zależność właściwości mechanicznych staliwa węglowego od zawartości węgla.
Właściwości mechaniczne perlitu zależą od postaci, w której występuje cementyt, a szczególnie twardość perlitu zależy od grubości płytek cementytu eutektoidalnego, tzn. od jego dyspersji. Im większa dyspersja perlitu, tym jego twardość wyższa.
Perlit z cementytem kulkowym w stosunku do perlitu z cementytem płytkowym ma niższe właściwości wytrzymałościowe (Rm, HB), wyższe właściwości plastyczne (A5, Z) i lepszą obrabialność.
Wpływ dodatków stopowych na strukturę i właściwości staliwa.
Staliwa węglowe oprócz węgla zawierają mangan ( do odtleniania i odsiarczania ), fosfor, siarkę, tlen, wodór, azot. Fosfor i siarka są zanieczyszczeniami. Pierwiastki stopowe oraz zanieczyszczenia w staliwie, pod względem postaci ich występowania, można podzielić na dwie grupy:
rozpuszczające się w fazach występujących w staliwie i niewidoczne pod mikroskopem
nie rozpuszczające się w fazach i tworzące odrębne fazy (wtrącenia niemetaliczne), np. siarczki, tlenki, azotki, krzemiany
Właściwości mechaniczne zależą nie tylko od struktury, ale i od kształtu i wielkości wtrąceń niemetalicznych.
Wtrącenia niemetaliczne posiadają minimalną wytrzymałość, ponadto osłabiają spoistość staliwa wydzielając się na granicach ziaren oraz działając, ze względu na swój kształt, jak mikrokarby.
8. Zastosowanie staliwa.
W okrętownictwie staliwo stosuje się na części maszyn i mechanizmów okrętowych oraz na niektóre części kadłuba. Na statkach wykonywane są często ze staliwa tylnice, kotwice, śruby okrętowe, elementy łańcuchów, krążki do lin, elementy armatury, korpusy maszyn i mechanizmów, wyporniki linii wałów itd.
W oceanotechnice staliwo stosowane jest na elementy spawane konstrukcji nośnych platform wiertniczych oraz na elementy wyposażenia, części maszyn i mechanizmów, części armatury, ramy fundamentowe, pokrywy, tuleje, korpusy łożysk, kadłuby przekładni, podstawy wind itd.
Analiza.
Lp. |
Rm [MPa] |
A5 [%] |
Z [%] |
KV [J] |
Xc [%] |
1 |
500 |
19 |
26 |
16 |
0,31 |
2 |
470 |
20 |
28 |
18 |
0,27 |
3 |
650 |
12 |
18 |
8 |
0,58 |
4 |
450 |
21 |
29 |
19 |
0,23 |
5 |
600 |
13 |
20 |
10 |
0,5 |
Tabela przedstawia podsumowanie właściwości mechanicznych w zależności od zawartości węgla.
Wnioski.
Struktura i właściwości staliwa zależą od:
zawartości węgla ( im więcej tego pierwiastka tym większe właściwości wytrzymałościowe i mniejsze plastyczne)
ilości i kształtu wtrąceń niemetalicznych (ich nasilenie osłabia wytrzymałość staliwa)
Struktura Widmanstattena jest niepożądana, gdyż wpływa ujemnie na właściwości plastyczne i udarność staliwa (próbki 3 i 5)
5
1