Układ równowagi fazowej żelazo-

cementyt (Fe-Fe3C)

Ferryt α
+Perlit

Fe – Fe

3

C

1000

1200

1400

1600

200

400

600

800

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

6,0 6,5

Zawartość C%

Tem

per

atur

a

[

o

C

]

Fer

ry

t

α

Per

lit

Led

eb

u

ryt

p

rz

em

ien

ion

y

Ceme

n

ty

t

Fe

3

C

0,008

Ledeburyt
przemieniony +
Fe

3

C

I

Led

eb

u

ryt

Perlit + Fe

3

C

II

+

ledeburyt
przemieniony

Perlit +
Fe

3

C

II

Ferryt α
+ Fe

3

C

III

Austenit γ

Austenit γ + Ferryt α

Austenit γ
+ Fe

3

C

II

Austenit γ + ledeburyt+
Fe

3

C

II

ledeburyt+ Fe

3

C

I

Fe

3

C

I

+ciecz

ciecz

Austenit γ + ciecz

Ferryt α

[δ]

+

Austenit γ

Ferr

yt

α

[δ

]

Ciecz + Ferryt α [δ]

6,67

727

o

C

1148

o

C

912

1394

1495

1538

A

B

E

C

D

F

K

S

G

P

Q

J

N

H

3

©2003

B

ro

oks

/C

ol

e,

a

di

vi

si

on

o

f

T

ho

m

so

n

L

ea

rn

in

g,

I

nc

.

T

ho

m

so

n

L

ea

rn

in

g

™

i

s

a

tr

ade

m

ar

k

us

ed

h

er

ei

n

un

de

r

li

ce

n

se

.

Figure 11.15 The Fe-Fe

3

C phase

diagram ( a portion of the Fe-C
diagram). The vertical line at
6.67% C is the stoichiometric
compound Fe

3

C.

Temperatura topnienia żelaza wynosi 1539°C.
Znane są dwie odmiany alotropowe: odmiana



i



. Odmiana

Fe



istnieje przy temperaturze niższej od 912°C oraz w wyższej niż 1394°C.

W zakresie temperatur 1394

°C do 1539°C żelazo występuje jako Fe



(



).

Żelazo



ma

sieć elementarną o parametrze a=2,8606A. Do temperatury

786

°C żelazo



jest magnetyczne (ferromagnetyczne). Temperaturę punktu

przemiany magnetycznej (768

°C - utrata właściwości magnetycznych)

nazywa się temperaturą Curie i oznacza A

2

; żelazo Fe



(



) jest

paramagnetyczne.

Żelazo technicznie czyste ma przenikalność magnetyczną



max

= 5000-10000

Hc

/E, siłę koercji Hc - 0.5-1. Gęstość żelaza



= 7.68 g/cm

3

. Współczynnik

rozszerzalności liniowej wynosi 11,7x10

-6

°C

-1

.

W temperaturach między 912



1394

°C istnieje odmiana żelaza



, która jest

paramagnetyczna. Temperaturę przemiany żelaza



-



przy 912



C oznacza

się odpowiednio przy nagrzewaniu Ac

3

i przy chłodzeniu Ar

3

, a przemianę

przy 1394

°C oznacza się odpowiednio Ac

4

(nagrzewanie) i Ar

4

(chłodzenie).

Żelazo



ma

sieć elementarną RSC o parametrze a=3,645A przy

temperaturze 912

°C. Gęstość żelaza



(jest większa od żelaza



) i wynosi 8,0

do 8,1 g/cm

3

.

Fazy występujące w układzie równowagi Fe-Fe

3

C to:

roztwór ciekły węgla w żelazie - L,
roztwór stały węgla w żelazie



- ferryt,

roztwór stały węgla w żelazie



- austenit,

faza międzymetaliczna Fe

3

C - cementyt (metastabilna).

W układzie stabilnym poza tym występuje grafit.

W stanie

stałym układu równowagi wyróżniamy fazy

Ferryt -

międzywęzłowy stały roztwór graniczny

węgla w żelazie



o sieci RPC.

Wyróżniamy ferryt

niskotemperaturowy o

rozpuszczalności do 0,025% C

oraz ferryt wysokotemperaturowy o

rozpuszczalności

do 0,1% C.

Właściwości mechaniczne ferrytu zależą

od

ilości rozpuszczonego w nim węgla. Przy

zawartości węgla około 0,008% C właściwości są
następujące:
R

0.2

= 117 MPa,

R

m

= 245 MPa,

A

5

= 50%

Z = 80%
HB = 80-90

Austenit -

międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie



o strukturze RSC.

Graniczna

rozpuszczalność węgla w odmianie żelaza



wynosi 2,14% C.

Atomy

węgla rozmieszczają się w środku sieci oraz w miejscach błędów

budowy.

Właściwości austenitu można przyjąć jako równe:

R

m

= 700



800 MPa

A

5

= 40



60%

HB = 180



230

Cementyt - faza

międzymetaliczna Fe

3

C

(węglik żelaza). Cementyt zawiera

6,67% C. Cementyt krystalizuje w

złożonej rombowej sieci o zwartym

ułożeniu atomów. Temperaturę topnienia cementytu przyjmuje się jako
równą 1252°C. Do temperatury 230°C (punkt A

0

) cementyt jest

ferromagnetyczny, a

powyżej tej temperatury staje się paramagnetyczny. Do

cech charakterystycznych fazy zalicza

się jej wysoką twardość (700



750HB)

oraz bardzo

niską plastyczność. Cementyt jest fazą metastabilną, bowiem

pod

wpływem temperatury może przemieniać się w żelazo i grafit

Fe

3

C



3Fe+C

grafit

Grafit - krystalizuje w sieci heksagonalnej (warstwowej).

Odległość miedzy

atomami a=1,42A, a miedzy warstwami c=3,40A. Odznacza

się małą

twardością oraz wytrzymałością (orientacyjna wytrzymałość 20 MPa).

Definicje składników strukturalnych

• Ledeburyt jest to mieszanina eutektyczna

austenitu i Fe

3

C powstała z cieczy o składzie

chemicznym 4,3%C w stałej temperaturze
1148 ºC.

ledeburyt

9

Wzrost i struktura perlitu: (a) redystrybucja węgla i żelaza, i (b)
mikrofotografia perlitu(2000). (From ASM Handbook, Vol. 7, (1972), ASM
International, Materials Park, OH 44073.)

Perlit jest to mieszanina eutektoidalna (powstaje z fazy stałej)
ferrytu i cementytu powstaje z austenitu o zawartości 0,77
%C w stałej temperaturze 727 ºC

Definicje składników strukturalnych

10

©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning

™

is a trademark used herein under license.

Figure 11.17 The evolution of the microstructure of hypoeutectoid and
hypoeutectoid steels during cooling. In relationship to the Fe-Fe

3

C phase diagram.

Techniczne odmiany żelaza