Badania mikroskopowe żeliw
1. Układ równowagi fazowej żelazo- cementyt i żelazo- grafit.
2,0 4,3 6,67 %C
Żeliwa są to stopy żelaza z węglem, zawierające od 2 do ok. 6 % węgla. Poza tym zawierają również inne pierwiastki oraz dodatki stopowe. Żeliwa otrzymuje się przez przetopienie surówki z domieszką złomu żeliwowego i stalowego w piecach szybowych- żeliwniakach płomiennych albo elektrycznych.
2. Rodzaje żeliw:
Żeliwa węglowe są to stopy żelaza z weglem, zawierające teoretycznie powyżej 2,06% C, a praktycznie 2,5-4,5%C. Poza tym żeliwa te podobnie jak stale zawsze zawierają pewne ilości krzemu, manganu, fosforu i siarki.. Większość żeliw odznacza się niską plastycznością. Węgiel w żeliwach może występować w dwóch postaciach:
- w stanie wolnym jako grafit
- w przestrzeni wiązanej w cementycie
Żeliwa węglowe dzielimy na:
· Żeliwo białe- cały węgiel występuje w połączeniu z żelazem w postaci cementytu Fe3C, dlatego też przełom tych żeliw jest jasny.
- podeutektyczne o zawartości 2- 4,3 % C (perlit, cementyt wtórny, ledeburyt przemieniony)
- eutektyczne o zawartości 4,3 % C (ledeburyt przemieniony)
- nadeutektyczne powyżej 4,3 % C (cementyt pierwotny na tle ledeburytu przemienionego)
Są one bardzo twarde i kruche i praktycznie nie skrawalne. Dlatego stosuje się je do
dalszego przerobu na żeliwa ciągliwe.
· Żeliwo szare- cały węgiel lub jego część występuje w postaci wolnej- grafitu, dlatego przełom tych żeli w jest matowoszary. Ilość węgla może się wahać od 0 do 4,3 % C. Mikrostruktura posiada nst składniki: osnowę metaliczną, grafit, eutektykę fosforową oraz wtrącenia niemetaliczne. Rozróżnia się cztery grupy żeliw szarych:
- ferrytyczne (ferryt i grafit)
- ferrytyczno- perlityczne (ferryt, perlit i grafit)
- nadeutektoidalne (perlit, cementyt wtórny i grafit)
Na powstawanie żeliwa szarego maja wpływ:
- dobór zawartości węgla
- obecność krzemu
- powolne chłodzenie
Pierwiastki zmniejszające proces grafityzacji:
- mangan i siarka
· Steadyt -potrójna eutektyka fosforowa- widoczna w nie wytrawionym żeliwie. Jest twardy i kruchy, a rozmieszany w żeliwie podnosi jego odporność na ścieranie
· Żeliwo modyfikowane- dodatki stopowe powodują rozdrobnienie grafitu. Modyfikatorem jest żelazo- krzem; wapnio- krzem; aluminium lub mieszanina tych składników nadające żeliwu wysokie własności wytrzymałościowe.
· Żeliwo sferoidalne- grafit ma zbliżony kształt do kulistego. Otrzymywane gdy doda się do ciekłego żeliwa ceru lub magnezu. Podstawowymi składnikami struktury osnowy metalicznej są perlit i ferryt lub ferrytyczno – perlityczna.
· Żeliwo ferrytyczne- z grafitem płatkowym.
· Żeliwo perlityczne- z grafitem płatkowym ale do 0,8 % C.
· Żeliwo ferrytyczno- perlityczne- z grafitem płatkowym- żeliwo handlowe.
· Żeliwo czarne- ciągliwe (struktura ferrytyczna), uzyskiwane z białego w wyniku wyżarzenia, w którym cementyt przechodzi w grafit żarzenia.
· Żeliwo białe- grafit wypala się w wyniku żarzenia- odwęgla się.
Żeliwa stopowe są to żeliwa zawierające dodatkowo pierwiastki takie jak nikiel, chrom, molibden, aluminium, tytan, wanad, miedź, wolfram, bor lub zwiększone ilości krzemu i manganu. Dobór tych składników oraz ich wzajemne stosunki iloścowe decydują o własnościach wytrzymałościowych żeliw stopowych, ich odporności na ścieranie i działanie środowisk korozyjnych oraz na oddziaływanie utleniających atmosfer w wysokich temperaturach. Żeliwa stopowe dzielimy na:
- żeliwa stopowe żaroodporne
- żeliwa stopowe odporne na korozję
- żeliwa stopowe odporne na ścieranie
3. Część zadaniowa
· Określić % zawartość składników strukturalnych żeliwa białego (%perlitu, % ledeburytu przemienionego, %Fe3C), gdy zawartość węgla wynosi
a) 4%C
0,8 4 4,3
%Lp(4-0,8)/(4,3-0,8)*100%=91%
P=9%
b) 5,4%C
4,3 5,4 6,67
%Fe3C=(5,4-4,3)/(6,67-4,3)*100%=46%
Lp=54%
· Określić % zawartości grafitu w żeliwach szarych o następujących zawartościach węgla i strukturze osnowy metalicznej
a) 3,5%C 30% perlitu + 70% ferrytu
%g=3,5-(30*0,8+70*0,008)=3,5-0,2456=3,2544
b) 5,2%C 93% perlitu i 7% Fe3C
5,2-(0,93*0,8+0,07*6,67)=5,2-1,2109=3,9891
· Wykorzystując graficzne zależności pomiędzy składem chemicznym, warunkami chłodzenia, a strukturą żeliw określ:
a) strukturę osnowy metalicznej odlewu o grubości ścianki 25mm wykonanego z żeliwa zawierającego 4%C i 1,25%Si
Żeliwo szare
b) przyjmując że gęstość ferrytu i perlitu 7,85g/cm3, a gęstość grafitu 2,3g/cm3, oblicz objetościowy udział grafitu w strukturze w % objętościowych.
%objgrafitu=[%cgrafitu*100%]:[0,293%cF,P+%cgrafitu]
4-(0,008*50%+0,8*50%)=3,6
(3,6/(0,293*96,4+3,6))*100%=11,6%
Na podstawie obserwacji mikroskopowych możemy poznać strukturę, a tym samym rodzaj żeliwa. Dzięki tym obserwacjom możemy określić objętościowy udział grafitu w strukturze, a przy pomocy obliczeń można określić ciężarowy udział grafitu w stopie.
mallo3