Ćwiczenia nr 4 stale stopowe i narzędziowe - Notatki - Materiałoznawstwo, Notatki z Materiały inżynieryjne

Pobierz Ćwiczenia nr 4 stale stopowe i narzędziowe - Notatki - Materiałoznawstwo i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity!

ĆWICZENIE NR 4

Stale stopowe i narzędziowe

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze stalami posiadającymi dodatki innych metali.

2. Wstęp

Stale stopowe są to stale, których skład chemiczny został celowo zmodyfikowany, w celu uzyskania pożądanych cech materiałowych. Modyfikacja polega na dodaniu do żelaza innych niż węgiel pierwiastków, z których najczęściej występujące to: chrom (Cr), mangan (Mn), nikiel (Ni), molibden (Mo), tytan (Ti) oraz inne. Zawartość tych pierwiastków wpływa na zmianę właściwości fizycznych, chemicznych oraz mechanicznych takich jak wytrzymałość, plastyczność, udarność, odporność na korozję oraz inne. Odpowiednio obierając pierwiastki i ich ilości możemy dowolnie modyfikować właściwości stali dostosowując ją do naszych potrzeb. Stale stopowe wyróżniamy wtedy, gdy zawartość dodatków przekracza wartości podane w tablicy nr 1. Wartości te przyjmuje się umownie i są one granicami, powyżej których wpływ danego pierwiastka na właściwości staje się zauważalny.

Maksymalna zawartość dodatków stopowych w stalach węglowych wg PN-57/H01000 [%] Mn Si Ni Cr W Co Cu Al Mo V Ti 0,8 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,1 0,05 0,05 0,

Stale stopowe głownie stosuje się po obróbce cieplnej, w celu uzyskania jak najlepszych właściwości, jakie powinna posiadać stal w warunkach jej pracy. Ze względu na znacznie wyższy koszt stali stopowych od węglowych, stosuje się je tam gdzie obróbka cieplna stali węglowych jest niewystarczająca do uzyskania odpowiednich cech charakterystycznych. Składniki stopowe dodawane są do stali w stanie ciekłym. Większość z nich ulega rozpuszczeniu, natomiast niewielka ilość przechodzi do żużlu tworząc nierozpuszczalne związki. W procesie krzepnięcia stali, dodatki stopowe pojawiają się w następujących postaciach:

• (^) w roztworze stałym z żelazem,
• w fazach międzywęzłowych – węglikach,
• w fazach międzymetalicznych z żelazem,
• we wtrąceniach niemetalicznych, jak: siarczki, tlenki, azotki,
• w postaci wolnej czystego pierwiastka.

3. Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie polegało na obserwacji przygotowanych próbek przy użyciu mikroskopu laboratoryjnego. Wszystkie próbki zostały poddane procesowi wyżarzania, szlifowania, polerowania a następnie wytrawiania 4% roztworem kwasu azotowego w alkoholu zwanym Nitalem. W roztworze tym ferryt trawi się na biało, cementyt praktycznie nie ulega trawieniu (pozostaje biały jaśniejszy niż ferryt – świecący), natomiast perlit ukazuje się w postaci swojej struktury płytek na przemian ułożonych warstw perlitu i ferrytu. Pozostałe dodatki stopowe są wyraźnie widoczne jako wtrącenia w ziarnach lub na ich pograniczu.

Stal szybkotnąca HSS (high speed steel) o dobrej ciągliwości, udarności i odporności na ścieranie. Stosowana na narzędzia narażone na skręcanie, do obróbki materiałów o ciągliwości i wytrzymałości powyżej 830 MPa takich jak rozwiertaki, narzędzia do nacinania gwintów, wiertła spiralne. Dodatkowo stale szybkotnące muszą być odporne na wysoką temperaturę, gdyż w miejscu skrawania może ona dochodzić do 650 0 C. W strukturze tej stali znajduje się wolfram, który nadaje jej żarowytrzymałość przez to, że hamuje procesy odpuszczania. Ponadto wolfram nadaje strukturze drobnoziarnistość. Obróbka cieplna stali szybkotnących polega na hartowaniu z temperatury ponad 1250^0 C. Tak wysoka temperatura jest uzasadniona tym, że austenit powinien być jak najbardziej nasycony węglem i składnikami stopowymi, jest to bowiem warunek konieczny do uzyskania dostatecznej żarowytrzymałości. Dostateczne rozpuszczenie składników stopowych ma skutek dobrego nasycenia otrzymanej po hartowaniu struktury martenzytycznej.

Rysunek 5 – powiększenie 500x

V.

Stal 18HGM (rys. 6)

Stal stopowa konstrukcyjna o zawartości węgla około 1,18%, chromu 0,8-1,1%, manganu 0,8-1,1% oraz 0,08-0,15% molibdenu. Stal ta przeznaczona jest do nawęglania powierzchniowego. Posiada wysoką twardość i odporność na ścieranie. Zawartość węgla poniżej 0,35% pozwala na uzyskanie wysokiej udarności. Dodatek manganu jest odpowiedzialny za dobrą spawalność. Stal po obróbce cieplnej posiada strukturę martenzytyczną.

Rysunek 6 – powiększenie 100x

VI. Stal ŁH15 (rys. 7)

Stal chromowa przeznaczona na łożyska toczne. Zawartość węgla 0,95-1,1%, chromu 1,5%, manganu 0,9-1,2%, krzemu 0,4-0,65%. Od stali tej wymaga się bardzo dużej odporności na ścieranie, twardości, odporności na zginanie i ściskanie a także utrzymywania stałych wymiarów w różnych warunkach pracy. Kolejnym warunkiem koniecznym jest duża czystość stopu, gdzie zawartość siarki i fosforu nie powinna przekraczać 0,02%. Stal łożyskowa powinna mieć bardzo równomierną strukturę z węglikami rozłożonymi wewnątrz ziaren z uniknięciem ich wytrąceń na granicach. Obróbka cieplna polega na hartowaniu z 840 0 C, chłodzeniu w oleju i wysokim odpuszczaniu w celu uzyskania struktury

martenzytycznej. Zbyt wysoka temperatura hartowania (około 1000 0 C) powoduje zbyt duże rozpuszczenie składników stopowych w austenicie, co skutkuje pojawieniem się austenitu szczątkowego. Stal o takiej strukturze ma za małą twardość i odporność na ścieranie.

Rysunek 7 – powiększenie 100x

VII.