1
Ohřev a ochlazování čistých kovů a slitin. Diagramy Fe-Fe3C, Fe-C, Rovnovážné binární diagramy, IRA, ARA Email: [email protected]: 387 77 3057
MTDIII 2
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.
2
TZK a MTDIII 3
Gibbsův zákon fází
POČET STUPŇŮ VOLNOSTI = počet nezávislých změn, které jsou soustavě povoleny, aniž by se změnil počet fází.
v = n – f + 2POČET STUPŇŮ VOLNOSTI
POČET SLOŽEK POČET FÁZÍ
3
4
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
5
Slitiny kovů Tři formy slitiny:1. Chemické sloučeniny2. Tuhé roztoky3. Mechanické směsi
TUHÉ ROZTOKY: substituční intersticiální
5
6
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
7
Rovnovážné diagramy slitin
Grafické znázornění závislosti teploty začátku a konce tavení, resp. krystalizace
Konstrukce z výsledků experimentálních měření7
8
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
9
Pákové pravidlo
Pákové pravidlo – určuje složení krystalů během krystalizace, které se mění !!!
ODVRÁCENÁ STRANA PÁKY KU CELKU
9
10
Rovnovážné diagramy slitin
RBD – rovnovážný binární diagram
1. RBD s absolutní rozpustností v tuhém stavu2. RBD s absolutní nerozpustností v tuhém
stavu3. RBD s částečnou rozpustností v tuhém
stavu
10
11
RBD absolutní rozpustností v tuhém stavu
11
12
RBD s absolutní nerozpustností v tuhém stavu
12
13
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
TZK a MTDIII 17
RBD metastabilní soustavy železo – karbid železa (Fe-Fe3C)
17
18
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
20
RBD metastabilní soustavy železo – karbid železa (Fe-Fe3C)
20
21
Analogie RBD Fe-Fe3C a Fe-C PERLIT ~ GED (grafitový eutektoid) LEDEBURIT ~ GEM (grafitové eutektikum) CEMENTIT ~ GRAFIT
21
Princip tepelného zpracování
Charakterizován:1. Rychlost a průběh ohřevu2. Výška teploty ohřevu3. Doba prohřevu4. Rychlost ochlazování
22
ohřev
čas
teplota
ochlazení
prohřev
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
2323
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
2424
Fázové přeměny PERLITICKÁ PŘEMĚNA Přeměna Ausenitu na Perlit nebo Bainit = Feg FeaTvorba 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.
25(a) (b) (c)
Austenit AustenitAustenit
Cementit Ferit
Cementit
Nová kolonie perlitu
25
Fázové přeměny BAINITICKÁ PŘEMĚNABainit = nelamelární feriticko-karbidická směs
26
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)
2727
Rozpad austenitu
28
čas
A
BA’
B’
O
°C
A1
IRA
ARA
A
austenit + perlitperlit
°C
Ac1austenit
čas (log. stupnice)
O
III
III
IV
V
VI
B
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
2929
Podeutektoidní ocel
30
A1
A3
Acm
A3
A1
30
Nadeutektoidní ocel
31
A1
A3
Acm
Acm
A1
31
Použitá literatura http://ljinfo.blogspot.cz/
32
33
Děkuji za pozornost