9. BADANIA MIKROSKOPOWE ŻELIW BIAŁYCH, SZARYCH I CIĄGLIWYCH.pdf

(952 KB) Pobierz
LABORATORIUM MATERIAŁOZNAWSTWA
Instrukcja do wiczenia nr 4
BADANIA MIKROSKOPOWE ELIW BIAŁYCH, SZARYCH I
CI GLIWYCH
Opracował: mgr in . Adam Kokoszkiewicz
1. Wprowadzenie
eliwo jest technicznym stopem elaza z w glem i innymi pierwiastkami zawieraj cym
ponad 2% w gla. eliwo w glowe zawiera praktycznie: 2,5-4,5% C oraz krzem, mangan,
fosfor i siark . eliwa stopowe zawieraj ponadto inne składniki stopowe, wprowadzone
celowo podczas procesu metalurgicznego, które w sposób decyduj cy wpływaj na
wła ciwo ci u ytkowe tego eliwa.
eliwo jest stopem kruchym i nie daje si obrabia plastycznie ani na zimno, ani na
gor co. Z uwagi na dobre wła ciwo ci odlewnicze, takie jak: dobra lejno , niewielka
skłonno do segregacji oraz stosunkowo niska temperatura topnienia, nadaje si ono dobrze
do wyrobu odlewów - tablica 1.
Zastosowanie eliw w glowych
l. ELIWA BIAŁE: na odlewy o du ej odporno ci na cieranie, np. na dysze do piaskownic.
- Utwardzone: walce do metali, walce mły skie i papiernicze, tarcze do młynków.
- eliwa ci gliwe: sprz t motoryzacyjny - obudowy: przekładni, mechanizmu
ró nicowego, rolki, tuleje, podkładki itp. Tabor komunikacyjny, cz ci hamulców,
opaski resorów, panewki ło ysk itp., armatura elektryczna, ł czniki do rur, cz ci
maszyn rolniczych, maszyn do szycia.
2. ELIWA SZARE:
- Zwykłe: cz ci maszyn nara one na obci enia zmienne, zdolne do tłumienia drga ,
takie jak: płyty fundamentowe, ło a, skrzynki biegów, stojaki, suporty, pier cienie
tłokowe, tuleje cylindrowe, bloki cylindrowe, głowice, tłoki, b bny hamulcowe, wały
korbowe.
- Jako ciowe: cz ci maszyn nara one na zmienne obci enia dynamiczne o znacznej
wytrzymało ci, takie jak: wały korbowe, koła z bate, g sienice ci gników, korpusy
pras, młotów, walcarek, korpusy i wirniki pomp, matryce do prasowania i tłoczenia,
głowice frezarskie.
3. ELIWA SFEROIDALNE: - cz ci maszyn nara one na znaczne obci enia zmienne i
odporne na cieranie, takie jak: wały korbowe, wałki rozrz dcze, cylindry, pier cienie
tłokowe, koła z bate, wrzeciona, korpusy, ruchome cz ci silników spalinowych i
spr arek, turbin, korpusy pras hydraulicznych itp.
eliwo jest wi c odlewniczym stopem elaza otrzymywanym przez wtórny przetop
surówki odlewniczej, złomu eliwnego i stalowego oraz elazostopów. Podstawowym
składnikiem stopowym, decyduj cym o wła ciwo ciach eliwa jest w giel. Mo e on
wyst powa
w
eliwie
w
formie zwi zanej
-
jako cementyt (Fe
3
C, układ metastabilny) lub
w
postaci wolnej
-
jako grafit (układ stabilny).
eliwa krzepn jako mieszaniny eutektyczne. Stop eutektyczny, o zawarto ci 4,3%C
w
temperaturze 1147°C jest mieszanin austenitu o zawarto ci 2% C i cementytu pierwotnego
(C
I
-
6,67%C). Mieszanina ta nazywa si ledeburytem. W zakresie temperatur 1147-723°C
rozpuszczalno w gla w austenicie maleje, za jego nadmiar wydziela si
w
formie
cementytu wtórnego (C
II
). W temperaturze
723°C
austenit mo e zawiera ju tylko 0,8% C i
ulega przemianie eutektoidalnej
w
mieszanin ferrytu i cementytu zwan perlitem.
Tablica 1
Rys. 1. Wykres układu elazo-w giel opisany strukturalnie
Eutektyka jest wi c w temperaturze otoczenia mieszanina perlitu i cementytu
pierwotnego i nazwana została ledeburytem przemienionym. eliwa podeutektyczne o
zawarto ci w gla w zakresie 2-4,3% cechuj si struktur składaj c si z perlitu, ledeburytu
przemienionego oraz cementytu wtórnego, za eliwa nadeutektyczne, struktur cementytu
pierwotnego i ledeburytu przemienionego.
eliwa dzieli si - w zale no ci od postaci wyst puj cego w nim w gla – na eliwa
białe, szare i połowiczne. Podział ten został dokonany na podstawie obserwacji przełomów
próbek eliwnych. Przełom eliwa, w którym w giel wyst puje w postaci cementytu jest
jasny i błyszcz cy, stad nazwano je eliwem białym. Obecno w eliwie grafitu jest
przyczyn szarej barwy przełomu i takie eliwo nazwano eliwem szarym. Natomiast
obecno w eliwie zarówno w gla w postaci zwi zanej jako cementytu pierwotnego, jak i w
postaci wolnej - grafitu, powoduje pstre zabarwienie przełomu i eliwo takie nazwano
połowicznym.
Rys. 2. Struktura eliwa w zale no ci od zawarto ci w gla i krzemu wg E. Maurera: Pole I –
eliwo białe, II – strefa przej ciowa, III – eliwo szare perlityczne, IV – strefa przej ciowa, V
– eliwo szare ferrytyczne
Otrzymywana w eliwach struktura i zwi zane z ta struktur wła ciwo ci nie s
jednoznacznie okre lone składem chemicznym eliwa, lecz zale równie od warunków w
jakich przebiega krzepni cie i stygni cie eliwa. W przypadku eliw w glowych np. wi ksza
szybko
chłodzenia podczas stygni cia oraz wi ksza zawarto
manganu sprzyjaj
powstawaniu struktury eliwa białego natomiast mniejsza szybko chłodzenia oraz wi ksza
zawarto w gla i krzemu - powstawaniu struktury eliwa szarego. Siarka w eliwie sprzyja
powstawaniu struktury eliwa białego, jednak e w wi kszo ci spotykanych eliw jest ona
wi zana przez mangan, z którym tworzy ju w k pieli ciekłej trwałe siarczki MnS o temp.
topnienia 1610°C. Fosfor w eliwie wyst puje w tak znacznych ilo ciach, e pomimo swej
cz ciowej rozpuszczalno ci w ferrycie tworzy zwi zek Fe
3
P.
Rys.3. Struktura eliwa w zale no ci od ł cznej zawarto ci w gla i krzemu oraz grubo ci
cianki odlewu wg F. Greinera i T. Klingensteina: Pole I - eliwo białe, II - eliwo pstre, III -
eliwo perlityczne, IV- eliwo perlityczno-ferrytyczne, V- eliwo ferrytyczne
W eliwach stopowych powstawaniu struktury eliwa białego sprzyjaj wszystkie
pierwiastki w glikotwórcze oraz aluminium w zakresie 12-17%, natomiast wydzielaniu w gla
w postaci grafitu sprzyjaj dodatki: aluminium w ilo ci do 10% lub powy ej 18%, krzemu,
magnezu oraz cz ciowo niklu i miedzi.
STRUKTURA I WŁA CIWO CI PODSTAWOWYCH ELIW W GLOWYCH
eliwa białe
Struktura eliwa białego jest zgodna z wykresem równowagi fazowej elazo-cementyt.
W zale no ci od zawarto ci w gla i wyst puj cych w eliwie w glowym dodatków
stopowych, wyró nia si
eliwa o strukturze podeutektycznej, eutektycznej lub
nadeutektycznej.
Znaj c skład chemiczny eliwa w glowego, mo na, uwzgl dniaj c wpływ pierwiastków
stopowych na zawarto w gla w eutektyce, okre li w przybli eniu struktur eliwa,
obliczaj c tzw. równowa nik w gla C
E
:
C
E
= (%C
całk.
) + 0,33 (%P) + 0,30 (%Si)
C
E
równe 4,3% oznacza eliwo eutektyczne, C
E
mniejsze od 4,3% oznacza eliwo
podeutektyczne, za C
E
wi ksze od 4,3% - eliwo nadeutektyczne. Podstawowymi
składnikami strukturalnymi eliw białych s :
- cementyt pierwotny,
- ledeburyt przemieniony,
- perlit.
Cementyt pierwotny wyst puje w eliwach nadeutektycznych w postaci białych ziarn,
jasnych igieł lub płytek w osnowie ledeburytu przemienionego.
Ledeburyt przemieniony wyst puj cy we wszystkich eliwach białych ma charakter
dendrytyczny, za przy przeci ciu zgładu prostopadle do ramion dendrytu, perlit wyst puje w
postaci ciemnych drobnych kropek. Charakter dendrytyczny nadaje strukturze ledeburytu
cementyt pierwotny. Ledeburyt jest składnikiem strukturalnym twardym (HB = 450) i
kruchym oraz trudno skrawalnym. Perlit wyst puje w eliwach podeutektycznych oraz w
ledeburycie przemienionym. W eliwach podeutektycznych ma on posta ciemnych obszarów
pomi dzy polami ledeburytu. Przy wi kszych powi kszeniach mo na zaobserwowa
płytkow budow perlitu.
Rys.4. Struktura eliwa białego podeutektycznego. Trawiona Nitalem, pow. 200x
eliwo białe jest stopem twardym i kruchym. Wysoka twardo i zwi zana z ni odporno
na cieranie, s wynikiem obecno ci w eliwie białym znacznej ilo ci cementytu.
Wytrzymało na rozci ganie eliwa białego jest niewielka, natomiast posiada znaczn (4-6
razy wi ksz ) wytrzymało na ciskanie. Czysty cementyt w zale no ci od wielko ci ziarn,
płytek lub igieł oraz od ilo ci rozpuszczonego w nim manganu wykazuje twardo
w granicach 700-840 HB. Ledeburyt przemieniony, zawieraj cy w swojej strukturze obok
cementytu pierwotnego równie perlit (lub bainit), posiada twardo w granicach 440-510HB,
w zale no ci od twardo ci cementytu pierwotnego oraz stopnia dyspersji cementytu w
perlicie. eliwa białe podeutektyczne wykazuj twardo w granicach od 280HB dla struktury
perlitycznej z cementytem wtórnym i ladami ledeburytu do ok. 450 HB - dla struktury
ledeburytycznej z niewielk ilo ci perlitu.
eliwo połowiczne
W eliwie połowicznym w giel wyst puje zarówno w formie zwi zanej - jako cementyt
pierwotny w ledeburycie, jak i w postaci wolnej jako grafit. Stad eliwo połowiczne posiada
najcz ciej struktur zło on z grafitu, perlitu i ledeburytu przemienionego. Struktur eliwa
połowicznego mo na spotka w odlewach z eliwa szarego zabielonych powierzchniowo w
celu zwi kszenia odporno ci powierzchni odlewu na cieranie. Struktura eliwa
połowicznego wyst puje wtedy w warstwie przej ciowej pomi dzy powierzchni o strukturze
eliwa białego, a rdzeniem o strukturze eliwa szarego.
Twardo
eliwa połowicznego waha si w granicach od ok. 240 HB do ok.400 HB.
Rys.5. Struktura eliwa białego nadeutektycznego. Trawiona Nitalem, pow. 200x
W eliwie szarym przewa aj ca ilo w gla wyst puje w postaci wolnej - grafitu.
Cementyt mo e wyst powa w perlicie lub te jako cementyt wtórny. Wła ciwo ci eliwa
szarego zale od ilo ci, wielko ci, postaci i rozmieszczenia grafitu oraz od rodzaju osnowy
metalicznej. Ze wzgl du na rodzaj osnowy eliwo szare dzieli si na:
- ferrytyczne,
- ferrytyczno-perlityczne,
- perlityczne.
Osnowa ferrytyczna posiada mniejsz twardo i wytrzymało na rozci ganie ni
osnowa perlityczna. O ile jednak twardo
eliwa szarego jest praktycznie twardo ci jego
osnowy metalicznej, o tyle wytrzymało
eliwa zale y jeszcze od rodzaju wyst puj cego w
eliwie szarym grafitu.
Rys. 6. Struktura eliwa połowicznego. Trawiona Nitalem, pow. 100x
Grafit posiada bardzo mała wytrzymało oraz niski moduł spr ysto ci, który jest
przyczyn wyst powania nieci gło ci w spr ystej osnowie metalicznej i dlatego eliwo szare
posiada zdolno tłumienia drga . Im wi cej grafitu w osnowie i im wi ksze s jego płatkowe
wydzielenia, tym zdolno do tłumienia drga jest lepsza. Grubopłatkowy grafit powoduje
jednak bardzo znaczne osłabienie osnowy metalicznej i jest przyczyn niskiej wytrzymało ci
takiego eliwa. Wzrost wytrzymało ci eliwa mo na uzyska przez rozdrobnienie wydziele
grafitu. Uzyskuje si to przez tzw. modyfikacj eliwa, polegaj ce na dodaniu podczas spustu

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin