UKŁAD
ŻELAZO -CEMENT
Marcin Urbański gr 29-CR-A4
Katarzyna Kruk gr 29-CR-A2
UKŁAD
ŻELAZO-
WĘGIEL
MARCIN URBAŃSKI gr.29-CR-
A4
KATARZYNA KRUK gr.29-
CR-A2
prof K
Wituszyński
UKŁAD
ŻELAZO -CEMENT
Marcin Urbański gr 29-CR-A4
Katarzyna Kruk gr 29-CR-A2
UKŁAD
ŻELAZO-
WĘGIEL
MARCIN URBAŃSKI gr.29-CR-
A4
KATARZYNA KRUK gr.29-
CR-A2
prof K
Wituszyński
Ferryt
α
+Perlit
Fe – Fe
3
C
100
0
120
0
140
0
160
0
200
40
0
600
80
0
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
%
Te
m
p
e
ra
tu
ra
[
o
C
]
F
e
rr
y
t
α
Pe
rl
i
t
L
e
d
e
b
u
ry
t
p
rz
e
m
ie
n
io
n
y
C
e
m
e
n
ty
t
F
e
3
C
0,00
8
Ledeburyt
przemieniony +
Fe
3
C
I
L
e
d
e
b
u
r
y
t
Perlit +
Fe
3
C
II
+
ledeburyt
przemienion
y
Perlit
+
Fe
3
C
II
Ferryt
α
+ Fe
3
C
III
Austenit γ
Austenit γ +
Ferryt α
Austeni
t γ +
Fe
3
C
II
Austenit γ +
ledeburyt+
Fe
3
C
II
ledeburyt+
Fe
3
C
I
Fe
3
C
I
+cie
cz
ciecz
Austenit γ +
ciecz
Ferryt α
[δ] +
Austenit γ
F
e
rr
y
t
α
[δ
]
Ciecz + Ferryt
α [δ]
6,6
7
727
o
C
1148
o
C
912
1394
1495
1538
A
B
E
C
D
F
K
S
G
P
Q
J
N
H
L
likwidus
likwidu
s
solidus
Układ żelazo-węgiel to dwuskładnikowy układ równowagi
utworzony przez żelazo i węgiel, krzepnący przeważnie jako
układ żelazo-cementyt.
Linie ciągłe dotyczą układu
metastabilnego
, żelazo-cementyt
Fe3C - są to stopy, w których węgiel występuje pod postacią
cementytu (stosowany do stali i surówek białych).
Linie przerywane dotyczą układu
stabilnego
, żelazo-grafit są
to stopy, w których węgiel występuje pod postacią grafitu.
Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w
, na osi pionowej
Likwidus- jest linią na wykresie równowagi, powyżej której w
każdym stężeniu stop jest cieczą
Solidus- wykres temperatury wyznaczający jej wartość, poniżej
której występuje już tylko faza stała.
STAL
są to stopy żelaza z węglem o zawartości 0,02-2,06%C i
innymi pierwiastkami (np. wolfram, molibden, chrom, kobalt,
nikiel, krzem) poddane obróbce plastycznej po odlaniu i
skrzepnięciu.
STALIWA
to takie same stopy żelaza z węglem otrzymane
przez odlanie i skrzepnięcie.
ŻELIWA
to odlewnicze stopy żelaza z węglem i innymi
dodatkami zawierające 2,06-6,67% C, najczęściej do 4,3% C.
CEMENTYT
węglik żelaza Fe
3
C, kruchy, odporny chemicznie i
bardzo twardy składnik
210
0
C wykazuje właściwości ferromagnetyczne, powyżej –
paramagnetyczne.
Wzrost zawartości węgla w stali niestopowej do ok. 0,85% C
powoduje wzrost wytrzymałości Rm, a następnie jej spadek. Ze
wzrostem zawartości węgla maleją własności plastyczne –
wydłużenie A i przewężenie Z, zmniejsza się udarność KC,
rośnie twardość i kruchość.
siarka-(S<0,05%) ma działanie niekorzystne, gdyż tworzy
siarczki FeS o temperaturze topnienia 1000ºC i powoduje
kruchość stali na gorąco.
wodór- zmniejsza własności plastyczne i technologiczne
azot-powoduje zwiększenie wytrzymałości i zmniejszenie
plastyczności.
tlen-powoduje pogorszenie własności mechanicznych.
fosfor-(P<0,05%) zmniejsza plastyczność i powoduje
kruchość stali na zimno. Wzrost zawartości fosforu do
0,1% polepsza skrawalność, a do zawartości 0,35%
zwiększa odporność na ścieranie.
Na własności metali wpływają również takie domieszki
jak:
mangan- dodaje się w procesie wytwarzania stali, w celu
odtleniania i zapobiegania tworzeniu się niekorzystnych
związków siarki z żelazem. Powoduje on zwiększenie
wytrzymałości wyrobów stalowych walcowanych na
gorąco.
.
Wraz ze wzrostem udziału węgla struktura stopu żelaza z
węglem przybiera odmienne formy:
-przy bardzo niewielkiej zawartości węgla, poniżej 0,0218% udaje
się uzyskać niemal czyste żelazo α zwane
ferrytem.
-przy zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną
(drobnokrystaliczna mieszanina dwóch lub więcej faz)
ferrytu i cementytu
-przy zawartości węgla 4,3%, w krzepnącym stopie, powstaje
ledeburyt, mieszanina eutektyczna (mieszanina dwóch lub więcej
o określonym składzie, która wydziela się z
roztworów ciekłych lub stopów w określonej temperaturze, zwanej
temperaturą eutektyczną austenitu z cementytem który w czasie
dalszego chłodzenia w temperaturach poniżej 727 °C przekształca
się w ledeburyt przemieniony - mieszaninę perlitu z cementytem.
-przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje
się stopy-
stale podeutektoidalne
które są mieszaninami
ferrytu i
perlitu.
Na polerowanym przekroju oglądanym pod mikroskopem daje się
zauważyć ziarna
. Wraz ze
wzrostem zawartości węgla, udział ferrytu maleje, a perlitu wzrasta.
Wzrasta także
-stopy o zawartości węgla powyżej 2,11% (żeliwo), są
mieszaninami ledeburytu przemienionego i perlitu (do 4,3%
węgla) lub cementytu (powyżej 4,3% węgla). W przypadku
stosunkowo wolnego chłodzenia w stopach tych może także
wystąpić grafit.
Na polerowanym przekroju oglądanym pod mikroskopem daje
się zauważyć ziarna
Wraz ze wzrostem zawartości węgla, udział perlitu maleje, a
cementytu wzrasta. Wzrasta także twardość stali, a obniża się
jej
-stopy w zakresie 0,77% do 2,11% węgla –
nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu i cementytu.
PERLIT
Ferryt
Ferryt iglasty
Ferryt siatkowy
AUSTENIT
Austenit,
roztwór stały węgla w żelazie, zawierający nie
więcej niż 1,7% węgla. Występuje w zakresie temperatur
710-1535
ο
Jest paramagnetyczny, plastyczny, ma twardość ok. 200
HB
Ledeburyt
ledeburyt
Cementyt
-struktura złożona żelaza z węglem o zaw.
6,67%C. Cementyt zwany jest też węglikiem żelaza o
strukturze rombowej. Jego gęstość jest mniejsza od żelaza .
Jest bardzo twardy, kruchy
i mało plastyczny. W stopach żelaza z węglem może
występować w różnych składnikach strukturalnych ( perlit,
ledeburyt ) lub w postaci oddzielnych wydzieleń (pierwotny,
wtórny, trzeciorzędowy).
-Cementyt pierwszorzędowy-wydzielony z fazy ciekłej
podczas krzepnięcia surówek lub żeliw, czy też jako składnik
eutektyki ledeburytowej. Występuje poniżej linii CD.
-Cementyt drugorzędowy -wydzielony z austenitu podczas
obniżania temp. od 1148 do 727oC lub jako składnik perlitu.
Występuje poniżej linii ES.
-Cementyt trzeciorzędowy –wydzielony z roztworu stałego
węgla w żelazie α podczas obniżania temp. od 727oC do temp.
otoczenia .Występuje poniżej QP do perlitu
.
I
II
III
Układ żelazo-cementyt został opracowany do
zawartości
6,67 % C co odpowiada procentowej zawartości węgla
w cementycie - Fe3C.
Rozpatrując wykres widać ,że powyżej linii likwidusu -
ABCD znajduje się jedynie faza ciekła( L) , będąca
roztworem ciekłym węgla w żelazie. Między liniami
likwidusu ABCD i solidusu AHJECF współistnieją dwie
fazy, których jedna to faza ciekła , a druga faza stała,
przy czym w polu ograniczonym liniami ABHA fazą
stałą są kryształy roztworu stałego węgla w żelazie α
( δ ) , w polu ograniczonym liniami JBCE - kryształy
roztworu stałego węgla w żelazie γ i w polu
ograniczonym liniami CDFC - kryształy
pierwszorzędowego cementytu.
Poniżej linii solidus AHJECF stopy występują tylko w
stanie stałym.
W polu ograniczonym liniami AHN istnieją kryształy
roztworu stałego węgla w żelazie α ( δ ).-ferryt
wysokotemperaturowy . Punkt H- maksymalna
rozpuszczalność węgla w żelazie α.
Pole HJN jest mieszaniną kryształów roztworu stałego
węgla w żelazie α ( δ)-punkt H i kryształów węgla w
żelazie γ ( punkt J).
W obszarze GSEJNG występuje austenit –roztwór stały ,
międzywęzłowy atomów węgla w żelazie γ ( do 2,11 %
C),
ma największą gęstość spośród wszystkich faz układu.
W warunkach równowagi nie może istnieć poniżej temp.
727oC.
W obszarze QPG istnieje ferryt- roztwór stały
międzywęzłowy atomów węgla w żelazie α o bardzo
małej zawartości węgla
( ok. 0,02% ), dlatego jego własności mało różnią się
od własności żelaza. Istnieje do temp. 912oC-punkt G
Punkt P –zawartość 0,0218%C-maksymalna
rozpuszczalność atomów węgla w żelazie α w temp.
727oC.
Punkt Q - zawartość 0,008%C-maksymalna
rozpuszczalność atomów węgla w żelazie α w temp.
pokojowej-0oC.
Pole ograniczone liniami ECFKS pod względem
fazowym jest mieszaniną dwu faz stałych : austenitu
(roztwór węgla w żelazie γ ) i cementytu.
Pod względem strukturalnym należy podzielić je na trzy
części.
1. obszar ograniczony linią ES do zaw. 2,11%C zawiera
głównie austenit oraz wydzielony z niego cementyt zwany
drugorzędowym.
2. pole między E i C o zaw. od 2,11 %C do 4,30 %C w
temp. powyżej 727oC do 1148oC to mieszanina
eutektyczna austenitu i cementytu zwana ledeburytem
Jest składnikiem surówek ( żeliw) białych
podeutektycznych, eutektycznych, nadeutektycznych.
Cechuje go znaczna twardość i kruchość. Występuje w
niektórych narzędziowych stalach stopowych..
3. poniżej temp. eutektoidalnej 727˚C występuje jako
ledeburyt przemieniony na skutek przemiany austenitu w
perlit.
Pole poniżej linii QPSK pod względem fazowym jest mieszaniną
dwu faz stałych: jedna to roztwór stały węgla w żelazie α (ferryt),
druga cementyt.
Poniżej temp. eutektoidalnej ,727˚C dla stopów o zawartości od
0,02 do 2,11%C istnieją tylko mieszaniny. Mieszanina
eutektoidalna powstała w tem. 727˚C na skutek rozpadu
austenitu ,nazywa się perlitem.
Perlit jest eutektoidem złożonym z płytek ferrytu i cementytu o
stosunku grubości 7:1 . Dyspersja perlitu tzn. odległość między
płytkami jest odwrotnie proporcjonalna do wielkości
przechłodzenia względem temp. Wytrzymałość i twardość perlitu
rosną w miarę rozdrabniania struktury , własności plastyczne
maleją . Pod mikroskopem , przy małych powiększeniach
przybiera wygląd szarych, perlistych obszarów. Przy dużych
powiększeniach widoczna jest wyrażnie jego budowa płytkowa.
Poniżej linii QP ( zaw. 0,0218%C) znajduje sie ferryt i cementyt
trzeciorzędowy.
Pole w zakresie 0,02% do 2,11%C istnieje ferryt z cementytem
trzeciorzędowym i cementyt drugorzędowy.
Obszar o zawartości od 2,11 do 4,30%C zawiera perlit z
cementytem drugorzędowym i ledeburyt przemieniony .Powyżej
zawartości 4,30 do 6,67%C istnieje cementyt pierwszorzędowy i
ledeburyt przemieniony.
Punkty charakterystyczne układu
żelazo – cementyt
Punk
t
Stężenie
C%
Temperat
uraºC
Pun
kt
Stężenie
C%
Temperatu
raºC
A
0
1538
E
2,11
1148
H
0,09
1495
G
0
912
J
0,17
1495
P
0,021
8
727
B
0,53
1495
S
0,77
727
N
0
1394
K
6,67
727
D
6,67
1227
Q
0,008
20
C
4,3
1148
Oznaczenia linii w układzie żelazo –
cementyt
Oznaczeni
e linii
Omówienie
AB
Likwidus; początek wydzielania fazy α(δ); odpowiada
zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku
wydzielania fazy α(δ).
BC
Likwidus; początek wydzielania fazy γ ; odpowiada
zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku
wydzielania fazy γ
CD
Likwidus; początek wydzielania cementytu pierwotnego;
odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w
wyniku wydzielania cementytu
AH
Solidus; koniec krzepnięcia fazy α(δ); odpowiada
stężeniu węgla
w kryształach fazy α(δ)
HJB
Linia przemiany perytektycznej
Ciecz (B) + roztwór α(δ) (H) roztwór γ (J)
JE
Solidus; koniec krzepnięcia roztworu γ ; odpowiada
stężeniu węgla
w kryształach roztworu γ
DF
Solidus; wydzielanie cementytu pierwotnego z roztworu
ciekłego
Bibliografia
MATERIAŁOZNAWSTWO- A. CISZEWSKI, T. RADOMSKI, A. SZUMMER
METALOZNAWSTWO – K. PRZYBYŁOWICZ