Fémtan, anyagvizsgálat II. LGB_AJ025

Vas- karbon ötvözetrendszer

Vas- Karbon diagram

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.

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

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.

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.

Színvas hevítési és lehűlési görbéje (allotróp átalakulás van ) .

Fe-Fe3C ötvözetek diagramja

Vasötvözetek kristályosodásának vizsgálata Fe-Fe3C rendszer

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.

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.

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)

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.

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

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

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.

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.

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

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

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)

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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

Fe-Fe3C rendszer szövetelemei kétfázisú, heterogén szövetelemek: ledeburit, eutektikum. 1147 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.

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

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

Hipoeutektoidos acélok kristályosodása 1

Hipoeutektoidos acélok kristályosodása 2

Hipoeutektoidos acélok szilárd állapotban történő átalakulása

Hipoeutektoidos acélok kristályosodása és átalakulása (folyékony állapottól szobahőmérsékletig)

A hipoeutektoidos acélok szövetszerkezete szobahőmérsékleten

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

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

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

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

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

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

Hipereutektoidos acélok kristályosodása és átalakulása pl. 1 % C

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

A fázisok és a szövetelemek mennyiségének meghatározása szerkesztéssel

Vasötvözetek egyensúlyi szövetszerkezetének vizsgálata Öntöttvasak Fe-Fe3C rendszer

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.

Hipoeutektikus öntöttvas kristályosodása és átalakulása Fe - Fe3C rendszer

Hipoeutektikus öntöttvas kristályosodása és átalakulása pl. 3 %C

Hipoeutektikus öntöttvas kristályosodása és átalakulása

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

Hipereutektikus öntöttvas Primer cementit N 50 x N 300x ledeburit

Vas - Grafit diagram

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

Hipoeutektikus öntöttvas kristályosodása és átalakulása

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

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

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.

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.

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

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

Öntöttvas diagramok Maurer diagram

Öntöttvas diagramok Greiner - Klingenstein diagram

Gyakorlati öntöttvasak

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

Gömbgrafitos öntöttvas Ferrites Ferrit - perlites ferrit perlit Grafit