SKŁADNIKI
MIKROSTRUKTURALNE
STOPÓW ŻELAZA

WYKŁAD IV

ROZTWORY STAŁE

•

Żelazo występuje w dwóch odmianach

alotropowych:

▫do temperatury 912°C
▫oraz od temperatury 1394°C do temp.

topnienia 1538°C

•

Struktura krystaliczna żelaza jest regularna

przestrzennie centrowana (RPC, C12, A2)

•

Żelazo o takiej strukturze krystalicznej: to

żelazo α

•

Roztwory na osnowie żelaza α są nazywane

ferrytem i często oznaczane α

ROZTWORY STAŁE c.d.

•

W

zakresie

temp.912-1394°C

struktura

krystaliczna żelaza jest regularna ściennie
centrowana (RSC, CF4, A1)

•

Roztwory na osnowie żelaza o takiej strukturze
krystalicznej to: austenit i oznaczane γ, zaś
żelazo jest nazywane żelazem γ

•

W stopach żelaza zarówno w przypadku ferrytu
i austenitu występują dwa rodzaje roztworów:

▫ roztworów międzywęzłowe

▫ roztwory substytucyjne

STRUKTURA KRYSTALICZNA Fe
(żelaza)- WYMIARY LUK W
STRUKTURACH ŻELAZA

Struktura

krystaliczna

Fe

Rodzaj luki

Promień luki

Wyrażony przez

ułamek

promienia atomu

Fe

pm

RSC, cF4, A1

Oktaedryczna

0,414

52,6

Tetraedryczna

0,225

28,6

RPC, cI2, A2

Oktaedryczna

0,155

19,2

tetraedryczna

0,291

36,1

Promienie atomowe żelaza i pierwiastków tworzących z żelazem

roztwory międzywęzłowe są następujące: Fe-α-124pm, Fe-γ-

127pm, C-77pm, N-71 pm, B- 97 pm, H- 46 pm i O – 60 pm

ROZTWORY MIĘDZYWĘZŁOWE I
SUBSTYTUCYJNE

•

Pierwiastki takie jak: C, N, B, H i O tworzą z

żelazem α jak i γ roztwory międzywęzłowe

•

Roztwory substytucyjne tworzą pozostałe

pierwiastki jeżeli są rozpuszczalne w żelazie

•

Ułożenie atomów w strukturze krystalicznej

żelaza α jest luźniejsze niż w strukturze

krystalicznej żelaza γ

•

Stosunek objętości atomów do objętości w jakiej

się one znajdują nazywamy stopniem wypełnienia

przestrzeni przez atomy:

▫ w żelazie α=0,68
▫ w żelazie γ-0,74

RÓŻNICE W GĘSTOŚCI UŁOŻENIA
ATOMÓW W AUSTENICIE I
FERRYCIE

•

Powoduje, ze podczas przemiany żelaza γ o
większej gęstości w żelazo α o gęstości
mniejszej, wzrost objętości o ok. 1%

•

Ze względu na gęstsze ułożenie atomów w
austenicie niż w ferrycie- szybkość dyfuzji w
austenicie jest mniejsza niż w ferrycie w tej
samej temperaturze

•

Dla przykładu: współczynnik samodyfuzji
żelaza w Fe-α jest około 10

2

razy większy niż w

Fe-γ

POŁOŻENIE LUK W KOMÓRKACH
ELEMENTARNYCH ŻELAZA α

POŁOŻENIE LUK W KOMÓRKACH
ELEMENTARNYCH ŻELAZA γ

WNIOSKI

•

W obu rodzajach struktur krystalicznych żelaza
atomy pierwiastków tworzących roztwory
międzywęzłowe zajmują luki oktaedryczne

•

W żelazie γ luki oktaedryczne są symetryczne
(znajdujące się w nich atomy akładnika
rozpuszczonego powodują jedynie zmianę
objętości komórki)

•

W żelazie α luki oktaedryczne nie są
symetryczne (luka jest w jednym kierunku
znacznie mniejsza niż w dwóch pozostałych)

WNIOSKI c.d.:

•

Austenit stabilny w wysokiej temperaturze

charakteryzuje się względnie dużą

rozpuszczalnością węgla

•

Ferryt stabilny w niskiej i wysokiej

temperaturze charakteryzuje się znacznie

mniejszą rozpuszczalnością atomów

międzywęzłowych (ze względu na mniejsze

luki oktaedryczne między atomami żelaza w

strukturze krystalicznej ferrytu)

•

W temperaturze przemiany eutektoidalnej

(727°C) rozpuszczalność węgla w austenicie

jest 35 razy większa niż w ferrycie

WNIOSKI c.d.:

•

Duża różnica w rozpuszczalności oraz duże

zniekształcenie struktury krystalicznej RPC przez

atomy międzywęzłowe ma bardzo duże znaczenie

praktyczne

•

Podczas chłodzenia austenitu z temperatury jego

stabilności do temperatury, w której przestaje być

stabilny, tworzy się mechanizmem dyfuzyjnym

(ferryt staje się ubogi w węgiel oraz węgliki)

•

Znaczne różnice w rozpuszczalności węgla w

ferrycie i w austenicie oraz bardzo duże

umocnienie w roztworze ferrytu atomami węgla

są wykorzystane do zwiększenia wytrzymałości

stali przez obróbkę cieplną

DZIĘKUJĘ ZA

UWAGĘ