ĆWICZENIE Nr 8. Laboratorium InŜynierii Materiałowej. Opracowali: dr inŝ. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka

Transkrypt

1 Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. inŝ. A. Weroński POLITECHNIKA LUBELSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY KATEDRA INśYNIERII MATERIAŁOWEJ Laboratorium InŜynierii Materiałowej ĆWICZENIE Nr 8 Opracowali: dr inŝ. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka I. Temat ćwiczenia: Struktury i właściwości stopów o szczególnych właściwościach. II. Cel ćwiczenia: Poznanie struktur stali i stopów o szczególnych właściwościach na podstawie obserwacji mikroskopowych, poszukiwanie związków między składem chemicznym a budową strukturalną i właściwościami stopów. III. WaŜniejsze pytania kontrolne: 1. Klasyfikacja stali i stopów o szczególnych właściwościach. 2. Główne pierwiastki stopowe i ich rola w stopach o szczególnych właściwościach. 3. Składniki strukturalne stali oraz ich właściwości. 4. RównowaŜniki chromu i niklu. 5. Wykres Schafflera. 6. Węgliki pierwiastków stopowych w stalach charakterystyka: rodzaje i właściwości, powstawanie, wpływ na właściwości stali. 7. Związki międzymetaliczne charakterystyka: rodzaje i właściwości, powstawanie, wpływ na właściwości stali. 8. Rodzaje korozji stali. 9. śaroodporność, czynniki wpływające na prędkość utleniania. 10. śarowytrzymałość, zjawisko pełzania, metody ograniczenia zjawiska pełzania. 11. Zastosowania stali i stopów o szczególnych właściwościach. IV. Literatura: 1. Blicharski M.: InŜynieria materiałowa. Stal. WNT, Warszawa Blicharski M.: Wstęp do inŝynierii materiałowej. WNT, Warszawa Dobrzański L. A.: Materiały inŝynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, Warszawa Dobrzański L. A.: Metalowe materiały inŝynierskie. WNT, Warszawa Łuksza J., Skołyszewski A., Witek F., Zachariasz W.: Druty ze stali i stopów specjalnych. WNT, Warszawa Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa Weroński A. (red.): Ćwiczenia laboratoryjne z inŝynierii materiałowej. Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin Politechnika Lubelska, Katedra InŜynierii Materiałowej, 1

2 V. Przebieg ćwiczenia: 1. Materiały i urządzenia do badań 1.1. Komplet zgładów metalograficznych 1.2. Mikroskop metalograficzny 1.3. Atlas struktur 1.4. Wyciągi z Polskich Norm Europejskich Norm: PNEN oznaczenia i skład chemiczny stali odpornych na korozję PNEN oznaczenia i skład chemiczny stali Ŝaroodpornych PNEN oznaczenia i skład chemiczny stali Ŝarowytrzymałych PNEN oznaczenia i skład chemiczny stali zaworowych 1.5. Wykres Schafflera 1.6. Wzór protokółu badań. 2. Przebieg badań Prowadzący zajęcia sprawdza znajomość problematyki badawczej. Po dopuszczeniu do wykonania ćwiczenia naleŝy wykonać następujące czynności: 2.1. Włączyć oświetlenie mikroskopu i sprawdzić jego działanie. Dobrać odpowiednie powiększenia 2.2. Dokonać przeglądu struktur wszystkich zgładów metalograficznych znajdujących się w komplecie i przeprowadzić ich identyfikację na podstawie atlasu struktur 2.3. Na podstawie składu chemicznego i wykresu Schafflera określić podstawowe struktury stali (uwzględnić zakres zawartości pierwiastków) oraz podać moŝliwe do utworzenia węgliki i związki międzymetaliczne 2.4. Dla stali odpornych na korozję określić odporność korozyjną na podstawie zaobserwowanej struktury i składników strukturalnych. 3. Opracowanie sprawozdania Sprawozdanie z przeprowadzonych badań powinno zawierać: 3.1. Cel badań, przedmiot badań 3.2. Rysunki obserwowanych mikrostruktur i ich opis 3.3. Analizę struktury w oparciu o wykres Schafflera oraz moŝliwości utworzenia węglików i faz międzymetalicznych 3.4. Wnioski dotyczące związków między składem chemicznym a budową strukturalną i właściwościami stali stopowych. Copyright by K. Pałka, H. Stupnicka, Lublin University of Technology,

3 Tablica 1: Stale odporne na korozję (wybór z PNEN 10088:1998) Lp. [MPa] [%] C Mn Si P S twardość Cr Ni Mo W V Co Cu Ti Al N Rm Re0,2 A5 1 X6CrNiTi12 0,7 0,04 0, , X6Cr13 12, X12Cr ,0 0,04 0, ,5 0, X20Cr , ,0 0,04 0,015 0, X29CrS13 0, ,0 1,0 0,04 0,32 0,25 13,5 6 X30Cr13 0,26 12, ,0 0,04 0, X39Cr13 0, ,42 14,5 8 X46Cr13 0, ,5 9 X50CrMoV15 0, ,0 0,2 10 X90CrMoV ,0 0,9 0, ,95 19,0 1, X70CrMo15 6 0, ,0 0,7 0,04 0,015 0,75 16,0 12 X6Cr17 16, X3CrTi17 0,05 16,0 4(C+N) X14CrMoS ,5 0, ,0 0, X3CrNb17 0,05 16, Nb = 12C 1, X105CrMo17 0,95 16,0 0, X6CrMoNb171 16,0 Politechnika Lubelska, Katedra InŜynierii Materiałowej, 3 1,4 Nb = 7(C+N)+ 1,0 18 X39CrMo171 0,33 15, ,0 0,04 0,015 0,45 1,0 1, X2CrTiNb18 0,03 Nb = 18,5 3C+0,3 1,0 20 X2CrMoTi182 0,025 17,0 1,8 4(C+N) ,0 0 0, X2CrMoTiS182 0,03 1,0 0,04 5 2,0 0,3 19,0 22 X2CrAlTi182 0,03 17,0 Ti=4(C+N)+ 1, ,1 23 X2CrNiN187 0,03 2,0 1,0 0,045 0,015 16,5 6, ,5 8,0 0, X2CrNi189 0,03 2,0 1,0 0,045 0,015 8,0 19, X5CrNi1810 0,07 2,0 1,0 0,045 0,015 17,0 8, , X10CrNi188 0,05 16,0 6, ,0 2,0 0,045 0, ,0 9, X6CrNiTi1810 2,0 1,0 0,045 0,015 17,0 9,0 5C ,0 12,0 0, X6CrNiNb1810 2,0 1,0 0,045 0,015 17,0 9, Nb = 10C 1, ,0 12, X2CrNi1911 0,03 2,0 1,0 0,045 0, ,0 12, X2CrNiMo ,03 2,0 1,0 0,045 0,015 16,5 2, ,5 13, X2CrNiMo ,03 2,0 1,0 0,045 0,015 16,5 11,0 2 18,5 3,0 0,22 32 X2CrNiMo ,03 2,0 1,0 0,045 0,015 13,0 3, ,5 16,0 4, X4CrNi1812 0,06 2,0 1,0 0,045 0,015 17,0 11, ,0 13, X1CrNi2521 0,02 2,0 0,25 0,025 0,01 24,0 20, , X1CrNiSi ,015 2,0 3,7 16, ,025 0, ,5 18,5 16,0 0, X2CrNiMoN ,03 2,0 1,0 0,045 0,015 16,5 2, ,5 12,0 0, X5CrNiMo ,07 2,0 1,0 0,045 0,015 16,5 2,0 18,5 13, X1CrNiMoN ,02 2,0 0,7 0,025 0,01 24,0 21,0 2, , X6CrNiMoNb ,0 1,0 0,045 0,015 16,5 1 2, Nb = 10C 1, ,5 13, X1NiCrMoCuN ,02 1,0 0,03 0,01 19,0 24,0 6, ,0 7,0 0, X3CrNiMo134 0,05 0,7 0,04 0,015 12,0 3,5 0,3 min

4 Lp. C Mn Si P S 42 X5CrNiCuNb164 0,07 0,7 0,04 0, X4CrNiMo1651 0,06 0,7 0,04 0, X7CrNiAl177 0,09 1,0 0,7 0,04 0, X2CrNiN234 0,03 2,0 1,0 0,035 0, X2CrNiMoN2574 0,03 2,0 1,0 0,035 0, X2CrNiMoCuN2563 0,03 2,0 0,7 0,035 0, X2CrNiMoCuWN2574 0,03 1,0 1,0 0,035 0,015 [MPa] [%] Cr Ni Mo W V Co Cu Ti Al N Rm Re0,2 A5 twardość 4,5 0,7 0, ,0 3,0 3, Nb= 5C 0,45 17,0 5,0 5, ,0 4,0 min ,0 6,0 0, ,0 6,5 0, ,8 3,5 0, ,0 5,5 0, ,0 6,0 3,0 0,2 8,0 4,5 24,0 5,5 2,7 1,0 5 7,5 4,0 0,3 24,0 6,0 3,0 0,2 8,0 4,0 1,0 1,0 0,3 Tablica 2: Stale Ŝaroodporne (wybór z PNEN :2005) Lp. Max [MPa] [%] temp. Mn pracy, C Si P S Cr Ni Mo Al N Rm Rp0,2 A5 twardość C 1 X10CrAlSi7 2 6,08,0 1, X10CrAlSi13 2 1,0 0,71,4 0,04 0,015 12,0 0, X10CrAlSi18 2 1,0 0,71,4 0,04 0,015 17,0 19,0 0, X10CrAlSi25 2 1,0 0,71,4 0,04 0,015 23,0 1, X18CrN28 50,2 5 29,0 0, X3CrAlTi182 0,04 7 X15CrNiSi254 0,2 2,0 0,04 0,015 8 X6CrNiSiNCe1910 0,04 1,0 1,02,0 0,045 0,015 9 X15CrNiSi2012 0,2 2,0 0,045 0, X9CrNiSiNCe ,05 2 1,0 1,4 0,045 0, X12CrNi ,0 1,0 0,045 0, X25CrMnNiN2597 0,20,3 8,0 1,0 0,045 0, X8CrNi2521 2,0 0,045 0, X15CrNiSi2521 0,2 2,0 0,045 0, X10NiCrAlTi ,0 1,0 0,03 0, X6NiCrNbCe3227 0,04 1,0 0,3 0,02 0,01 17 X12NiCrSi ,0 1,02,0 0,045 0, X10NiCrSi ,0 1,02,0 0,03 0, X10NiCrSiNb ,0 1,02,0 0,03 0, X6NiCrSiNCe3525 0,04 2,0 1, 0,04 0,015 17,0 24,5 26,5 20,0 19,0 21,0 20,0 28,0 24,0 1,72,1 Ti: 0,2+4(C +N) ,55, ,011,0 11,0 13,0 12,0 24,0 24,0 24,0 24,0 19,0 23,0 12,0 Ce: 0,03 20, Ce: 0,03 20, ,08,0 0,20,4 19,0 19,0 30,0 34,0 31,0 33,0 15,0 17,0 17,0 20,0 20,0 23,0 33,0 37,0 33,0 37,0 33,0 37,0 34,0 36, Nb: 1,0 0,025 Ti: 5 Ce: 0, Ce: 0,03 20, Copyright by K. Pałka, H. Stupnicka, Lublin University of Technology,

5 Tablica 3: Stale Ŝarowytrzymałe (wybór z PNEN 10302:2003) Lp. 1 X11CrMoWVNb911 2 X20CrMoWV121 3 X8CrNiNb X12CrNiWTiB X8CrNiMoVNb X6CrNiWNbN X8CrNiMoNb X6CrNiMoTiB X8CrCoNiMo X12CrCoNi X5NiCrAlTi X8NiCrAlTi3221 0,05 P S 0,02 0,01 [MPa] [%] [MPa] N Al Cr Mo Ni Nb V W Co B Rm Rp0,2 A C 0, ,24 0,04 0,07 5 0,04 0,04 0,04 0,04 0, ,03 Mn 0,3 0,3 Si 0,3 0,05 0,09 0,04 0,025 0,015 0,035 0,015 0,035 0,015 0,035 0,015 0,035 0,015 0,3 0,3 0,3 0,06 4 0,06 4 0,035 0,015 2,0 0,75 0,035 0,015 0,3 1,3 2,0 1,0 0,035 0,015 0,025 0,015 0,035 0,2 0,7 0,015 0,01 0,7 0,015 0,01 0,2 0,2 5 19,0 1,1 1,6 2,0 2,0 1,0 3,5 30,0 34,0 8,5 9,5 11,0 1 15,0 17,0 15,5 15,5 15,5 15,5 16,0 9,8 1 20,0 2 19,0 0,9 1,1 1,4 0,3 12,0 1 14,5 1 14,5 15,5 15,5 12,0 0,2 19,0 21,0 30,0 3 0,06 10C 0,0005 0,005 Ti=0,4 0,7 5 3,0 0,0015 0,006 10C 10C 10C Ti: 5C 0,2 0,75 5 Ti: 0,25 5 3,5 0,4 0,7 2,0 3,0 Cu: Cu 0,0015 0,006 5,0 7,0 18,5 21,0 0,005 0,015 Ti 0,2 8 0,25 0,2 0,9 1,1 0, R1/1000/t RZ/10000/t C C C Tablica 4: Stale zaworowe (wybór z PNEN 10090:2001) Lp. 1 X45CrSi93 2 X40CrSiMo102 3 X85CrMoV182 4 X55CrMnNiN208 5 X53CrMnNiNbN219 6 X50CrMnNiNbN219 7 X53CrMnNiN219 8 X33CrNiMnN238 9 X85CrMoV182 C twardość 0,4 0,45 0,9 0,48 8 0,45 5 0,48 8 0,28 0,38 0,9 Mn Si 2,7 3,3 2,0 3,0 P S 0,04 0,03 0,04 0,03 1,0 0,04 0,03 7,0 8,0 8,0 8,0 3,5 0,25 0,045 0,03 0,45 0,045 0,03 0,45 0,045 0,03 0,25 0,045 0,03 1,0 0,045 0,03 1,0 0,04 0,03 Cr Ni Mo W V Ti Al Nb Rm Rp0,2 A 8,0 9,5 1 16,5 18,5 19,5 2 20,0 20,0 20,0 24,0 16,5 18,5 2,75 3,25 4,5 3,5 5,5 3,25 4,5 7,0 9,0 1,3 2,0 0,3 2,0 0,3 0,2 0,4 C+ min 0,9 Nb+Ta: 2,03,0 Nb+Ta: 1,8 [MPa] [%] [MPa] ,38 0,4 0, Rm Rp0,2 RZ/10000/t Copyright by K. Pałka, H. Stupnicka, Lublin University of Technology,

6 Cr E = %Cr + 1,4 %Mo + %Si + %Nb + 2 %Ti Ni E = %Ni + 30 %C + %Mn + 30 %N Rys. 1: Wykres Schafflera [4] Politechnika Lubelska, Katedra InŜynierii Materiałowej, 6

7 Atlas struktur stali stopowych Mikrostruktura stali X12Cr13 po walcowaniu i wyŝarzaniu. Widoczne ziarna ferrytu z węglikami, duŝe zanieczyszczenie wtrąceniami niemetalicznymi. Trawiono nitalem, pow. 250x Mikrostruktura stali X20Cr13 po wyŝarzaniu. Jasne ziarna ferrytu i duŝa ilość węglików. Trawiono nitalem, pow. 250x Mikrostruktura stali X10CrTi25. Widoczne jasne ziarno ferrytu z węglikami oraz pasma wtrąceń niemetalicznych. Trawiono wodą królewską, pow. 250x Mikrostruktura stali Ŝaroodpornej X10CrAlSi25. Widoczna struktura ferrytyczna. Trawiono HFxHNO 3, pow. 150x Mikrostruktura stali X10CrNi188 po przesycaniu. Widoczne charakterystyczne ziarna austenitu z bliźniakami. Trawiono HFxHNO 3, pow. 250x Mikrostruktura stali X2CrNiMo17122 po przesycaniu. Widoczne charakterystyczne ziarna austenitu z bliźniakami. Trawiono wodą królewską, pow. 250x Politechnika Lubelska, Katedra InŜynierii Materiałowej, 7

8 Mikrostruktura stali X10CrNi188 po przeróbce plastycznej na zimno. Widoczne zniekształcone ziarna austenitu oraz pasma poślizgu. Trawiono wodą królewską, pow. 250x Mikrostruktura stali X2CrNi17122 po przeróbce plastycznej na zimno. Widoczne zniekształcone ziarna austenitu oraz pasma poślizgu. Trawiono wodą królewską, pow. 400x Mikrostruktura stali X2CrNiMo17122 po przesycaniu. Widoczne charakterystyczne ziarna austenitu z bliźniakami. Trawiono wodą królewską, pow. 1000x Mikrostruktura stali X2CrNiMo17122 po przeróbce plastycznej na zimno. Widoczne pasma poślizgu w ziarnach. Trawiono wodą królewską, pow. 600x Mikrostruktura stali X12Mn12 po walcowaniu i przesycaniu. Widoczne ziarna austenitu z bliźniakami rekrystalizacji. Trawiono HFxHNO 3, pow. 125x Mikrostruktura stellitu stop na bazie kobaltu. Widoczne kryształy roztworu stałego w osnowie stopowej. Trawiono wodą królewską, pow. 250x Copyright by K. Pałka, H. Stupnicka, Lublin University of Technology,