technické slitiny železa fe3c

Technické slitiny železa
Technické slitiny železa jsou slitiny železa, uhlíku a dalších prvků.
Rozdělení podle obsahu uhlíku
do 2,11% C - železa kujná - ocele
nad 2,11% C - železa nekujná - šedá litina, surová železa
Ocel je slitina železa, uhlíku (do 2,11%), doprovodných prvků a legur.
Šedá litina je slitina železa, uhlíku (kolem 3%) a dalších prvků (zejména křemíku, manganu, fosforu a síry).
Čisté železo
Jedná se o polymorfní kov.
Vyskytuje se ve dvou alotropických modifikacích
železo α(β, δ) - krychlová prostorově středěná mřížka
železo γ - krychlová plošně středěná mřížka
Hustota 7874 kg.m-3, teplota tání 1539°C, součinitel teplotní roztažnosti 2,715.10-5.
Následující obr. zachycuje křivku ohřevu čistého železa
Teplota 1539°C - teplota tání
Teplota 1392°C - přeměna Feγ na Feδ
Teplota 911°C - přeměna Feα(β) na Feγ
Teplota 760°C - Curieova teplota, železo ztrácí feromagnetické vlastnosti a stává se paramagnetické, mřížka
se nemění
Roztavené
Fe
1539
1392
ϑ [°C]
Fe δ
Feγ
Tuhé Fe
911
Feβ
760
Feα
čas
Na vlastnosti technických slitin Fe působí velmi výrazně především uhlík.
Uhlík se může v technických slitinách železa vyskytnout jako
tuhý roztok (ferit)
cementit (Fe3C)
grafit
Karbid i grafit mají velmi odlišné vlastnosti (viz tabulka) od železa nebo tuhého roztoku uhlíku v železe. Jejich přítomnost ve struktuře slitin železa s uhlíkem bude v závislosti na způsobu vyloučení, tvaru a množství
částic velice ovlivňovat vlastnosti slitin. Způsob vyloučení uhlíku závisí především na obsahu uhlíku a na rychlosti ochlazování. Při větších obsazích uhlíku vzniká při pomalém ochlazování grafit, při rychlém ochlazování se
vylučuje karbid. Naproti tomu při malých obsazích uhlíku nelze prakticky ani při nejpomalejším ochlazování
dosáhnout vyloučení grafitu.
Dále samozřejmě ovlivňují vlastnosti slitin železa jak doprovodné prvky při výrobě (např. síra, fosfor, mangan, křemík, měď nebo plyny, dusík, vodík, kyslík) a legury - přísady (chrom, nikl,mangan, křemík, molybden,
wolfram, vanad, kobalt, titan, hliník, měď, niob).
V dalším textu se soustředíme pouze na vliv uhlíku.
SPŠ Kolín
1
FOB
Rovnovážný diagram metastabilní soustavy Fe - Fe3C
Solidus
Likvidus
1539
T
ϑ[°C]
T+A
A
T+CI
ACm
AC3
911
L
A+CII+L
L+CI
A+CII
A+F
727
AC1
F+P P P+CII
0 % C 0,765
100% Fe
P+CII+LTR
2,11
LTR
4,3
LTR+CI
6,678
C [ %]
Strukturní složka
Označ.
Ferit
F
Austenit
A
Cementit
CI, CII, CIII,
Perlit
P
Grafit
G
Ledeburit
L
Charakteristika
Tuhý roztok uhlíku v Fe α. Je hlavní strukturní součásti nízkouhlíkových ocelí. Je měkký (HB ≅ 75),
málo pevný (Rm ≅ 260 MPa), dobře tvárný, feromagnetický.
Tuhý roztok uhlíku v Fe γ. Je dobře tvárný, plastický.
Je nemagnetický.
Karbid železa - Fe3C. Je tvrdý (HV ≅ 650). Nemá
alotropické přeměny.
Eutektoid - směs feritu a cementitu. Tvrdost asi 190 350 HB, pevnost - Rm 700 až 1200 MPa.
Je měkký, drobivý a jeho tvárnost a pevnost jsou
v porovnání se železem nepatrné (Rm asi 10 až
20 MPa)
Eutektikum - směs austenitu a cementitu (pod teplotou
A1 směs perlitu a cementitu). Je tvrdý a křehký.
Likvidus - horní křivka - nad touto křivkou se vyskytuje kapalná fáze. Při ochlazování na této teplotě začíná
krystalizace.
Solidus - pod touto křivkou existuje tuhá fáze.
Mezi likvidem a solidem se vedle sebe vyskytují krystaly a tavenina.
Na základě tohoto diagramu rozdělujeme ocele na
podeutektoidní obsah C do 0,765%
eutektoidní obsah C 0,765%
nadeutektoidní obsah C nad 0,765%
Teplota Acm - segregační teplota
Teplota Ac1 a Ac3- překrystalizační teploty
Krystalizace - změna kapalné fáze kovu v tuhou
Překrystalizace- změna krystalové mřížky (v tuhém stavu)
SPŠ Kolín
2
FOB