Stopy żelaza z węglem

Transkrypt

1 WYKŁAD 7 Stopy żelaza z węglem Odmiany alotropowe Fe Fe α - odmiana alotropowa żelaza charakteryzująca się komórka sieciową A2, regularną przestrzennie centrowaną. Żelazo w odmianie alotropowej alfa występuje w temperaturach niższych od 912 O C oraz w temperaturach wyższych od 1394 O C, aż do stopienia w temperaturze 1538 O C. a = 0,286nm w temp. otoczenia a = 0,293nm w temp O C Komórka sieciowa Fe α Fe ϒ - Odmiana alotropowa żelaza charakteryzująca się komórka sieciową A1, regularną ściennie centrowaną, występuje w zakresie temperatur O C. a = 0,364 nm w temp. 912 O C Komórka sieciowa Fe ϒ Wpływ temperatury na typ i parametr komórki sieciowej

2 1538 temperatura krzepnięcia 1394 przemiana Fe α Fe ϒ 912 przemiana Fe ϒ Fe α 768 przemiana magnetyczna Przebieg stygnięcia Fe Przystanek temp. w 1534 O C wywołuje krystalizacja Fe, Przystanek temp. w 1390 O C wywołuje przemiana alotropowa Fe α Fe ϒ Przystanek temp. w 910 O C wywołuje przemiana alotropowa Fe ϒ Fe α Przystanek temp. w 910 O C wywołuje przemiana alotropowa Fe ϒ Fe α Przystanek temp. w 768 O C wywołuje przemiana magnetyczna Fe α, w wyniku której paramagnetyczne żelazo alfa staje się ferromagnetyczne

3 Stopy żelaza z węglem Wykres równowagi Fe-Fe 3 C z opisem fazowym

4 Fazy występujące w układzie Fe-Fe 3 C: Ferryt roztwór stały węgla w Fe α. Ferryt oznacza się literą α. W temperaturze otoczenia w żelazie α rozpuszcza się 0,008%C, w temperaturze eutektoidalnej, 723 O C, rozpuszcza się 0,023%C, w temp. przemiany perytektycznej, 1394 O C, rozpuszcza się 0,1%C. C Fe Komórka sieciowa ferrytu Austenit - roztwór stały węgla w Fe ϒ. Austenit oznacza się literąϒ. Austenit występuje w strukturze stopów Fe-C po nagrzaniu powyżej temperatury eutektoidalnej, tj. 723 O C. W temperaturze eutektycznej 1148 O C w żelazie ϒ rozpuszcza się maksymalna zawartośd węgla 2,11%C. Fe C Komórka sieciowa austenitu

5 Cementyt faza międzywęzłowa Fe 3 C jest to węglik żelaza o sieci rombowej, charakteryzującej się parametrami: a= 0,452 nm, b= 0,509 nm, c= 0,675 nm. Komórka sieciowa cementytu W jednej komórce sieciowej cementytu występuje 12 atomów żelaza i 4 atomy węgla. Cementyt zapisuje się wzorem Fe 3 C, który wyraża stosunek liczby atomów żelaza do liczby atomów węgla w komórce sieciowej. W % ciężarowych cementyt zawiera 6,67%C, natomiast w % atomowych 25%C, gdyż na 3 atomy żelaza w komórce sieciowej przypada 1 atom węgla. Krystalizacja stopów żelaza zawierających powyżej 4,3%C rozpoczyna się od powstawania kryształów cementytu. Cementyt krystalizujący z roztworu ciekłego nazywa się cementytem pierwotnym lub pierwszorzędowym Fe 3 C I. W stopach zawierających powyżej 0,8%C podczas chłodzenia, w zakresie temperatur O C z austenitu wydziela się nadmiar węgla w postaci cementytu. Ten cementyt nazywa się cementytem wtórnym lub drugorzędowy Fe 3 C II. W stopach zawierających powyżej 0,023%C podczas chłodzenia w zakresie temperaturowym 723 do temperatury otoczenia, w wyniku malejącej rozpuszczalności węgla w ferrycie, wydziela się jego nadmiar w postaci cementytu zwanego cementytem trzeciorzędowym Fe 3 C III.

6 Z opisem strukturalnym Opis strukturalny podaje nie tylko skład fazowy stopu, lecz dodatkowo charakteryzuje postad składników fazowych. W opisie strukturalnym, oprócz poznanych już faz występują ich mieszaniny: Ledeburyt mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu zawierająca 4,3%C. Ledeburyt występuje w strukturze stopów o stężeniu węgla przekraczającym 2,11% w zakresie temperatur O C, gdzie 1147 O C - temperatura eutektyczna, a 723 O C temperatura przemiany eutektoidalnej. Ledeburyt przemieniony -- mieszanina eutektyczna ferrytu i cementytu zawierająca 4,3%C. Ledeburyt przemieniony występuje w strukturze stopów o stężeniu węgla przekraczającym 2,11% poniżej tempery przemiany eutektoidalnej, 723 O C. Perlit - mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu o budowie naprzemianległych płytek. Perlit powstaje z austenitu zawierającego 0,8%C po jego przechłodzeniu poniżej temperatury przemiany eutektoidalnej, 723 O C. Perlit występuje w strukturze stopów o stężeniu węgla od 0,023 do 4,3%C.

7 Przegląd struktur stopów żelaza Struktura stopu zawierającego 0,02%C złożona z ziaren ferrytu Struktura stopu zawierającego 0,8%C złożona z ziaren perlitu Struktura stopu zawierającego 0,2%C złożona z ziaren ferrytu i perlitu Struktura stopu zawierającego 0,4%C złożona z ziaren ferrytu i perlitu Struktura stopu zawierającego 1,0%C złożona z ziaren perlitu otoczonych siatką cementytu drugorzędowego Struktura stopu zawierającego 3,0%C złożona z ziaren perlitu i ledeburytu przemienionego Struktura stopu zawierającego 4,3%C złożona ledeburytu przemienionego Struktura stopu zawierającego 5,5%C z cementytu pierwotnego o budowie płytkowej i ledeburytu przemienionego

8 Charakterystyczne temperatury i stężenia węgla w układzie Fe-Fe 3 C Temperatura [ O C] Przemiana 1538 Krystalizacja żelaza Fe α 1495 Przemiana perytektyczna α (0,10%C) + L (0,51%C) ϒ (0,16%C) 1394 Przemiana alotropowa Fe α Fe ϒ 1147 Przemiana eutektyczna L (4,3%C) Fe ϒ (2,11%C) + Fe 3 C 912 Przemiana alotropowa Fe ϒ Fe α 768 Przemiana magnetyczna Fe α 210 Przemiana magnetyczna Fe 3 C Stężenie węgla [%] Opis 0,008 Graniczna rozpuszczalnośd węgla w Fe α w temp. otoczenia 0,023 Graniczna rozpuszczalnośd węgla w Fe α w temp. 723 O C 0,10 Graniczna rozpuszczalnośd węgla w Fe α w temp O C 0,16 Stężenie węgla w stopie perytektycznym 0,51 Stężenie węgla w roztworze ciekłym w temp. przemiany perytektycznej 0,8 Stężenie węgla w perlicie (eutektoidzie) 2,11 Graniczna rozpuszczalnośd węgla w Fe ϒ w temp. przemiany eutektycznej 4,3 Stężenie węgla w ledeburycie (stopie eutektycznym) 6,67 Stężenie węgla w cementycie (Fe 3 C) Ćwiczenia na układzie Fe-Fe 3 C Dla stopów o stężeniu węgla: 0,015%; 0,12%; 0,16%; 0,25%; 0,6%; 0,8%; 1,5%; 3,0%; 4,3%; 5% należy: Narysowad przebiegi stygnięcia, Określid jakościowo strukturę równowagową w temp.: otoczenia; tuż poniżej 723 O C; tuż powyżej 723 O C; tuż poniżej 1147 O C, Określid ilościowo strukturę równowagową w temp.: otoczenia; tuż poniżej 723 O C; tuż powyżej 723 O C; tuż poniżej 1147 O C, Określid ilościowo skład fazowy w temp.: otoczenia; tuż poniżej 723 O C; tuż powyżej 723 O C; tuż poniżej 1147 O C. Przykładowe rozwiązania zamieszczono w załączniku do wykładu - 7