wpływ zaw. węgla na właściw. stali.doc

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wykazanie jak zawartość węgla wpływa na własności mechaniczne stali i na jej strukturę .

2. Stale węglowe.

Stosowane w praktyce stale węglowe nie są czystymi stopami żelaza z węglem, lecz zawierają pewne ilości dodatków, uwarunkowanych względami technologicznymi (np. mangan, krzem, aluminium), które są wprowadzane w celu lepszego odtlenienia lub odsiarczenia stali. Inne pierwiastki jak S, P, O, H, N pozostają w stali w nieznacznych ilościach, gdyż ich całkowite usunięcie byłoby bardzo kosztowne i nieopłacalne. Pomimo, że występują w małych ilościach, wywierają one jednak istotny wpływ na własności stali. Niektóre pierwiastki dostają się do stali przypadkowo, najczęściej ze złomu. Są to np. Ni, Cu, Cr, których ilość w stalach węglowych jest również ograniczona. Tak więc podstawowym pierwiastkiem stopowym stali węglowych jest węgiel, którym reguluje się własności stali i od zawartości którego zależy również ich zastosowanie. Zgodnie z normą PN--91/H-01010/03 stale węglowe dzieli się na 3 grupy: niskowęglowe (poniżej 0,25% C), średniowęglowe (0,25-0,6%C) i wysokowęglowe (powyżej 0,6% C).

              Wzrost zawartości węgla w stali powoduje zmniejszenie zawartości miękkiego składnika strukturalnego (ferrytu), a zwiększenie — twardego cementytu. W związku z tym własności wytrzymałościowe stali węgłowych zwiększają się ze wzrostem zawartości węgla, podczas gdy własności plastyczne maleją. Dlatego też stale z pierwszej grupy są stosowane przeważnie do nawęglania, na blachy tłoczne i konstrukcje spawane, stale z drugiej grupy jako konstrukcyjne, a trzeciej — jako narzędziowe.

Rys. Wpływ węgla na własności stali

         węglowych w stanie wyżarzonym.

3.      Przebieg ćwiczenia

Podczas ćwiczenia trzy otrzymane próbki ze stali węglowej poddaliśmy obróbce hartowania:

- próbka 1  (0,1%C)     (stal niskowęglowa);

- próbka 2  (0,4%C)     (stal średniowęglowa);

- próbka 3  (0,7%C)     (stal wysokowęglowa);

Po hartowaniu zbadaliśmy twardość próbek metodą Rockwella. Wyniki zamieszczono w tabeli.

Następnie próbki przygotowaliśmy do badań makroskopowych i oglądaliśmy struktury próbek pod mikroskopem.

Tab. Pomiar twardości próbek:

Struktury próbek:

Struktura ferrytyczna. Cały węgiel występuje w postaci niezwiązanej. Struktura składa się z wydzieleń węgla na tle osnowy ferrytycznej.

Próbka 1 (0,1%C)

Stal niskowęglowa

Struktura ferrytyczno- perlityczna. Część węgla jest związana w perlicie. Struktura złożona z wydzieleń węgla

na tle osnowy ferrytyczno- perlitycznej.

Próbka 2 (0,4%C)

Stal średniowęglowa

Struktura perlityczna. Większość węgla związana jest w postaci cementytu w perlicie.

Struktura składa się z wydzieleń węgla na tle osnowy perlitycznej.

Próbka 3 (0,7%C)

Stal wysokowęglowa

4.      Wnioski:

Jak wynika z naszych obserwacji i pomiaru twardości wraz ze zwiększeniem zawartości węgla w stali zmniejsza się zawartość miękkiego składnika strukturalnego jakim jest ferryt, a zwiększa się zawartość twardego cementytu wchodzącego w skład perlitu . W związku z tym własności wytrzymałościowe stali węgłowych zwiększają się ze wzrostem zawartości węgla, podczas gdy własności plastyczne maleją. Bardzo dobrze widać to na podstawie badań twardości (tabela). Dlatego też stale z pierwszej grupy są stosowane przeważnie do nawęglania, na blachy tłoczne i konstrukcje spawane, stale z drugiej grupy jako konstrukcyjne, a trzeciej — jako narzędziowe.

2