1.  Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem ćwiczenia jest poznanie struktur wybranych materiałów specjalnych i związków pomiędzy składem chemicznym, stanem, strukturą i właściwościami.

Zakres ćwiczenia obejmuje :

-          analizę struktur stopów stali specjalnych,

-          zapoznanie z rodzajami, strukturami i zastosowaniami stopów,

-          analizę struktur stopów łożyskowych.

2.  Opis stanowiska badawczego

Mikroskop metalograficzny.

Materiały :

-          próbki metalograficzne stali specjalnych : 1H13 , H17T – stan wyżarzony, 1H18N9T – stan przesycony, 1H18N9T – stan wyżarzony, 11G12 – stan lany,

-          próbki metalograficzne stopów łożyskowych : Ł83 , Ł16 , ŁCa , BO30.

3.  Przebieg realizacji eksperymentu

1.Wykonanie obserwacji mikroskopowej wytypowanych próbek.

2.Wykonanie rysunków badanych struktur.

3.Opisanie struktur.

4.  Prezentacja wyników badań.

Stale nierdzewne i kwasoodporne.

Przez stale kwasoodporne rozumiemy takie stale, które nie ulegają działaniu większości kwasów, przy czym miarą ich kwasoodporności jest zachowanie przez nie stałego ciężaru, mimo działania kwaśnego ośrodka. Ze względu na strukturę stale nierdzewne i kwasoodporne można podzielić na dwie grupy : chromowe o strukturze ferrytycznej i pokrewnych oraz chromowo-niklowe o strukturze austenitycznej, które mają największe znaczenie. Ważną cechą  stali nierdzewnych i kwasoodpornych jest odporność na korozję międzykrystaliczną. Zwiększenie odporności stali na korozję można osiągnąć przez :

-          zwiększenie jej potencjału elektrochemicznego na skutek wprowadzenia do niej obcego pierwiastka (np. około 13-14% chromu),

-          wytworzenie na powierzchni stali powłoki ochronnej.

Nazwa : H17T

Właściwości :

- kwasoodporna i nierdzewna,

- struktura ferrytyczna z wydzieleniami TiC oraz Cr23C6,

- ferryt gruboziarnisty,

- spawalna,

                                                                           Zastosowanie :

- cysterny,

- wymienniki cieplne,

- w przemyśle spożywczym, browarniczym, cukierniczym,

Powiększenie : x 63

Trawienie : Nital

Nazwa : 1H13

Właściwości :

- ferryt drobnoziarnisty,

- występują węgliki Cr23C6, Cr7C3

- stal nierdzewna w środowisku utleniającym,

- odporna na kwas azotowy,

- nieodporna na kwas solny,        

Zastosowanie :

- łopatki turbin parowych,

- artykuły gospodarstwa domowego związane z elementami spożywczymi, 

Powiększenie : x 250

                                                                           Trawienie : Nital

Nazwa : 1H18N9T (stan surowy)

Właściwości :

- struktura austenityczna,

- stal nierdzewna i kwasoodporna,

- nie odporna na korozję międzykrystaliczną,

- występują bliźniaki i węgliki,       

Zastosowanie :

- do dalszej obróbki (przesycania),

Powiększenie : x 250

                                                                           Trawienie : Nital

Nazwa : 1H18N9T (stan wyżarzony)

Właściwości :

- struktura austenityczna przesycona,

- odporna na korozję międzykrystaliczną,

- struktura drobnoziarnista,       

Zastosowanie :

- aparatura przemysłu chemicznego, lakierniczego, 

Powiększenie : x 63

                                                                           Trawienie : Nital

Stale o specjalnych właściwościach.

Specjalnymi właściwościami charakteryzuje się staliwo 11G12, znane pod nazwa staliwa Hadfielda. Staliwo to na skutek intensywnego utwardzania się pod wpływem zgniotu, jest praktycznie nie obrabialne narzędziami skrawającymi.

Nazwa : 11G12 (L110G12)

Właściwości :

- struktura austenityczna,

- nie jest obrabiane mechanicznie,

- obróbka przez odlewanie lub obróbka plastyczna w podwyższonej temperaturze,

- duża odporność na ścieranie,

- wzrost twardości w miarę skrawania,        

Zastosowanie :

- kraty w bankach, więzieniach,

-  łyżki koparek, spychaczy,

- części maszyn i urządzeń wymagających znacznej odporności na ścieranie, 

Powiększenie : x 63

                                                                           Trawienie : Nital

Stopy łożyskowe o osnowie cynowej i ołowiowej.

W stopach o osnowie cynowej zwanych babbitami , najważniejszymi składnikami sa antymon i miedź. Stopy te zawsze zawierają w strukturze fazę międzymetaliczną Cu6Sn5 w postaci igieł na tle roztworu stałego miedzi i antymonu w cynie. Jeżeli zawartość antymonu przekracza w stopie 7,5 % to w strukturze pojawia się nowa faza międzymetaliczna SnSb o kryształach w postaci prostych figur geometrycznych. Twardość faz Cu6Sn5 , SnSb , i roztworu a mają się do siebie jak 10 : 4 : 1. Miedź wprowadzona do stopu tworzy nie tylko twarde kryształy , ale przeciwdziała segregacji fazy SnSb.

W stopach łożyskowych ołowiowych najważniejszymi składnikami są cyna, antymon, miedź. Miedź w stopach tych tworzy fazę międzymetaliczną Cu2Sb, krystalizującą w postaci igieł.

Nazwa : Ł83 ( SnSb11Cu6 ), babbity

Właściwości :

- budowa struktury: fazę międzymetaliczną Cu6Sn5 , faza międzymetaliczna SnSb , roztworu a

- nacisk powierzchniowy 10 MPa, prędkość obwodowa 5 m/s,

                                                                     - twarda struktura,

      - zmniejszona segregacja fazy SnSb,        

Zastosowanie :

- panewki łożysk ślizgowych pracujące przy obciążeniu statycznym i dynamicznym oraz o dużym natężeniu i o znacznych szybkościach obwodowych, 

Powiększenie : x 63

Trawienie : Nital

Nazwa : Ł16 ( PbSn16Sb16Cu2)

Właściwości :

- nacisk powierzchniowy 10 MPa, prędkość obwodowa 1,5 m/s,

- budowa struktury: fazę międzymetaliczną Cu2Sb , faza międzymetaliczna SnSb, eutektyka (Pb + SnSb),

                                                                     - drobnoziarnista struktura,        

Zastosowanie :

- do wylewania panewek łożysk pracujących przy średnim natężeniu pracy i średnich lud dużych prędkościach obwodowych, Powiększenie : x 63

Trawienie : Nital

Nazwa : ŁCa ( PbCa2Na)

Właściwości :

- struktura składa się z twardych kryształów fazy międzymetalicznej Pb3Ca i miękkiej osnowy, będącej roztworem stałym Na w Pb,

                                                                     - trudno topliwy,

                                                                     - trudny do odlewania,

- duża skłonność Ca i Na do utleniania się       tlenem atmosferycznym,    

Zastosowanie :

- do wylewania panewek wagonowych i wolnoobrotowych silników elektrycznych,

Powiększenie : x 63

Trawienie : Nital

Brązy ołowiowe.

Techniczne znaczenie mają stopy należące do układu Cu-Pb, w których zawartość ołowiu nie przekracza 36 % (reszta Cu). Ołów z miedzią nie tworzy po stopieniu dla pewnych składów roztworu ciekłego , lecz mieszaninę dwóch faz ciekłych, a w stanie stałym ołów w miedzi i miedź w ołowiu nie rozpuszczają się prawie zupełnie, istnieje w tych stopach duża skłonność do likwacji ciężarowej , tym bardziej że występuje duża różnica w temperaturach krzepnięcia obu faz oraz w ich ciężarach właściwych.

Nazwa : BO30 ( CuPb 30)

Właściwości :

- Rm = 60 MPa, A5 = 4 MPa , HB = 250,(minimalne wartości)

- dobre własności przeciw cierne ,

                                                                     - największa przewodność cieplna,

      - znaczna wytrzymałość przy podwyższonych

        temperaturach,        

Zastosowanie :

- do wylewania panewek łożysk pracujących przy dużych szybkościach i małych naciskach powierzchniowych,

Powiększenie : x 63

Trawienie : Nital

5.Analiza i wnioski

    Dzięki obserwacji pod mikroskopem metalograficznym próbek , możemy zapoznać się z budową struktur stali specjalnych a także stopów łożyskowych oraz określić z jakich składników strukturalnych składa się dany materiał. Analizując każdą próbkę możemy stwierdzić jak budowa i  składniki strukturalne wpływają na właściwości poszczególnych materiałów oraz porównać je ze sobą . Dzięki temu możemy wybrać właściwy materiał  w zależności od przeznaczenia i warunków pracy naszej części lub urządzenia czyli ten , który jest najbardziej optymalny pod względem właściwości .