Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

Transkrypt

1 Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotów Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach Identyfikacja materiałów konstrukcyjnych Ŝelaznych - Ŝeliwa Opracowała: mgr inŝ. Joanna Tuleja Zatwierdził: dr inŝ. Jarosław Chmiel Szczecin 2008

2 2

3 1. Wprowadzenie Stopy Ŝelaza naleŝą do najwaŝniejszej grupy materiałów konstrukcyjnych stosowanych przez człowieka. Wykorzystywane są od ok roku p.n.e. i prawdopodobnie jeszcze długo ten stan się nie zmieni. Przyczyny popularności tej grupy materiałów wynikają z: - powszechności występowania w skorupie ziemskiej Ŝelaza (ok. 4,5%) najczęściej w postaci tlenków z których we względnie łatwy sposób moŝna odzyskać Ŝelazo; - względnie niska temperatura topnienia Ŝelaza 1583 C umoŝliwia jego otrzymywanie w stanie ciekłym co jest szczególnie istotne przy formowaniu i kształtowaniu, niemoŝność wystąpienia dyfuzji w stanie stałym co powoduje, Ŝe właściwości stopów Ŝelaza w temperaturze otoczenia pozostają niezmienne; - stopy Ŝelaza charakteryzują się występowaniem przemian fazowych, efektem tego jest moŝliwość uzyskania materiałów konstrukcyjnych o bardzo róŝnorodnych właściwościach, które moŝemy dostosować do naszych potrzeb. Na dzień dzisiejszy ponad 90% materiałów metalicznych stosowanych przez człowieka stanowią stopy Ŝelaza. 2. Podstawowe pojęcia Podstawowymi składnikami materiałów metalicznych Ŝelaznych są: Ŝelazo; węgiel. Stopy Ŝelaza ze względu na zawartość węgla dzielimy na: staliwa i stale; Ŝeliwa i surówki. śeliwo - jest stopem Ŝelaza z węglem o zawartości węgla teoretycznie powyŝej 2%, praktycznie powyŝej 1,5%. W przemyśle krajowym z Ŝeliwa wykonuje się ponad 85% odlewów. Klasyfikacja żeliw Klasyfikacja Ŝeliwa jako podstawę przyjmuje strukturę stopu: w szczególności postać występowania węgla oraz kształt wydzieleń grafitu. Skład chemiczny ma znaczenie tylko w przypadku Ŝeliw o specjalnych właściwościach Ogólnie Ŝeliwa dzielimy na: - białe; - szare (zwykłe, modyfikowane, sferoidalne, ciągliwe); - stopowe. Ze względu na postać występowania węgla Ŝeliwa moŝemy podzielić na: - białe, węgiel w postaci cementytu; - szare, węgiel w postaci grafitu; - połowiczne (pstre lub nadperlityczne), węgiel występuje w postaci - grafitu i cementytu. Ze względu na rodzaj osnowy Ŝeliwa dzielimy na: - ferrytyczne; 3

4 - perlityczne, - ferrytyczno - perlityczne. Ogólne właściwości żeliw - dobra lejność, dzięki niskiej temperaturze topnienia i dobrej rzadkopłynności; - skurcz odlewniczy Ŝeliwa białego jest taki sam jak staliwa (1,6-2.1%), natomiast skurcz odlewniczy Ŝeliwa szarego jest bardzo mały 0,6-1,1%, ubytek objętości podczas krzepnięcia stopu jest rekompensowany przez wzrost objętości wskutek procesu grafityzacji; - skrawalność Ŝeliwa jest róŝna - białe są trudno skrawalne ze względu na bardzo wysoką twardość, szare dzięki wydzieleniom grafitu przerywającym osnowę metaliczną są dobrze skrawalne; - kruchość spowodowana obecnością cementytu w Ŝeliwie białym lub grafitu w Ŝeliwie szarym; - mała plastyczność i wraŝliwość na napręŝenia cieplne sprawia, Ŝe Ŝeliwa są trudnospawalne; - ok. 4 razy jest większa odporność Ŝeliw na przenoszenie obciąŝeń ściskających w porównaniu z rozciągającymi. Rodzaj Ŝeliwa Szare Białe Zalety - łatwość odlewania nawet skomplikowanych kształtów; - moŝliwość ograniczenia obróbki skrawaniem do minimum oraz dobra skrawalność; temperatur - dość dobra wytrzymałość, zbliŝona do stali nisko- lub średniowęglowych; - duŝa zdolność tłumienia drgań (5 razy większa niŝ stali); - duŝa odporność na ścieranie; - bardzo dobre własności ślizgowe - mała rozszerzalność cieplna (cechy 5 i 6 spowodowały masowe zastosowanie Ŝeliw w - jest bardzo twarde i odporne na ścieranie i zachowuje te cechy do przekraczających 400 C; - jest odporne chemicznie. 4

5 przemyśle motoryzacyjnym na cylindry, tłoki i pierścienie ślizgowe); - wyjątkowo mała wraŝliwość na działanie karbu; - niski koszt wytwarzania; - moŝliwość stosowania obróbki cieplnej. Wady - mała ciągliwość i udarność, - mała wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu z wytrzymałością na ściskanie, - mogą mieć niejednorodną strukturę zaleŝną od grubości ścianki; - mogą być porowate oraz zawierać rzadzizny i jamy skurczowe; - odlewy kokilowe cechują duŝe napręŝenia wewnętrzne dlatego powinny być odpręŝane. Zastosowanie ŁoŜa obrabiarek, skrzynie biegów, płyty fundamentowe silników, pierścienie tłokowe, tłoki, tuleje i bloki cylindrowe oraz panewki, ruszty, płyty i drzwi pieców, grzejniki c. o., wanny, zlewy, roŝna, naczynia kuchenne itp. - ze względu na duŝą twardość obróbka Ŝeliwa białego wymaga odpowiednich narzędzi np. węglików spiekanych; - Ze względu na własności Ŝeliwo białe ma ograniczone zastosowanie do odlewów odpornych na ścieranie nie wymagających większej obróbki skrawaniem; - konieczne jest utworzenie w jednym procesie produktu finalnego ze względu na trudności obróbkowe. Wykładziny i ślimaki mieszalników i przenośników materiałów sypkich, kule młynów, kulowych, klocki hamulcowe, walce hutnicze Czynniki wpływające na tworzenie się grafitu w Ŝeliwach Istotny wpływ na proces grafityzacji wywierają domieszki i zanieczyszczenia: - Si i P ułatwiają grafityzację; - Mn i S przeciwdziałają grafityzacji, powodują zabielenie Ŝeliwa.. Oprócz składu chemicznego na strukturę i własności Ŝeliw wpływa szybkość chłodzenia odlewów 3. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze strukturami róŝnych rodzajów Ŝeliw, ich własnościami, zastosowaniem i oznaczeniami 5

6 4. Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie polega na dokładnej obserwacji struktur róŝnych rodzajów Ŝeliw. Wykonujący ćwiczenie ma za zadanie zidentyfikować badane materiały i wskazać poszczególne elementy struktury analizowanych stopów 5. Sprawozdanie Sprawozdanie powinno zawierać: - definicje Ŝeliwa; - podstawowe sposoby klasyfikacji Ŝeliw, - rysunki mikrostruktur identyfikowanych Ŝeliw wraz z dokładnymi - opisami poszczególnych składników fazowych i strukturalnych; - wytyczne dotyczące oznaczania analizowanych grup materiałów; - przykłady zastosowania poszczególnych grup Ŝeliw. 6. Wymagania - Podstawowe pojęcia charakteryzujące Ŝeliwa - Sposoby klasyfikacji Ŝeliw. - Definicje składników fazowych i strukturalnych Ŝeliw. - Właściwości Ŝeliw. - Przykłady zastosowania Ŝeliw. 7. Literatura 1. Prowans St.: Materiałoznawstwo", PWN, Warszawa 1986 Blicharski M.: Wstęp do inŝynierii materiałowe/', WNT, Warszawa 2001 ( 2. Dobrzański L.A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach", WNT, Warszawa Topoliński T.: Materiałoznawstwo", WUATR, Bydgoszcz Domke W.: Vademecum materiałoznawstwa", WNT, Warszawa Przybyłowicz K. Metaloznawstwo 6