1

Ohřev a ochlazování čistých kovů a slitin. Diagramy Fe-Fe3C, Fe-C, Rovnovážné binární diagramy, IRA, ARA Email: mhorakova@pf.jcu.czTel: 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