Transcript Cementit
Ohřev a ochlazování
čistých kovů a slitin.
Diagramy Fe-Fe3C, Fe-C,
Rovnovážné binární
diagramy, IRA, ARA
Email: [email protected]
Tel: 387 77 3057
1
Rovnovážné stavy systémů
SLITINA – vzniká sléváním dvou a více prvků, z
nichž alespoň jeden je kov.
Slitina složena z různého počtu SLOŽEK =
chemicky čistá látka, prvek nebo sloučenina.
Účastní se chemických reakcí, ale nemění se.
STAV – plynný, kapalný, pevný – v závislosti na
teplotě.
SOUSTAVA – útvar oddělený od okolí
FÁZE – homogenní oblast heterogenní soustavy
oddělena rozhraním, na kterém se její vlastnosti
mění skokem.
MTDIII
2
Gibbsův zákon fází
v=n–f+2
POČET STUPŇŮ
VOLNOSTI
POČET SLOŽEK
POČET FÁZÍ
POČET STUPŇŮ VOLNOSTI = počet
nezávislých změn, které jsou soustavě
povoleny, aniž by se změnil počet fází.
TZK a MTDIII
3
Čistý kov – ohřev a ochlazování
Teplo vnitřní E kovu
Mění se kinetická E
částic
Urychlení pohybu
atomů
Přerušení vazeb mezi
částicemi
Ztráta tvaru kovu
tavení
Latentní teplo
4
Slitiny kovů
1.
2.
3.
Tři formy slitiny:
Chemické sloučeniny
Tuhé roztoky
Mechanické směsi
TUHÉ ROZTOKY:
substituční
intersticiální
5
Slitiny kovů
Ochlazování a ohřev slitin se liší od těchto
dějů u čistých kovů!
Tavení a krystalizace neprobíhají za jedné
teploty, ale v rozmezí teplot (vyjma
eutektických slitin).
6
Rovnovážné diagramy slitin
Grafické znázornění závislosti teploty začátku a
konce tavení, resp. krystalizace
Konstrukce z výsledků experimentálních měření
7
RBD – základní pojmy
A, B – čisté kovy
a – tuhý roztok alfa – B je rozpuštěné v A
b – tuhý roztok beta = A je rozpuštěné v B
Likvidus – křivka počátku krystalizace
Solidus – křivka konce krystalizace
Krystalizace – fázová přeměna látky z
kapalného do tuhého stavu
8
Pákové pravidlo
ODVRÁCENÁ
STRANA PÁKY
KU CELKU
Pákové pravidlo – určuje složení krystalů
během krystalizace, které se mění !!!
9
Rovnovážné diagramy slitin
RBD – rovnovážný binární diagram
1. RBD s absolutní rozpustností v tuhém stavu
2. RBD s absolutní nerozpustností v tuhém
stavu
3. RBD s částečnou rozpustností v tuhém
stavu
10
RBD absolutní rozpustností v
tuhém stavu
11
RBD s absolutní
nerozpustností v tuhém stavu
12
RBD s částečnou
rozpustností v tuhém stavu
13
ŽELEZO
Železo je polymorfní kov, který se vyskytuje
ve více modifikacích.
14
SOUSTAVA železo - uhlík
Uhlík se v této soustavě může vyskytovat
ve dvou variantách:
jako chemická sloučenina karbid železa
Fe3C s hmotnostním obsahem uhlíku
6,687 % označovaná jako cementit
jako čistý uhlík ve formě grafitu
První variantu označujeme jako
soustavu metastabilní (karbid lze ještě
rozložit), druhou jako soustavu stabilní.
15
Soustava Fe – Fe3C
(metastabilní)
Stabilní složkou této soustavy je
cementit. Rovnovážný diagram je složen
na straně železa z diagramu s omezenou
rozpustností v tuhém stavu, na straně
cementitu s naprostou nerozpustností.
(Vysokoteplotní omezenou rozpustnost s
peritektickou přeměnou můžeme
zanedbat). V soustavě se vyskytují ještě
další překrystalizace (eutektoidní)
16
RBD metastabilní soustavy
železo – karbid železa (Fe-Fe3C)
TZK a MTDIII
17
Rovnovážné diagramy
technického železa
Ferit = intersticiální tuhý roztok uhlíku v Fea
Austenit = intersticiální tuhý roztok uhlíku v
Feg
Cementit = karbid železa Fe3C (primární,
sekundární, terciální)
Perlit = směs feritu a cementitu
Ledeburit = směs austenitu a cementitu
18
Eutektoidní bod – co to je?
Za těchto podmínek (teplota 727°C a koncentrace
uhlíku 0,77 %) dochází k rozpadu austenitu. Bod v
diagramu se označuje jako eutektoidní, stejně tak
jako produkt rozpadu se označuje jako eutektoid.
Eutektoidní rozpad tuhého roztoku může existovat i v
jiných soustavách. Vždy je produktem směs dvou
různých typů krystalů
Eutektoidní bod
19
RBD metastabilní soustavy
železo – karbid železa (Fe-Fe3C)
20
Analogie RBD Fe-Fe3C a Fe-C
PERLIT ~ GED (grafitový eutektoid)
LEDEBURIT ~ GEM (grafitové eutektikum)
CEMENTIT ~ GRAFIT
21
Princip tepelného
zpracování
teplota
ohřev
prohřev
ochlazení
Charakterizován:
1. Rychlost a průběh ohřevu
2. Výška teploty ohřevu
3. Doba prohřevu
4. Rychlost ochlazování
čas
22
Tepelné zpracování oceli
Řízená difúze atomů v materiálu.
1. Difúze podporována (ŽÍHÁNÍ)
2. Difúze potlačována (KALENÍ)
Dle výšky teploty ohřevu
- Bez překrystalizace
- S překrystalizací
23
Rozpad austenitu – IRA,
ARA
Ohřev nad teplotu A1 a následné ochlazení.
Rychlé ochlazení – difúzní děje POTLAČENY
Pomalé ochlazení – difúzní děje PODPOŘENY
IZOTERMICKÝ ROZPAD AUSTENITU - IRA
ANIZOTERMICKÝ ROZPAD AUSTNITU - ARA
24
Fázové přeměny
PERLITICKÁ PŘEMĚNA
Přeměna Ausenitu na Perlit nebo Bainit = Feg Fea
Tvorba perlitu začíná nukleací první destičky feritu nebo
cementitu na hranicích zrn austenitu.
(a) Pokud je to Cementit, ochudí se Aust. v bezprostředním
okolí o C a v dalším okamžiku vzniknou dvě lamely Feritu
(b). To vede opět k ochuzení Aust. o C a tím vzniku opět
lamel Cementitu (c). Tento děj se opakuje.
Cementit
Austenit
Nová
kolonie
perlitu
Ferit
Cementit
Austenit
Austenit
(a)
(b)
(c)
25
Fázové přeměny
BAINITICKÁ PŘEMĚNA
Bainit = nelamelární feriticko-karbidická směs
Obr.: Schéma tvorby bainitu
ve středně uhlíkové oceli: a)
vznik horního bainitu, b) vznik
dolního bainitu; α – bainitický
ferit; γ austenit; K – karbid ε,
popř. cementit.
26
Fázové přeměny
MARTENZITICKÁ PŘEMĚNA
Bezdifúzní přeměna!
Přesycený tuhý roztok uhlíku v Fea
Při velmi rychlém ochlazení na nízké teploty je
difúze C z mřížky Austenitu potlačena. Není
dostatek času a C zůstává uzavřen v mřížce
Fea (deformace mřížky a velké vnitřní pnutí)
27
Rozpad austenitu
°C
O
A1
A’
B
IRA
A
°C
B’
O
austenit
Ac1
ARA
I
II
čas
III
A
B
austenit + perlit
perlit
IV
V
VI
čas (log. stupnice)
28
Izotermický rozpad austenitu
Ps = Perlit start
Pf = Perlit finish
Bf = Bainit start
Bs = Bainit finish
Ms = Martenzit start
Mf = Martenzit finish!!
Cs = Cementit start
Cf = Cementit finish
Fs = Ferit start
Ff = Ferit finish
29
Podeutektoidní
ocel
Acm
A3
A1
A3
A1
30
Nadeutektoidní
ocel
Acm
A3
A1
Acm
A1
31
Použitá literatura
http://ljinfo.blogspot.cz/
32
Děkuji za pozornost
33