Exam 26 2017, questions and answers PDF

Preview

Summary

Download Exam 26 2017, questions and answers PDF

Description

ODMIANY ALOTROPOWE ŻELAZA → wykazują zdolność rozpuszczania węgla zależną od temperatury (maksymalna rozpuszczalność występuje w temperaturze przemian) Fe-a – rozpuszcza maksymalnie 0,0218% C w temperaturze przemiany eutektoidalnej 727*C, posiada sieć A1 – FERRYT Fe-a(d) – rozpuszcza maksymalnie 0,09%C w temperaturze przemiany perytektycznej 1495*C, posiada sieć A2 Fe-g – rozpuszcza maksymalnie 2,11 % C w temperaturze przemiany eutektycznej 1148*C, posiada sieć A1 – AUSTENIT

PRZEMIANY ZACHODZĄCE NA WYKRESIE FE-C → Perytektyczna (1495*C) d+ L → g → Eutektyczna (1148*C) L → g + Fe3C (LEDEBURYT) → Eutektoidalna (727*C) g → a + Fe3C (PERLIT) PODSTAWOWE SKŁADNIKI STRUKTURALNE WYSTĘPUJĄCE W UKŁADZIE FE-C → FERRYT • roztwór stały międzywęzłowy węgla w żelazie a • rozpuszczalność węgla nie przekracza 0,022% • występuje w stalach podeutektoidalnych * wchodzi w skład perlitu i ledeburytu przemienionego

→ AUSTENIT * roztwór stały międzywęzłowy węgla w żelazie g • maksymalna rozpuszczalność węgla wynosi 2,11% • poniżej temperatury 727*C ulega przemianie w perlit podczas przemiany eutektoidalnej

→ CEMENTYT • • • •

węglik żelaza Fe3C o strukturze rombowej zawiera 6,67% C ma własności metaliczne (ze względu na udział wiązania metalicznego) punkt Curie -210*C

a) Cementyt pierwotny – wydzielający się przy krzepnięciu stopów o zawartości 4,3-6,67 % C z roztworu ciekłego ubożejącego w węgiel w postaci grubych igieł b) Cementyt wtórny – wydzielający się z austenitu wskutek obniżenia się w nim rozpuszczalności węgla, może wydzielać się w postaci igieł, siatki- na granicach ziarn perlitu( jest jego składnikiem) c) Cementyt trzeciorzędowy- wydzielający się z ferrytu na skutek obniżania się w nim rozpuszczalności węgla wraz ze spadkiem temperatury

→ LEDEBURYT • • •

mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu powstaje z ciekłego roztworu o zawartości 4,3 % składnik strukturalny surówek białych

→ LEDEBURYT PRZEMIENIONY • •

ledeburyt występujący poniżej temperatury 727*C powstaje w wyniku przemiany austenitu ledeburycznego w perlit

→ PERLIT • • •

mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu powstaje w wyniku przemiany eutektoidalnej ( w temp. 727*C) zawiera 0,77 % C

KLASYFIKACJA STOPÓW UKŁADU FE- FE3C wg zawartości węgla i przeznaczenia a) STALE- zawierają poniżej 2,11% C, nie zawierają eutektyki ( ledeburytu), który należy do twardych i kruchych składników strukturalnych. Są przeznaczone do obróbki plastycznej. * stale podeutektoidalne- zawierają poniżej 0,77%C, mają strukturę ferrytyczno- perlityczną *stale eutektoidalne- zawierają 0,77% C, mają strukturę perlityczną *stale nadeutektoidalne- zawierają powyżej 0,77%C, mają strukturę złożoną z perlitu i cementytu b)SURÓWKI-zawierają powyżej 2,11% C. Ze względu na to, że w ich strukturze znajduje się ledeburyt, są stosowane wyłącznie jako stopy odlewnicze *surówki podeutektyczne- zawierają poniżej 4,3%C, mają one w strukturze perlit jako osobny składnik obok ledeburytu i cementytu wtórnego *surówki eutektyczne- zawierają 4,3%C, mają strukturę ledeburyczną *surówki nadeutektyczne- zawierają powyżej 4,3% C. Ich struktura składa się ledeburytu przemienionego i cementytu pierwotnego INTERPRETACJA WYKRESU FE-C → Stop o zawartości 0,1% C – STAL FERRYTYCZNA (0,008 – 0,17 % ) *Rozpoczynamy obniżanie temperatury cieczy metalicznej, dochodzimy do linii likwidus i w tym miejscu rozpoczyna się krystalizacja i wydzielają się kryształy ferrytu wysokotemperaturowego a(d) *Przy dalszym chłodzeniu dochodzimy do linii solidus (AH), następuje koniec krzepnięcia, następuje krzepnięcia, zanika ciecz i pozostaje tylko ferryt a(d) *Następnie dochodzimy do (HN) linii przemiany alotropowej, z ferrytu a(d) zaczynają wydzielać się kryształy austenitu. Koniec tej przemiany następuje na linii JN *Powstały austenit jest trwały aż do osiągnięcia linii GS, a po jej przekroczeniu powstają pierwsze zarodki ferrytu a * W miarę obniżenia temperatury ubywa austenitu i zwiększa się udział ferrytu a – z chwilą osiągnięcia punktu P *Ferryt jest maksymalnie nasycony węglem, w wyniku tego przy dalszym chłodzeniu nadmiar węgla wydziela się w postaci cementytu trzeciorzędowego * Struktura stopu w temperaturze pokojowej składa się z ferrytu z wydzieleniami cementytu trzeciorzędowego

→ Stop o zawartości 0,3%C – STAL PODEUEKTOIDALNA (0,17-0,53%) *Rozpoczynamy chłodzenie, po osiągnięciu linii likwidus rozpoczyna się krzepnięcie, z cieczy wydzielają się kryształy ferrytu wysokotemperaturowego a(d), których ilość wzrasta aż do osiągnięcia temperatury reakcji perytektycznej (1495*C) • W temperaturze 1495*C następuje reakcja perytektyczna L+ a(d) → g. Nadmiar cieczy w tym stopie decyduje o uzyskaniu mieszaniny cieczy i austenitu (g) * Z cieczy wydzielają się kryształy austenitu, aż do linii solidus. Poniżej tej linii występuje już tylko austenit * Dalsze chłodzenie do linii GS powoduje wydzielenie z austenitu- ferrytu a, równocześnie skład austenitu zmienia się w kierunku punktu S *Obniżając temperaturę dochodzimy do izotermy przemiany eutektoidalnej (727* C), następuje przemiana eutektoidalna austenitu w perlit * Poniżej temperatury (727*C) z przesyconego węglem ferrytu a wydziela się cementyt trzeciorzędowy * Struktura stopu w temperaturze pokojowej składa się z ferrytu, perlitu i cementytuIII

→ Stop o zawartości 1,5 %C – STAL NADEUTEKTOIDALNA(0,77-2,11%C) * Rozpoczynamy chłodzenie, po osiągnięciu linii likwidus, z cieczy wydziela się bezpośrednio austenit, którego ilość stopniowo wzrasta wraz z dalszym chłodzeniem * Kontynuując chłodzenie, dochodzimy do linii solidus, poniżej której występuje tylko austenit * Po ochłodzeniu do temperatury odpowiadającej linii początku wydzielania cementytu austenit uzyskuje pełne nasycenie węglem * W wyniku tego zaczynają wydzielać się z austenitu kryształy cementytu wtórnego, którego ilość wzrasta, aż do temperatury 727*C. Jednocześnie austenit zmienia swój skład wzdłuż linii początku wydzielania się cementytu wtórnego do temperatury 727*C * Kontynuując chłodzenie osiągamy położenie izotermy przemiany eutektoidalnej 727*C. Austenit ulega przemianie eutektoidalnej w perlit, a wydzielony uprzednio cementyt wtórny nie ulega zmianie * Struktura stopu po ochłodzeniu do temperatury pokojowej składa się z perlitu i cementytu wtórnego

→ Stop o zawartości 3,5%C – SURÓWKA PODEUTEKTYCZNA (2,11-4,3%C) *Rozpoczynamy chłodzenie, napotykamy na linię likwidus, która jest linią początku krzepnięcia, z cieczy zaczynają się wydzielać kryształy austenitu. Jednoczenie skład cieczy zmienia się do odpowiadającego punktu C (w temperaturze 1148*C) * Podczas dalszego chłodzenia dochodzimy do izotermy przemiany eutektycznej (1148* C), po osiągnięciu tej temperatury zachodzi przemiana eutektyczna L → g + Fe3C, to znaczy że z cieczy powstaje ledeburyt ( mieszanina eutektyczna złożona z austenitu i cementytuI ) *Podczas dalszego chłodzenia z przesyconego austenitu wydzielają się kryształy cementytu wtórnego, a skład austenitu dąży do punktu w temperaturze 727 *C *Przy dalszym chłodzeniu dochodzimy do izotermy przemiany eutektoidalnej (727*C). Austenit pierwotny (wydzielający się z cieczy) ulega przemianie eutektoidalnej w perlit * Również austenit wchodzący w skład ledeburytu zamienia się w perlit, w wyniku czego powstaje ledeburyt przemieniony * Poniżej temperatury 727*C struktura stopu składa się z perlitu, ledeburytu przemienionego, i cementytu wtórnego. Obniżanie temperatury stopu do temperatury pokojowej nie powoduje żadnych zmian strukturalnych

→ Stop o zawartości 4,3%C – SURÓWKA EUTEKTYCZNA *Rozpoczynamy chłodzenie i od razu znajdujemy się w punkcie eutektycznym. W wyniku przechłodzenia poniżej izotermy przemiany eutektycznej zachodzi przemiana eutektyczna, więc ciecz przemienia się w ledeburyt w temperaturze 1148*C *W temperaturze 1150* C w strukturze występują ciemne wydzielenia cementytu drugorzędowego * Kontynuując chłodzenie, dochodzimy do izotermy przemiany eutektoidalnej, zachodzi przemiana eutektoidalna, czyli przemiana austenitu pierwotnego w perlit. Austenit tworzący ledeburyt również ulega przemianie w perlit. W ten sposób powstaje ledeburyt przemieniony *Obniżając temperaturę, żadne przemiany fazowe już nie zachodzą i tak, w stopie o zawartości 4,3%C mamy ostatecznie ledeburyt przemieniony

→ Stop o zawartości 6%- SURÓWKA NADEUTEKTYCZNA ( 4,3-6,67%C) *Rozpoczynamy obniżanie temperatury i dochodzimy do linii likwidus, gdzie następuje krzepnięcie, zaczynają wydzielać się z cieczy kryształy cementytu pierwotnego. Nie cała ciecz uległa krystalizacji * W miarę dalszego chłodzenia ilość kryształów wzrasta, jednocześnie ciecz ubożeje w węgiel, aż do stężenia odpowiadającego w temperaturze 1148 *C. W tej temperaturze pozostała ciecz ulega przemianie eutektycznej i powstaje eutektyka g+Fe3C – zwana ledeburytem * Dalsze chłodzenie stopu, do izotermy przemiany eutektoidalnej, w temperaturze 727*C, wpływa na wydzielenia nadmiaru węgla z austenitu ledeburycznego w postaci cementytu wtórnego * W temperaturze przemiany eutektoidalnej (727*C) austenit przemiana się w perlit tworząc ledeburyt przemieniony * Poniżej temperatury przemiany eutektoidalnej strukturę stopu stanowi ledeburyt przemieniony i cementyt pierwotny ( z niewielkimi wydzieleniami cementytu trzeciorzędowego) * Stop nie ulega już dalszej zmianie podczas chłodzenia do temperatury pokojowej REGUŁA DŹWIGNI PRZYKŁAD

Obliczamy zawartość % austenitu w stopie o zawartości 2,5%C w temperaturze 1300*C %g =5-2,5 / 5-1,25= 0,66*100%=0,67*100%=67% %L=100%-67%=33% Odp: W temperaturze 1300* dla 2,5% C stop zawiera 67% austenitu i 33% cieczy

CO TO JEST STALIWO ? Staliwo- jest to stal w postaci lanej ( czyli odlana w formy odlewnicze), nie poddana obróbce plastycznej, o zawartości węgla do 2,1% , nie zawierające eutektyki. Ich właściwości zależą głównie od stężenia węgla. Ich głównymi własnościami jest m.in. dobra spawalność. Składnikami strukturalnymi w staliwie węglowy, jest ferryt i perlit.

CO TO JEST STAL ?

Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% , co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie. Stal, obok żelaza i węgla zawiera również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się głównie metale ( Cr, Ni, Mn, W, Mo, Cu, Ti). Pierwiastki tj. O, N, S oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu są nazywane zanieczyszczeniami . Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia- jest to stary proces, w nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie wysokiej jakości stal.

OGÓLNA KLASYFIKACJA STALI a)ze względu na skład chemiczny *niestopowe (niskowęglowe, średniowęglowe, wysokowęglowe) *stopowe(niskostopowe, średniostopowe, wysokowęglowe) *nierdzewne b)ze względu na jakość (przeznaczenie) *jakościowe *specjalne c)ze względu na zawartość węgla *podeutektoidalna *eutektoidalna *nadeutektoidalna

d)ze względu na stopień czystości *zwykłej *wyższej *najwyższej e)ze względu na zastosowanie *konstrukcyjna *narzędziowa *specjalna

STALE WĘGLOWE

→ nie są czystymi stopami żelaza z węglem → zawierają pewne ilości dodatków tj. Mn, Si, Al, które są wprowadzane w celu lepszego odtlenienia lub odsiarczenia stali → inne pierwiastki tj. P, S, O , H, N – pozostają w stali w nieznacznych ilościach, gdyż ich całkowite usunięcie byłoby bardzo kosztowne i nieopłacalne → niektóre pierwiastki dostają się do stali przypadkowo, najczęściej ze złomu (Ni, Cu, Cr) → podstawowym pierwiastkiem stopowym stali węglowych jest węgiel, który reguluje własności i zastosowanie stali ZASTOSOWANIE STALI WĘGLOWYCH * szyny kolejowe *ceowniki *teowniki *łańcuchy *koła zębate *wały korbowe *młotek *kosa *siekierka *brzytwa *gwóźdź *nożyce

PODZIAŁ STALI WĘGLOWYCH a) ze względu na zawartość węgla *niskowęglowe (powyżej 0,25%C) *średniowęglowe(0,25-0,6%C) *wysokowęglowe (powyżej 0,6%C)

b) ze względu na strukturę *ferrytyczne (ok.0,1%C) *ferrytyczno-perlityczna (powyżej 0,1% do 0,77% C) *perlityczna (0,77%C)

c) ze względu na przeznaczenie *konstrukcyjne *narzędziowe *specjalnego przeznaczenia KONSTRUKCYJNE *stale zwykłej jakości → należy do niej 6 gatunków, różniących się : -zawartością C -zawartością domieszek - własnościami -sposobem odtlenienia → zastosowanie: *kęsy *pręty *kształtowniki *odkuwki *blachy *stale niestopowe do utwardzania powierzchniowego i ulepszania cieplnego → przeznaczone do obróbki cieplnej ( nawęglanie i ulepszanie) → zawartość P i S nie przekracza 0,04% → Zastosowanie: *walcówki *pręty *kęsy *kęsiki walcowane na gorąco

NARZĘDZIOWE

→ zawierają powyżej 0,7% C → mają wysoką twardość → mała ciągliwość → duża odporność na ścieranie → po podgrzaniu, szybko stają się miękkie, co sprawia że są bezużyteczne → zastosowanie: *narzędzia tnące *przebijaki *narzędzia rolnicze * przecinaki *gwintowniki

WPŁYW WĘGLA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI STALI → podwyższenie stężenia węgla powoduje *zmniejszenie udziału ferrytu *zwiększenie udziału cementytu *podwyższenie twardości *większą wytrzymałość na rozciąganie *wyższą granicę plastyczności *zmniejszenie własności plastycznych i ciągliwych stali *podwyższenie współczynnik liniowej przepuszczalności cieplnej *mniejszą przewodność cieplną, co zwiększa natężenie cieplne i skłonność do pękania w czasie obróbki cieplnej *pogorszenie podatności stali na obróbkę plastyczną *obniżenie skrawalności

WPŁYW PIERWIASTKÓW STOPOWYCH NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI STALI → zwiększenie odporności na korozję – CHROM, NIKIEL(stale austenityczne), WANAD → zwiększenie wytrzymałości – CHROM, WOLFRAN, MOLIBDEN → zwiększenie hartowności – CHROM, MOLIBDEN → zwiększenie twardości – NIKIEL(stale perlityczne), WOLFRAN, MOLIBDEN, WANAD, KRZEM, MANGAN (stale perlityczne) → żarowytrzymałość- MOLIBDEN, KRZEM → zwiększenie drobnoziarnistości- WOLFRAN, WANAD → obniżenie temperatury przemiany austenitycznej- NIKIEL, MANGAN → obniżenie odporności na zużycie – KRZEM → wysoka odporność na ściskanie- MANGAN

STALE STOPOWE → stopy żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi dodawanymi celowo → wytwarzane są w celu uzyskania odpowiednich własności i zaspokojenia wymagań nowoczesnej techniki → dodawane pierwiastki stopowe mogą: *wpływać na zwiększenie wytrzymałości *zwiększać plastyczność *zmniejszać skłonność do wzrostu ziarna *zwiększać hartowność i ułatwiać obróbkę cieplną

PODZIAŁ STALI STOPOWYCH a) Konstrukcyjne → ich własności zależą od pierwiastków stopowych ( Cr, Mn, Si, Mo, Ni) → Ogólne zastosowanie: *budownictwo *budowa maszyn i urządzeń pracujących w temperaturze 25-300*C, w środowiskach o niewielkim działaniu korozyjnym

Podział stali stopowych konstrukcyjnych ~ niskostopowe ~ sprężynowe ~do nawęglania ~na łożyska toczna ~do ulepszania cieplnego ~do azotowania OPIS DWÓCH WYBRANYCH STALI STOPOWYCH KONSTRUKCYJNYCH DO ULEPSZANIA CIEPLNEGO → mają dużą wytrzymałość → są plastyczne → są odporne na pękanie przy obciążeniach dynamicznych → zastosowanie: *wały *koła zębate *sworznie *korbowody *śruby *trzonki → zawierają 0,25-0,5% C i dodatki stopowe, które mają na celu nadanie określonej hartowności → Stale zawierające Mn – Mangan ma wpływ na rozrost ziarn austenitu podczas hartownania i obniża ciągliwość stali (zastosowanie- wały, śruby) → Stale z dodatkiem Mn i Si- dodatek krzemu sprzyja drobnoziarnistości, oraz na zwiększenie granicy plastyczności (zastosowanie- części narażone na ścieranie) → Stale z dodatkiem Cr i Ni- charakteryzują się wysokimi własnościami wytrzymałościowymi oraz dużą udarnością i plastycznością → Stale z dodatkiem Cr, Ni i Mo- dodatek molibdenu powoduje zwiększenie hartowności i dodaje się go w celu pozbycia się tendencji do odpuszczania (zastosowanie- wały korbowe silników lotniczych, wały napędowe) → Obróbka cieplna : ~ hartowanie i wysokie odpuszczanie ~ temperatura odpuszczania 500-650*C – zwiększa się wraz ze wzrostem stężenie węgla ~ po ulepszaniu cieplnym, strukturę stali stanowi martenzyt wysoko odpuszczony

DO AZOTOWANIA → wysoka twardość → odporna na ścieranie warstwa wierzchnia → wytrzymały rdzeń → najpierw poddawane ulepszaniu cieplnemu, później azotowaniu → zastosowanie: *wały korbowe *korbowody *sworznie tłokowe *koła zębate *tuleje cylindrowe → mają drobny skład chemiczny, aby pierwiastki stopowe tworzyły dyspersyjne i twarde azotki (podczas azotowania) → zawierają dodatki stopowe tj; Cr, Mo, Al → Obróbka cieplna: *hartowanie i wysokie odpuszczanie, po którym następuje szlifowanie, kolejno azotowanie- w temperaturze niższej niż temperatura odpuszczania b) Narzędziowe Podział stali stopowych konstrukcyjnych: ~szybkotnące ~do pracy na gorąco ~do pracy na zimno OPIS DWÓCH WYBRANYCH STALI STOPOWYCH NARZEDZIOWYCH STALE SZYBKOTNĄCE → duża twardość → duża odporność na ścieranie w temperaturze ok.600*C → zawierają pierwiastki stopowe tj. Cr, W, Mo, V, Co → zastosowanie: *wieloostrzowe narzędzia skrawające *narzędzia wykrojnikowe *narzędzia do obróbki plastycznej na zimno i gorąco → Obróbka cieplna: *hartowanie i wysokie odpuszczanie *ze względu na małą przewodność cieplną, mogą pękać podczas hartowania *w czasie hartowania jest stosowane stopniowe podgrzewanie narzędzi do temperatury austenityzowania w kąpielach

STALE DO PRACY NA GORĄCO → wysoka twardość → duża wytrzymałość → duża odporność na ścieranie w wysokiej temperaturze pracy → stężenie węgla wynosi ok 0,3-0,6% → odporne na zmęczenie cieplne i obciążenia dynamiczne → zawierają pierwiastki stopowe: Cr, Mo, W, V → zastosowanie: *narzędzia pracujące w zakresie temperatur 250-700*C *narzędzia kuźnicze *narzędzia do wyciskania *formy do odlewania pod ciśnieniem *matryce pras kuźniczych *noże do cięcia na gorąco → Obróbka cieplna: *hartowanie i wysokie odpuszczanie *w celu zmniejszenia naprężeń stosuje się wielostopniowe nagrzewanie w temperaturze austenityzowania- w piecach z atmosferami ochronnymi c) O szczególnych właściwościach Podział stali stopowych o szczególnych właściwościach ~odporne na korozję ~ do pracy w podwyższonych temperaturach ~ żaroodporne ~żarowytrzymałe ~ zaworowe ~o szczególnych własnościach – fizycznych -magnetycznych OPIS DWÓCH WYBRANYCH STALI STOPOWYCH O SZCZEGÓLNYCH WŁASNOSCIACH DO PRACY W PODWYŻSZONYCH TEMPERATURACH (powyżej 600*C) → wysokie własności wytrzymałościowe i ciągliwe → zwiększają plastyczność → zawierają pierwiastki stopowe tj. Cr, Mo, V, W, Ti, Nb →zastosowanie :*walczaki kotłów parowych *rury kotłowe *turbiny parowe *zbiorniki ciśnieniowe ->Obróbka cieplna: normalizowanie i odprężanie N/O lub ulepszanie cieplne T

STALE ZAWOROWE → należą do grupy stali żarowytrzymałych → duża odporność na korozję w atmosferze spalin w temperaturze 750*C → duża twardość →odporność na ścieranie → zawierają 0,4-0,6%C → dodatkami stopowymi są :Cr, Ni lub Mo → stosowanie na zawory w silnikach → Obróbka cieplna:*hartowanie (1010-1060*C) i odpuszczanie (700-790*C) z chłodzeniem w wodzie *strukturę po ulepszaniu cieplnym stanowi martenzyt wysoko odpuszczony

ŻELIWA – ogólna charakterystyka → stopy odlewnicze na osnowie żelaza o zawartości 2-4,5% C → zawierają dodatki tj. Mn, Si → otrzymuje się je poprzez wytapianie surówki z dodatkiem złomu stalowego w żeliwiakach → znajdują zastosowanie w budowie maszyn i pojazdów

Własności żeliw •

dobre własności wytrzymałościowe

•

dobra skrawalność

•

dobra odporność na ścieranie

•

mała ciągliwość i udarność

•

łatwość odlewania

•

niska temperatura topnienia

•

niski koszt wyrobów

Rodzaje żeliw → ŻELIWO SZARE •

zawiera od 2 do 3,25% Si

•

węgiel występuje w postaci grafitu

•

może cechować się strukturą osnowy: perlityczną, ferrytyczną oraz ferrytyczno-perlityczną

•

ma niską wytrzymałość

•

jego twardość i wytrzymałość wzrasta ze wzrostem perlitu, lecz maleje wydłużenie