Stop żelaza z węglem

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Wykres żelazo-węgiel

Stop żelaza z węglemstopy, 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 zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu
  • przy zawartości węgla 4,3%, w krzepnącym stopie, powstaje ledeburyt, który w czasie dalszego chłodzenia w temperaturach poniżej 723 °C przekształca się w ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektyką.
  • przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy podeutektoidalne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu.
  • 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.

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.

Wykres równowagi stabilnego układu żelazo-węgiel i metastabilnego żelazo-cementyt

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 CHŁODZENIEN/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) CHŁODZENIEN/NAGRZEWANIE roztwór α (P) + cementyt (K)
PQ Początek wydzielania cementytu trzeciorzędowego Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze α

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Encyklopedia techniki. T. Metalurgia. Katowice: Wydawnictwo "Śląsk", 1978, s. 459. (pol.)
  2. Materiały dydaktyczne Politechniki Szczecińskiej Struktury stopów według układu równowagi żelazo – węgiel (pol.). W: Przedmiot: Podstawy nauki o materiałach II (Tworzywa Metaliczne) [on-line]. Politechnika Szczecińska, Instytut Inżynierii Materiałowej, Zakład Metaloznawstwa i Odlewnictwa. [dostęp 2010-12-01].; 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.)