1

2 – Chemické složení slitin železa

Chemické složení slitin železa

Doc. Ing. Bohumil Pacal, CSc., Ing. Lubomír Stránský,CSc.

Podklady:1. Ptáček L. a kol. – Nauka o materiálu II2. Askeland D. R., Phulé P. P. – The Science and Engineering of Materials3. Callister, W. D. Jr. – Materials Science and Engineering an Introduction4. Pluhař, J. a kol. – Nauka o materiálech

2

2 – Chemické složení slitin železa

Slitiny Fe + C:dle diagramu Fe - Fe3C : oceli a bílé litiny (bílá surová železa)

dle diagramu Fe - Cgraf: litiny s lupínkovým grafitem (LLG)

litiny s kuličkovým grafitem (LKG)

Ocel - dle ČSN EN 10020:

- slitina Fe a C, která obsahuje max. 2% C- hmotnostní podíl Fe je větší, jak kteréhokoliv jiného prvku- slitina obsahuje i jiné prvky

Slitiny Fe + C

3

2 – Chemické složení slitin železa

Prvky doprovodnéze surovin používaných k výrobě

(přecházejí do ocelí i litin v různých fázích jejich výroby)

prospěšné škodlivé (nečistoty)

Mn, Si, Al P, S, H, O, N

Prvky přísadové (legury)

Cr, Mn, Ni, Si, Mo, W, V, Nb, Ti, Al, …jsou záměrně přidávány do slitin Fe + C

Prvky ve slitinách Fe + C

4

2 – Chemické složení slitin železa

Základní kritérium rozdělení – chemické složení:

nelegované legované

Obsah přísadových prvků dle ČSN EN 10020 pro legované oceli:

Mn > 1,65% Si > 0,50% Cr, Ni > 0,3% ,W,V, Al, Mo, > 0,1% (příp. 0,08%),Cu, Pb > 0,4%

(Nižší obsahy prvků nejsou v ocelích považovány za přísady)

Rozdělení slitin Fe + C

5

2 – Chemické složení slitin železa

Mn, Si, Al

- charakteristika prvků- obsah prvků ve slitinách Fe-C (oceli, litiny)- vliv na strukturu a vlastnosti slitin Fe-C

Doprovodné prvky - prospěšné

6

2 – Chemické složení slitin železa

P, S, O, N, H

- charakteristika prvků- obsah prvků ve slitinách Fe-C (oceli, litiny)- vliv na strukturu a vlastnosti slitin Fe-C

Doprovodné prvky – škodlivé (nečistoty)

7

2 – Chemické složení slitin železa

Cr, Mn, Ni, Si, Mo, W, V, Nb, Ti, Al, Co, Cu,Zr, B, N a Be

vliv prvků Chemické složení

Struktura Vlastnosti

Přísadové prvky (legury)

8

2 – Chemické složení slitin železa

Cr, Mn, Ni, Si, Mo, W, V, Nb, Ti, Al, Co, Cu, Zr, B, N a Be

a) rozpouštějí se v tuhých roztocích: δ-F (delta-ferit),A (austenit),F (ferit)

N, H, O, B se rozpouštějí v tuhých roztocích intersticiálně

ostatní legující prvky se rozpouštějí substitučně (nahrazují Fe)

b) tvoří intermediární fázesloučeniny určené velikostním faktorem – karbidy, nitridy s jinými kovy intermetalické fáze

Přísadové prvky (legury)

9

2 – Chemické složení slitin železa

Prvky karbidotvorné(Fe), Mn, Cr, W, Mo, V, Zr, Nb, Ta, Ti

Prvky grafitotvorné(netvoří karbidy)

Si, Al, Ni, Co

Rozdělení prvků dle vztahu k uhlíku

10

2 – Chemické složení slitin železa

Karbidy

Karbidotvorné prvky:a) částečně se rozpouští v cementitu (Fe3C), nahrazují Fe

b) tvoří karbidy - speciální (jednoduché), např. TiC, Mo2C, NbC ap.,

- komplexní (složité), např. (CrFe)7C3, (FeMn)7C3, (CrFe)23C6, (FeW)6C

Nitridya) v nelegovaných ocelích se vylučují z  dusíkem přesycených roztoků

(austenitu, feritu) - vznikají nitridy železa (Fe16N2, Fe4N)

b) v legovaných (mikrolegovaných) ocelích vznikají speciální nitridy - např. AlN, CrN, VN, TiN, NbN

Intermediární fáze

11

2 – Chemické složení slitin železa

Vliv prvků na typ tuhých roztoků ve slitinách Fe - C

Prvky austenitotvornéa) otevírají oblast austenitu

Ni, Mn, Cob) pouze rozšiřují oblast austenitu

C, N, Zn

Prvky feritotvornéa) uzavírají oblast austenitu

Cr, Si, Al, W, Mo, V, Tib) pouze zužují oblast austenitu

Ta, Zr, B, S, Ca, O

12

2 – Chemické složení slitin železa

Vliv prvků na podmínky eutektoidní přeměny ve slitinách Fe - C

Prvky austenitotvornéa) snižují teplotu eutektoidní přeměnyb) ovlivňují koncentraci uhlíku v eutektoidním bodě

Prvky feritotvornéa) zvyšují teplotu eutektoidní přeměnyb) ovlivňují koncentraci uhlíku v eutektoidním bodě

13

2 – Chemické složení slitin železa

Vliv prvků na vlastnosti slitin Fe - C

- mechanické vlastnosti (Mn, Si, Ni, Mo,V, W, Cr) Např. tvrdost a pevnost feritu

- procesy tepelného zpracování (Cr, Ni, Mn, Mo, V, Si)- fyzikální vlastnosti – elektrické a magnetické (Si)- odolnost proti opotřebení V, Cr, W, Mo- růst zrna za vyšších provozních teplot (Al, Nb, V, Ti)- žáropevnost (Cr, Mo, W, V)- korozivzdornost (Cr, Ni, Mo, Si, Cu)- žáruvzdornost (Cr, Si, Al)