Charakterystyka składników - ŻELAZO Duże rozpowszechnienie w przyrodzie ok. 5% w skorupie ziemskiej. Rudy żelaza:

Transkrypt

1 WYKRES RÓWNOWAGI FAZOWEJ STOPÓW Fe -C Zakres tematyczny 1 Charakterystyka składników - ŻELAZO Duże rozpowszechnienie w przyrodzie ok. 5% w skorupie ziemskiej Rudy żelaza: MAGNETYT - Fe 3 O 4 (ok. 72% mas. Fe) HEMATYT Fe 2 O 3 (ok. 70%) LIMONIT - 2 Fe 2O 3 n H 2 O (< 52%) ) SYDERYT FeCO 3 (ok. 48%) 2 1

2 Charakterystyka składników - ŻELAZO Odmiany czystego żelaza: STREFOWO TOPIONE (<0,001% zanieczyszczeń) CHEMICZNIE CZYSTE otrzymywane na drodze redukcji tlenków (ok. 0,007%) ELEKTROLITICZNE (ok. 0,02%) KARBONYLKOWE (ok. 0,03%) CZYSTOŚĆ ARMCO otrzymywane na drodze metalurgicznej (ok. 0,1%) 3 Właściwości fizyczne czystego żelaza Metal przejściowy (gr. VIII liczba atomowa 26, liczba masowa 55,85) - (gęstość 7,87 g/cm 3 ). Metal polimorficzny Fe T < 912ºC, struktura A2 (a = 0,286 nm) Fe 912ºC < T < 1394ºC, struktura A1 (a = 0,365 nm) Fe 1394ºC < T < 1538ºC, struktura A2 (a = 0,293 nm) Fe duże wartości ciśnienia rzędu GPa, struktura A3 Zmiana energii swobodnej odmian alotropowych żelaza i wzależności od temperatury 4 2

3 Właściwości fizyczne czystego żelaza Temperatura topnienia T top = 1538ºC (temp. wrzenia > 3300ºC) Potencjał normalny - -0,44V Oporność właściwa m Właściwości mechaniczne Twardość HB R m = MPa R e = MPa A = % Z = % E ok. 210 GPa G ok. 82 GPa 5 Charakterystyka składników -WĘGIEL Pierwiastek niemetaliczny (gr. XIV l.a.6, liczba masowa 12,011) Pierwiastek polimorficzny grafit, diament, fulereny. Postać węgla w stopach żelaza: ea a wolna -GRAFIT (gęstość 2,09 2,23 g/cm 3 ): mała wytrzymałość (ok. 20 MPa) i twardość (1 1,5 w skali Mohsa); znaczna ścieralność. związana - CEMENTYT (Fe 3 C faza międzymetaliczna międzywęzłowa) (gęstość 7,68 g/cm 3 ): duża twardość ( HB) i kruchość. roztwór stały węgla w żelazie 6 3

4 Wykres równowagi stopów Fe - C (Fe - Fe 3 C) Układ Fe - C - STABILNY Układ Fe - Fe 3 C METASTABILNY (analiza szczegółowa) Przemiany A0,A1,A2,A3,A4 iacm 7 Wykres równowagi stopów Fe - C (Fe - Fe 3 C) Podział stopów Fe - C na podstawie układu równowagi fazowej PODEUTEKTOIDALN NE EUTEKTOIDALNE NADEUTEKTOIDALN NE PODEUTEKTYCZNE E EUTEKTYCZNE NADEUTEKTYCZNE E STALE I STALIWA SURÓWKI I ŻELIWA 8 4

5 Wykres równowagi stopów Fe - C (Fe - Fe 3 C) Mikrostruktura stopów Fe - C Fe 3 C ( III ) Fe 3 C ( II ) 100 Zawartość składnika mikrostruktury [%] 50 0 FERRYT PERLIT LEDEBURYT PRZEMIENIONY Fe 3 C ( I ) 9 FERRYT Roztwór stały międzywęzłowy węgla w żelazie sieć krystaliczna A2 (RPC) Mała rozpuszczalność węgla (średnica atomów węgla jest większaę od luk międzywęzłowychę ę y sieci krystalicznej żelaza) Właściwości zbliżone do czystego żelaza (mała zawartość węgla): Twardość 80 HB R m 300 MPa A 10 40% KC = ok. 180 J/cm 2 Występuje w mikrostrukturze stopów żelaza jako: oddzielny składnik (w stopach podeutektoidalnych), składnik perlitu i ledeburytu przemienionego. 10 5

6 AUSTENIT Roztwór stały międzywęzłowy węgla w żelazie sieć krystaliczna A1 (RSC) Znacznie większa rozpuszczalność węgla niż w przypadku ferrytu (kulisty kształt luk oktaedrycznych) Trwały powyżej temperatury A 1 Właściwości w temperaturze pokojowej (po wprowadzeniu pierwiastków tzw. austenitotwórczych np. Mn, Ni): Twardość 200 HB R m MPa R e 250 MPa A % KC = J/cm 2 11 AUSTENIT Znacznie większa rozpuszczalność węgla niż w przypadku ferrytu (kulisty kształt luk oktaedrycznych) Trwały powyżej temperatury A 1 Właściwości w temperaturze pokojowej (po wprowadzeniu pierwiastków tzw. austenitotwórczych np. Mn, Ni): Twardość 200 HB R m MPa R e 250 MPa A % KC = J/cm

7 PERLIT Mieszanina eutektoidalna (eutektoid) ferrytu nasyconego i cementytu Powstaje z austenitu o zawartości węgla 0,77% Zbudowany z na przemian ułożonych płytek ferrytu i cementytu (stosunek grubości 7:1) Właściwości mechaniczne perlitu zależą od jego dyspersji (tj. odległości pomiędzy płytkami) wzrost stopnia dyspersji powoduje zwiększenie właściwości mechanicznych: Składnik mikrostrukturalny stali i surówek podeutektycznych Twardość HB R m MPa R e 400 MPa A 10 8% KC 40 J/cm 2 13 LEDEBURYT Mieszanina eutektyczna austenitu nasyconego i cementytu Powstaje z roztworu ciekłego o zawartości węgla 4,3% Poniżej temperatury A 1 ulega przemianie w mieszaninę perlitu i cementytu (ledeburycznego) nazywaną ledeburytem przemienionym Duża twardość (ok. 450 HB) ikruchość 14 7

8 Literatura źródłowa: 1. Rudnik S.: Metaloznawstwo. PWN, Warszawa Dobrzański L. A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, Warszawa Smallman R. E., Bishop R. J.: Modern physical metallurgy and materials engineering. Science, process, applications. Reed Educational and Professional Publishing Ltd, Oxford 1999 Literatura uzupełniająca: Blicharski M.: Inżynieria materiałowa. Stal. WNT, Warszawa 2004 Dobrzański L. A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WNT, Warszawa 1999 Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa 1999 Ashby M. F., Jones R. H.: Materiały inżynierskie cz. I i II. WNT, Warszawa