Stop żelaza z węglem
Stop żelaza z węglem – stopy, w których węgiel rozpuszczany jest w żelazie. Węgiel może występować w nich w postaci węgla czystego – grafitu, roztworu stałego w sieci krystalicznej ferrytu lub austenitu albo jako węglik żelaza, np. Fe3C, zwanego cementytem[1][2].
Stopy zawierające poniżej 2,11% (według norm polskich, zaś europejskich 1,75%) węgla to stale lub staliwo, a powyżej tej zawartości to żeliwo.
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 zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy podeutektoidalne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu,
- przy zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu,
- stopy w zakresie 0,77% do 2,11% – stale nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu i cementytu,
- 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,
- przy zawartości węgla 4,3%, w krzepnącym stopie, powstaje ledeburyt, który w czasie dalszego chłodzenia w temperaturach poniżej 727 °C przekształca się w ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektyką.
Wykres równowagi układu żelazo-węgiel – jest to wykres fazowy węgla w stopie z żelazem. Pierwszą, najczęściej wykorzystywaną i omawianą część wykresu nazywa się także wykresem żelazo – cementyt. Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w stopie, na osi pionowej temperatura. Z wykresu można odczytać jaką strukturę posiada stop, przy założeniu równowagowego procesu wytwarzania. Przy, na przykład, szybkim chłodzeniu stop może zachowywać się w inny sposób (na przykład granica rozpuszczalności węgla w ferrycie wzrasta wraz z wielkością przechłodzenia).
Należy zaznaczyć, że jest to tylko fragment wykresu równowagi układu żelazo-węgiel (zwany wykresem żelazo-cementyt), zawarty pomiędzy 0% a 6,69% (czasem mówi się 6,67%) węgla. Nazwa pochodzi od nazwy faz na granicach wykresu – z lewej jest żelazo (Fe), a z prawej cementyt (Fe3C). Jest on najbardziej istotny ze względów praktycznych, gdyż większe stężenie węgla powoduje zbyt dużą kruchość stopu.
Charakterystyczne punkty wykresu.
Układ metastabilny | żelazo – cementyt | Układ stabilny | żelazo – węgiel | ||
---|---|---|---|---|---|
Punkt | stężenie węgla | przy temp. | Punkt | stężenie węgla | przy temp. |
A | 0% C | 1538 °C | A | 0% C | 1538 °C |
H | 0,09% C | 1495 °C | H | 0,09% C | 1495 °C |
J | 0,17% C | 1495 °C | J | 0,17% C | 1495 °C |
B | 0,53% C | 1495 °C | B | 0,53% C | 1495 °C |
N | 0% C | 1394 °C | N | 0% C | 1394 °C |
D | 6,67% C | 1227 °C | D′ | ∞(?)% C | ∞(?) °C |
C | 4,3% C | 1148 °C | C′ | 4,26% C | 1154 °C |
E | 2,11% C | 1148 °C | E′ | 2,08% C | 1154 °C |
F | 6,67% C | 1148 °C | F′ | 6,67% C | 1154 °C |
G | 0% C | 912 °C | G | 0% C | 912 °C |
M | 0,0168% C | 770 °C | M | 0,0168% C | 770 °C |
O | 0,45% C | 770 °C | O | 0,45% C | 770 °C |
P | 0,0218% C | 727 °C | P′ | 0,0205% C | 738 °C |
S | 0,77% C | 727 °C | S′ | 0,68% C | 738 °C |
K | 6,67% C | 727 °C | K′ | 6,67% C | 738 °C |
Q | 0,008% C | 20 °C | Q | 0,008% C | 20 °C |
Charakterystyczne linie wykresu.
linia | stan skupienia | przemiana | opis |
---|---|---|---|
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 z roztworu ciekłego | Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania cementytu |
AH | Solidus | Koniec krzepnięcia fazy α(δ) | Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w kryształach fazy α(δ) |
HJB | Linia przemiany perytektycznej | ciecz (B) + roztwór α(δ)(H)CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór γ (J) | |
JE | Solidus | Koniec krzepnięcia fazy γ | Odpowiada stężeniu węgla w kryształach roztworu γ |
ECF | Linia przemiany eutektycznej | ciecz (C) CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór γ (E) + cementyt (F) | |
HN | Początek przemiany alotropowej roztworu α(δ) w wyniku tworzenia się kryształów roztworu γ | ||
JN | Koniec przemiany roztworu α(δ) w roztwór γ | Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ w wyniku przemiany α(δ) w γ oraz γ w α(δ) | |
ES | Początek wydzielania cementytu wtórnego w roztworze stałym | Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ | |
GOS | Początek przemiany alotropowej roztworu γ w roztwór α | Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ w wyniku tworzenia się kryształów roztworu α | |
MO | Linia przemiany magnetycznej | roztwór paramagnetyczny CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór α ferromagnetyczny | |
GMP | Koniec przemiany alotropowej roztworu γ w roztwór α | Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze α | |
PSK | Linia przemiany eutektoidalnej | roztwór γ (S) CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór α (P) + cementyt (K) | |
PQ | Początek wydzielania cementytu trzeciorzędowego | Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze α |
Zobacz też
edytujPrzypisy
edytuj- ↑ Encyklopedia techniki. T. Metalurgia. Katowice: Wydawnictwo „Śląsk”, 1978, s. 459. (pol.).
- ↑ Materiały dydaktyczne Politechniki Szczecińskiej Struktury stopów według układu równowagi żelazo – węgiel. [w:] Przedmiot: Podstawy nauki o materiałach II (Tworzywa Metaliczne) [on-line]. Politechnika Szczecińska, Instytut Inżynierii Materiałowej, Zakład Metaloznawstwa i Odlewnictwa. [dostęp 2016-03-15]. (pol.).; bibliografia: St. Rudnik: Metaloznawstwo. Warszawa: PWN, 1996. (pol.). , St. Prowans: Materiałoznawstwo. Warszawa: PWN, 1997. (pol.). , K. Przybyłowicz: Metaloznawstwo. Warszawa: WNT, 1996. (pol.). , K. Wesołowski: Metaloznawstwo i obróbka cieplna. Warszawa: WNT, 1981. (pol.).