Fémtan, anyagvizsgálat II. LGB_AJ025

Az előadások a következő témára: "Fémtan, anyagvizsgálat II. LGB_AJ025"— Előadás másolata:

1 Fémtan, anyagvizsgálat II. LGB_AJ025

2 Vas- karbon ötvözetrendszer

3 Vas- Karbon diagram

4 Heyn - Charpy féle ikerdiagram
A két diagram közül természetesen csak az egyik felelhet meg az egyensúlyi állapotnak! Melyik a stabil? már 700 C felett megfigyelhető a Fe3C felbomlása Fe3C  3 Fe + C a grafitos (szaggatott) vonalak a magasabb hőmérsékleteken haladnak.

5 Tehát A vas-grafit (Fe - C) rendszer a stabil
Az Fe - Fe3C rendszer a metastabil

6 A vasötvözetek csoportosítása
töretük alapján a grafitos ötvözetek, mindig a kis szilárdságú grafit mentén törnek, így töretük a grafit hatására szürke. A vaskarbidot tartalmazó ötvözetek töret fémes, tehát fehér.

7 A Fe-Fe3C ötvözetek diagramja
A karbidos rendszer esetében olyan egyensúlyi diagramról van szó, ahol az egyik komponens a szín vas, a másik pedig a vaskarbid. A diagram koncentráció egyenesén megállapodás szerint a C %-át tüntetjük fel. A rendszer első függőlegese a szín vas lehűlési görbéjének pontjait mutatja, és a diagramot a Fe3C függőlegeséig ábrázoljuk.

8 Színvas hevítési és lehűlési görbéje (allotróp átalakulás van )
.

9 Fe-Fe3C ötvözetek diagramja

10 Vasötvözetek kristályosodásának vizsgálata
Fe-Fe3C rendszer

11 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Kristályosodás az AB likvidusz szerint
A vas dermedése 1536 C-on az A pontban történik. A két alkotós ötvözetben, ha az egyik alkotó oldja a másikat, és szilárd oldat keletkezik, a dermedés a hőmérséklet változása közben történik. A vas térközepes köbös  fázisában oldott C a  szilárd oldat. Kristályosodásának kezdetét jelzi az AB likvidusz, végét az AH szolidusz.

12 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Kristályosodás az BC likvidusz szerint
1392 C alatt, egészen 4,3 % C-ig a kristályosodás a BC likvidusz és a JE szolidusz szerint  szilárd oldat formájában történik. Ezt a szilárd oldatot Robert Austenről, ausztenitnek nevezik.

13 Ausztenit Az ausztenit - interszticiós szilárd oldat (A lapközepes köbös rácsú Fe-ban oldott C) Korlátozottan oldja a karbont, maximális C oldó képessége 2,06% (1147 C°-on, minimális 0,8% (723 C°-on)

14 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Kristályosodás az CD likvidusz szerint
A nagy C tartalmú ötvözetek kristályosodása Fe3C kristályosodásával (szövetelemi neve cementit) kezdődik a CD likvidusz és a DF szolidusz szerint.

15 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Eutektikum kristályosodása
A C pontban metszi egymást a két likvidusz, tehát eutektikus kristályosodás jön létre. Az eutektikum 1147 C (ECF vonal) képződik: olvadékC(4,3%)E(2,06%) + Fe3C(6,67%) Az eutektikum neve Ledebur angol tudós nyomán ledeburit

16 Kemény, rideg, kopásálló
Ledeburit 1147 C°-on képződik 4,3 %C olvadékból. Fázisai : ausztenit és vaskarbid. Az ausztenit szekunder cemenetit kiválás után perlitté alakul Kemény, rideg, kopásálló Az ausztenitből képződött perlit vaskarbid

17 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Peritektikus reakció
A vas rácsszerkezete 1392 C -on megváltozik a t.k.k.-ből l.k.k. megy át. A    allotróp átalakulás a szilárd oldatban is végbemegy. Sz=1. Az allotróp átalakulás kezdő görbéje az NH, befejező görbéje az NJ. A H pontban két görbe metszi egymást. A  kristályosodásának végét jelző szolidusz (AH), és az allotróp átalakulás kezdetét jelző (NH) görbe.

18 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Peritektikus reakció
Ebben a pontban (H) az F = 3 (olvadék, térközepes köbös  és a lapközepes köbös ). A Gibbs féle fázisszabály szerint F = 3 esetén a szabadsági fokok száma Sz = 0 , a folyamatnak állandó hőmérsékleten kell végbemenni.

19 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Peritektikus reakció
A folyamatot peritektikus folyamatnak nevezzük: és 1493 C-on játszódik le. H + olvadékB = J

20 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Szilárd állapotban végbemenő átalakulások
Allotróp átalakulás a lapközepes köbös  ausztenit a szín vas A3 pontjából kiinduló GS kezdő és GP befejező görbék által meghatározott hőmérséklet közben térközepes köbös  szilárdoldattá, szövetelemi nevén ferritté alakul

21 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Szilárd állapotban végbemenő átalakulások
A ferrit  szilárd oldat, térközepes köbös rácsú -Fe-ban intersztíciósan oldott C. Maximális C oldóképessége 723 C°-on 0,025 % (P pont) minimális szobahőmérsékleten 0,006 % (Q pont)

22 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Szilárd állapotban végbemenő átalakulások
Az ausztenit - interszticiós szilárd oldat - korlátozottan oldja a karbont, maximális C oldó képessége 2,06% (E). Az ausztenit korlátozott karbonoldóképességének vonala az SE, az oldhatatlanná váló C e vonal mentén Fe3CII formájában válik ki.

23 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Szilárd állapotban végbemenő átalakulások
A szegregációvall, diffúzióval kiváló Fe3CII az ausztenit krisztallitohatárok találkozási pontjában illetve a krisztallithatáron jelenik meg, mert itt nagyobb a diffúzió sebessége.

24 Eutektoidos folyamat Az S pontban metszi egymást az allotróp átalakulás kezdő(GS) és a korlátozott oldóképesség (ES) vonala. F =3, ezek a l.k.k. rácsú , a keletkező t.k.k. rácsú  és a Fe3C. Mint tudjuk F = 3 esetén Sz = 0 , tehát a folyamatnak állandó hőmérsékleten kell lejátszódni.

25 Eutektoidos folyamat Az eutektoidos folyamat 723 C -on a PSK vonal-on játszódik le az alábbi módon: S(0,8%)  P(0,025%) + Fe3C A keletkező kétfázisú szövetelemet, eutektoidot perlitnek nevezzük.

26 Perlit A keletkező perlit kétfázisú szövetelem, eutektoid
723 C°-on képződik S(0,8%)  P(0,025%) + Fe3C

27 Fe-Fe3C egyensúlyi diagram Szilárd állapotban végbemenő átalakulások
Az allotróp átalakulással képződő t.k.k. rácsú  szilárd oldat is korlátozottan oldja a karbont. A korlátozott oldékonyság vonala a PQ, ami az oldhatatlanná váló C -nak Fe3CIII, formában való kiválását mutatja. A Fe3CIII olyan kis mennyiségű, hogy általában elhanyagoljuk.

28 Fe-Fe3C egyensúlyi fázisai
olvadék  szilárd oldat , ferrit ( térközepes köbös vasnak és a karbonnak intersztíciós szilárdoldata). Maximális C oldóképessége 723 C-on 0,025% (P pont), minimális C oldóképessége 20 C-on 0,006 % (Q pont).  szilárd oldat ( térközepes köbös vasnak és a karbonnak intersztíciós szilárdoldata). Maximális C oldóképessége 1493 C-on 0,1 % (H pont)  szilárd oldat, ausztenit ( lapközepes köbös vasnak és a karbonnak intersztíciós szilárdoldata). Maximális C oldóképessége 1147 C-on 2,06 % (E pont), minimális C oldóképessége 723 C-on 0,8 % (S pont). Fe3C vaskarbid, vagy cementit, a vas és a karbon intersztíciós vegyülete.

29 Fe-Fe3C rendszer szövetelemei
Az Fe-Fe3C rendszerben egy és kétfázisú szövetelemeket különböztethetünk meg. Ezek: egyfázisú, homogén szövetelemek:  szilárd oldat , ferrit  szilárd oldat, ausztenit Fe3C vaskarbid, vagy cementit

30 Fe-Fe3C rendszer szövetelemei
kétfázisú, heterogén szövetelemek: ledeburit, eutektikum C-on képződik 4,3 % C olvadékból. Fázisai a képződés hőmérsékletén  és Fe3C. perlit, eutektoid. 723 C-on képződik, 0,8 % C -ból. Fázisai:  és Fe3C.

31 A vasötvözeteket a diagram alapján csoportosíthatjuk
2,06% karbon tartalomig acélokról, az annál nagyobb karbon tartalom esetén nyersvasakról, vagy öntöttvasakról beszélünk. Az ötvözeteket tovább az eutektikus és az eutektoidos ponthoz képesti helyzetük szerint osztályozzuk. A C<0,8 %-nál acélok hipoeutektoidos, ha C>0,8 %g hipereutektoidos acélok, C < 4,3 %-nál öntöttvasakat hipoeutektikus, a C>4,3 % hipereutektikus öntöttvasaknak

32 Az acélok egyensúlyi állapotának vizsgálata az Fe-Fe3C egyensúlyi diagram alapján

33 Hipoeutektoidos acélok kristályosodása 1

34 Hipoeutektoidos acélok kristályosodása 2

35 Hipoeutektoidos acélok szilárd állapotban történő átalakulása

36 Hipoeutektoidos acélok kristályosodása és átalakulása (folyékony állapottól szobahőmérsékletig)

37 A hipoeutektoidos acélok szövetszerkezete szobahőmérsékleten

38 (alkoholos salétromsav)
0,15 % C Szövetszerkezet: ferrit + perlit N 200x Marószer: nitál (alkoholos salétromsav) ferrit perlit

39 0,25 % C Szövetszerkezet: ferrit + perlit N 200x Marószer: nitál

40 0,35 % C Szövetszerkezet: ferrit + perlit N 200x ferrit perlit

41 0,45 % C Szövetszerkezet: ferrit + perlit N 200x N 500x ferrit perlit

42 0,60 % C Szövetszerkezet: ferrit + perlit N 200x N 500x ferrit perlit

43 A C tartalom hatása a szövetszerkezetre
A C tartalom növekedésével csökken a ferrit és nő a perlit mennyisége

44 Hipereutektoidos acélok kristályosodása és átalakulása pl. 1 % C

45 Hipereutektoidos acél C 1,3 %
Szövetszerkezet perlit+ szekunder cementit N 250 x Marószer: Nitál perlit Szekunder cementit (hálós)

46 A fázisok mennyiségének meghatározása
A fázisok és szövetelemek mennyiségének meghatározása szobahőmérsékleten A fázisok mennyiségének meghatározása

47 A fázisok mennyiségének meghatározása
. az emelőszabály segítségével történik. A kiválasztott ötvözet pl. 0,3 %C Szobahőmérsékleten:  és Fe3C fázisokból áll. A konódát szobahőmérsékletre húzzuk be. Két végpontja : 0,006 % és Fe3C6,67 % Az emelő alátámasztási pontja az ötvözetjelző vonal, jelen esetben 0,3 % C

48 A fázisok mennyiségének meghatározása 0,3 % C ötvözet 20 C°-on

49 A fázisok mennyiségének meghatározása 1,0 % C ötvözet 20 C°-on

50 A fázisok mennyiségének meghatározása
Mivel a két fázis együtt 100 %, ezért az egyik fázis ismeretében a másik a  vagy Fe3C = összefüggéssel meghatározható

51 A szövetelemek mennyiségének meghatározása
A fázisok és szövetelemek mennyiségének meghatározása szobahőmérsékleten A szövetelemek mennyiségének meghatározása

52 A szövetelemek mennyiségének meghatározása Hipoeutektoidos acélok
A fázisok és szövetelemek mennyiségének meghatározása szobahőmérsékleten A szövetelemek mennyiségének meghatározása Hipoeutektoidos acélok

53 Hipoeutektoidos acélok szilárd állapotban történő átalakulása
A szövetelemek szobahőmérsékleten ferrit és perlit a tercier cementit elhanyagolható!

54 A szövetelemek mennyiségének meghatározása
A szövetelemek mennyiségének meghatározásánál a tercier cementit mennyiségét elhanyagoljuk, ezért az emelő a PS vonal A1 hőmérséklet fölé T hőmérséklettel rajzolható. A konóda két végpontja: 0,8% és 0,025%. Az itt található 0,8% eutektoidos összetételű ausztenit alakul át perlitté, tehát mennyisége a perlit mennyiségével egyenlő.

55 A szövetelemek mennyiségének meghatározása 0,3 % C ötvözet 20 C°-on

56 A szövetelemek mennyiségének meghatározása 1,0 % C ötvözet 20 C°-on

57 A szövetelemek mennyiségének meghatározása
de az egyik szövetelem ismeretében a másik a  vagy perlit = 100 - szekunder cementit vagy perlit összefüggéssel meghatározható

58 A fázisok és a szövetelemek mennyiségének meghatározása szerkesztéssel

59 Vasötvözetek egyensúlyi szövetszerkezetének vizsgálata
Öntöttvasak Fe-Fe3C rendszer

60 Fe-Fe3C rendszer A karbidos rendszer szerint kristályosodó öntöttvasakat önálló szerkezeti anyagként nem használják, mivel nagyon kemények, nem alakíthatóak, a megmunkálásuk is nehézségeket okoz . A karbidos rendszer szerinti kristályosodás elsősorban azokra az ötvözetekre jellemző, amelyeket a továbbiakban az acélgyártás alapanyagaként használnak.

61 Hipoeutektikus öntöttvas kristályosodása és átalakulása
Fe - Fe3C rendszer

62 Hipoeutektikus öntöttvas kristályosodása és átalakulása pl. 3 %C

63 Hipoeutektikus öntöttvas kristályosodása és átalakulása

64 Hipoeutektikus öntöttvas
Szövetszerkezet: perlit + ledeburit + szekunder cementit perlit ledeburit

65 Hipereutektikus öntöttvas
Primer cementit N 50 x N 300x ledeburit

66 Vas - Grafit diagram

67 Vas - grafit egyensúlyi diagram Eutektikum kristályosodása 2
Az eutektikus reakció 1153 C-on: olvadékC (4,25%) E + C(grafit). A szövetelem neve grafitos eutektikum

68 Hipoeutektikus öntöttvas kristályosodása és átalakulása

69 Vas - grafit egyensúlyi diagram Eutektoidos folyamat
Az ausztenit átalakulása a grafitos rendszer szerint is végbemegy , mégpedig 738 C-on a PSK vonalon. S  P(0,025%) + grafit

70 Hipoeutektikus öntöttvas
ferrit A hipoeutektoidos öntöttvasak szövetszerkezete szobahőmérsékleten grafitos eutektikum, szekunder grafit és grafitos eutektoid. Mikroszkópon megfigyelve csak grafitot és ferritet látunk grafit

71 Grafitos öntöttvasak tulajdonságai
A grafitos rendszer szerint kristályosodó ötvözetek kiváló rezgés csillapítók, jó siklási tulajdonságaik vannak jól önthetők jól forgácsolhatók, ezért gyakori a szerkezeti anyagként való alkalmazásuk.

72 Grafitos rendszer 1 A stabil rendszer szerinti grafitos kristályosodás azonban a gyakorlatban csak akkor következik be, ha az ötvözetet nagyon lassan hűtjük, vagy az elegendőn sok Si-t tartalmaz.

73 Grafitos rendszer 2 perlit Kisebb Si, vagy gyorsabb hűtés esetén az ötvözet a karbidos rendszer szerint kristályosodik és kemény, rideg lesz ledeburit

74 Grafitos rendszer 3 perlit Gyakori az, hogy az ötvözet a grafitos rendszer szerint kristályosodik, de a karbidos rendszer szerint alakul át, így szövetszerkezete szobahőmérsékleten grafit és perlit grafit

75 Öntöttvas diagramok Maurer diagram

76 Öntöttvas diagramok Greiner - Klingenstein diagram

77 Gyakorlati öntöttvasak

78 Lemezgrafitos öntöttvas 250 (Öv 250)
Maratlan N 100x Marószer: Nitál N 250x Grafit lemez perlit

79 Gömbgrafitos öntöttvas
Ferrites Ferrit - perlites ferrit perlit Grafit