Ohev a ochlazovn istch kov a slitin Diagramy

Ohřev a ochlazování čistých kovů a slitin. Diagramy Fe-Fe 3 C, Fe-C, Rovnovážné binární diagramy, IRA, ARA Email: mhorakova@pf. jcu. cz Tel: 387 77 3057 1

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. MTDIII 2

Gibbsův zákon fází v=n–f+2 POČET STUPŇŮ VOLNOSTI POČET SLOŽEK POČET FÁZÍ § POČET STUPŇŮ VOLNOSTI = počet nezávislých změn, které jsou soustavě povoleny, aniž by se změnil počet fází. TZK a MTDIII 3

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

Slitiny kovů § 1. 2. 3. Tři formy slitiny: Chemické sloučeniny Tuhé roztoky Mechanické směsi TUHÉ ROZTOKY: § substituční § intersticiální 5

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

Rovnovážné diagramy slitin § Grafické znázornění závislosti teploty začátku a konce tavení, resp. krystalizace § Konstrukce z výsledků experimentálních měření 7

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

Pákové pravidlo ODVRÁCENÁ STRANA PÁKY KU CELKU § Pákové pravidlo – určuje složení krystalů během krystalizace, které se mění !!! 9

Rovnovážné diagramy slitin § RBD – rovnovážný binární diagram 1. RBD s absolutní rozpustností v tuhém stavu 2. RBD s absolutní nerozpustností v tuhém stavu 3. RBD s částečnou rozpustností v tuhém stavu 10

RBD absolutní rozpustností v tuhém stavu 11

RBD s absolutní nerozpustností v tuhém stavu 12

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 Fe 3 C 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 – Fe 3 C (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 16

RBD metastabilní soustavy železo – karbid železa (Fe-Fe 3 C) TZK a MTDIII 17

Rovnovážné diagramy technického železa § Ferit = intersticiální tuhý roztok uhlíku v Fea § Austenit = intersticiální tuhý roztok uhlíku v Feg § Cementit = karbid železa Fe 3 C (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

RBD metastabilní soustavy železo – karbid železa (Fe-Fe 3 C) 20

Analogie RBD Fe-Fe 3 C a Fe-C § § § PERLIT ~ GED (grafitový eutektoid) LEDEBURIT ~ GEM (grafitové eutektikum) CEMENTIT ~ GRAFIT 21

Princip tepelného zpracování teplota ohřev prohřev ochlazení § Charakterizován: 1. Rychlost a průběh ohřevu 2. Výška teploty ohřevu 3. Doba prohřevu 4. Rychlost ochlazování čas 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 23

Rozpad austenitu – IRA, ARA § § § Ohřev nad teplotu A 1 a následné ochlazení. Rychlé ochlazení – difúzní děje POTLAČENY Pomalé ochlazení – difúzní děje PODPOŘENY § IZOTERMICKÝ ROZPAD AUSTENITU - IRA § ANIZOTERMICKÝ ROZPAD AUSTNITU - ARA 24

Fázové přeměny § PERLITICKÁ PŘEMĚNA § Přeměna Ausenitu na Perlit nebo Bainit = Feg Fea Tvorba 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. Cementit Austenit (a) Nová kolonie perlitu Ferit Austenit (b) Cementit Austenit (c) 25

Fázové přeměny § BAINITICKÁ PŘEMĚNA Bainit = nelamelární feriticko-karbidická směs 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) 27

Rozpad austenitu °C O A 1 A’ B IRA A °C ARA B’ O austenit Ac 1 I II čas III A B austenit + perlit IV V VI čas (log. stupnice) 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 29

Podeutektoidní ocel A 3 Acm A 1 A 3 A 1 30

Nadeutektoidní ocel A 3 Acm A 1 31

Použitá literatura § http: //ljinfo. blogspot. cz/ 32

Děkuji za pozornost 33