Wykresy równowagi układu

żelazo-węgiel

• Stabilny żelazo – grafit

• Metastabilny żelazo – cementyt

UKŁAD RÓWNOWAGI FAZOWEJ ŻELAZO-CEMENTYT

żelazo – cementyt (Fe - Fe3C)

Schemat wykresu układu równowagi fazowej żelazo-węgiel i żelazo-cementyt

Fe CC, % masy

t, ºC

6,67 Fe3C

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) 1394-1538ºC

2. γ 912-1394ºC

RPC

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 – Fe3CFerryt 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. Zawartośćwęgla 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

Ferryt α

+Perlit

Fe – Fe3C

1000

1200

1400

1600

200

400

600

800

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Zawartość C%

Tem

per

atura

[oC

]

Fer

rytα

Per

lit

Led

ebury

t p

rzem

ien

ion

y

Cem

enty

t F

e 3C

0,008

Ledeburyt

przemieniony +

Fe3CI

Led

ebury

t

Perlit + Fe3CII

+ ledeburyt

przemieniony

Perlit +

Fe3CII

Ferryt α

+ Fe3CIII

Austenit γ

Austenit γ + Ferryt α

Austenit γ

+ Fe3CII

Austenit γ + ledeburyt+

Fe3CII

ledeburyt+ Fe3CI

Fe3CI+ciecz

ciecz

Austenit γ + cieczFerryt α [δ]

+ Austenit γ

Fer

ryt α

[δ]

Ciecz + Ferryt α [δ]

6,67

727oC

1148oC

912

1394

1495

1538 AB

E C

D

F

K

S

G

P

Q

JN

H

Wykres układu równowagi fazowej żelazo – cementyt z opisem struktury stopów w układzie

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 sięrozpuszczalności 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

L 4,3 ⇔ (γ0,16 + Fe3C6,7) = ledeburyt

2. Przemiana eutektyczna

1147ºC

ledeburyt ⇔ ledeburyt przemieniony (perlit+Fe3C)727 ºC

% masy C

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

γ0,76 ⇔ (α0,022 + Fe3C6,7) = perlit727ºC

% masy C

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