cementyt

Wykresy równowagi układu
żelazo-węgiel
• Stabilny żelazo – grafit
• Metastabilny żelazo – cementyt
UKŁAD RÓWNOWAGI FAZOWEJ
ŻELAZO-CEMENTYT
Schemat wykresu układu równowagi fazowej
żelazo-węgiel i żelazo-cementyt
t, ºC
Fe
6,67
Fe3C
C, % masy
żelazo – cementyt (Fe - Fe3C)
C
Układ równowagi fazowej żelazo - cementyt
Składniki układu:
1. Żelazo
2. Cementyt - faza
międzymetaliczna
(międzywęzłowa)
zawierająca 6,7% węgla,
krystalizująca w
temperaturze 1252ºC
Odmiany alotropowe żelaza:
1. α <912ºC, α(δ) 1394-538ºC
RPC
2. γ 912-1394ºC
RSC
Zależność parametru sieci odmian alotropowych żelaza
od temperatury (według W. Hume-Rothery’ego
Wykres układu równowagi fazowej żelazo-cementyt z opisem
Fazy układu żelazo – cementyt:
• Roztwór ciekły L
• Austenit (γ) - międzywęzłowy roztwór stały węgla w
Fe γ o maksymalnej zawartości węgla 2,14 % w
temperaturze 1147ºC
• Ferryt (α) – międzywęzłowy roztwór stały węgla w
Feα o maksymalnej zawartości węgla 0,022 % w
temperaturze 727ºC
• Ferryt (α, δ) – międzywęzłowy roztwór stały węgla w
Feα o maksymalnej zawartości węgla 0,09 % w
temperaturze 1493ºC
• Cementyt
Definicje faz układu Fe – Fe3C
Austenit γ jest to roztwór stały graniczny węgla w
żelazie Fe γ o maksymalnej rozpuszczalności
węgla 2,11 w temperaturze 1148 ºC. Faza miękka
i plastyczna. Występuje w temperaturze powyżej
727 ºC.
Definicje faz układu Fe – Fe3C
Ferryt α jest to roztwór stały graniczny węgla
w żelazie Feα o maksymalnej
rozpuszczalności węgla 0,0218 w
temperaturze 727 ºC. Twardość ferrytu
waha się w granicach od 70 do 90 HB.
Ferryt
Ferryt iglasty
Ferryt siatkowy
Ferryt (α, δ) - międzywęzłowy roztwór stały węgla w
Feα(δ) o maksymalnej zawartości węgla 0,09 % w
temperaturze 1493ºC.
Może się pojawić w stopach szybko chłodzonych po
uprzednim wygrzaniu w wysokich temperaturach
Definicje faz układu Fe – Fe3C
• Cementyt Fe3C jest to faza międzymetaliczna
(węglik żelaza)
o wzorze stechiometrycznym Fe3C. Zawartość
węgla w cementycie wynosi 6,67%. Jest twardy i
kruchy (twardość 750 HB). Wydziela się z cieczy
przy chłodzeniu i wtedy oznaczamy go jako
pierwszorzędowy I lub wydziela się podczas
chłodzenia z austenitu i wtedy oznaczamy go jako
II lub wydziela się z ferrytu podczas chłodzenia i
wtedy oznaczamy go jako III.
Fe3C
I
II
III
600
ciecz
Austenit γ
+ Fe3CII
P
Perlit
200
Ferryt α
+ Fe3CIII Q
1148oC
Austenit γ + ledeburyt+
Fe3CII
Perlit +
Fe3CII
F
ledeburyt+ Fe3CI
727oC
S
Ferryt α
+Perlit
400
C
E
G
912 Austenit γ + Ferryt α
D
Fe3CI+ciecz
Austenit γ + ciecz
Austenit γ
Ferryt α
800
J
N
Ferryt α [δ]
+ Austenit γ
Perlit + Fe3CII
+ ledeburyt
przemieniony
K
Ledeburyt
przemieniony +
Fe3CI
0,008 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
Cementyt Fe3C
1200
B
Ledeburyt
1394
1000
Ciecz + Ferryt α [δ]
1538 A
1495 H
Ledeburyt przemieniony
1400
Fe – Fe3C
Ferryt α [δ]
Temperatura [oC]
1600
Wykres układu równowagi fazowej żelazo – cementyt z
opisem struktury stopów w układzie
6,67
6,0 6,5
Zawartość C%
Składniki struktury stopów w układzie żelazo-cementyt
•Roztwór ciekły L
•Ferryt α i (α, δ)
• Austenit (γ)
•Cementyt pierwszorzędowy (pierwotny), wydzielający się z
roztworu ciekłego w wyniku zmniejszającej się
rozpuszczalności węgla w roztworze, wzdłuż linii CD
•Cementyt drugorzędowy (wtórny), wydzielający się z
austenitu w wyniku zmniejszającej się rozpuszczalności
węgla w austenicie, wzdłuż linii ES
•Cementyt trzeciorzędowy, wydzielający się z ferrytu w
wyniku zmniejszającej się rozpuszczalności węgla w ferrycie,
wzdłuż linii PQ
•Perlit – mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu,
zawierająca 0,76% C, powstająca w wyniku rozpadu
austenitu w 727ºC
•Ledeburyt – mieszanina eutektyczna austenitu i
cementytu, zawierająca 4,3% C, powstająca w wyniku
rozpadu L w 1147ºC
•Ledeburyt przemieniony – mieszanina perlitu i
cementytu, powstająca w wyniku rozpadu austenitu w
ledeburycie na perlit w 727ºC
Przemiany fazowe w stałej temperaturze
1. Przemiana perytektyczna
α (δ)0,09 + L0,53 ⇔ γ0,17
Schemat przemiany perytektycznej
2. Przemiana eutektyczna
1147ºC
L 4,3 ⇔ ( 0,16 +
727 ºC
γ
% masy C
Fe3C6,7) = ledeburyt
ledeburyt ⇔ ledeburyt przemieniony (perlit+Fe3C)
składnik strukturalny
• Ledeburyt jest to mieszanina eutektyczna
austenitu i Fe3C powstały z cieczy o
składzie chemicznym 4,3%C w stałej
temperaturze 1148 ºC.
ledeburyt
Stop podeutektyczny
Stop nadeutektyczny
LEDEBURITE DIC
3. Przemiana eutektoidalna
% masy C
727ºC
γ0,76 ⇔ (α0,022 + Fe3C6,7) = perlit
składnik strukturalny
• Perlit jest to mieszanina eutektoidalna
(powstaje z fazy stałej) ferrytu i cementytu
powstaje z austenitu o zawartości 0,77 %C
w stałej temperaturze 727 ºC.
Perlit
Płytki ferrytu
i cementytu.
Perli o małej
dyspersji
(rozdrobnieniu)
Powstawanie perlitu
Stop nadeutektoidalny – C>0.76%C
Układ stabilny i metastabilny