dopisz się do newslettera:

A A A

Układ żelazo - węgiel


 

Wykres żelazo-węgiel

 

Stop żelaza z węglem – stopy, w których węgiel rozpuszczany jest w żelazie. Węgiel może występować w nich w postaci węgla czystego – grafitu, roztworu stałego w sieci krystalicznej ferrytu lub austenitu albo jako węglik żelaza, np. Fe3C, zwanego cementytem[1] [2].

 

Stopy zawierające poniżej 2,11% (wg norm polskich zaś europejskich 1,75%) węgla to stale lub staliwo, a powyżej tej zawartości to żeliwo.

 

Wraz ze wzrostem udziału węgla struktura stopu żelaza z węglem przybiera odmienne formy:

 

  • przy bardzo niewielkiej zawartości węgla, poniżej 0,0218% udaje się uzyskać niemal czyste żelazo α zwane ferrytem.
  • przy zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu
  • przy zawartości węgla 4,3%, w krzepnącym stopie, powstaje ledeburyt, który w czasie dalszego chłodzenia w temperaturach poniżej 723°C przekształca się w ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektyką.
  • przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy podeutektoidalne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu.
  • stopy w zakresie 0,77% do 2,11% – stale nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu i cementytu.
  • stopy o zawartości węgla powyżej 2,11% (żeliwo), są mieszaninami ledeburytu przemienionego i perlitu (do 4,3% węgla) lub cementytu (powyżej 4,3% węgla). W przypadku stosunkowo wolnego chłodzenia w stopach tych może także wystąpić grafit.

 

Wykres równowagi układu żelazo-węgiel - jest to wykres fazowy węgla w stopie z żelazem. Pierwszą, najczęściej wykorzystywaną i omawianą część wykresu nazywa się także wykresem żelazo - cementyt. Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w stopie, na osi pionowej temperatura. Z wykresu można odczytać jaką strukturę posiada stop, przy założeniu równowagowego procesu wytwarzania. Przy, na przykład, szybkim chłodzeniu stop może zachowywać się w inny sposób (na przykład granica rozpuszczalności węgla w ferrycie wzrasta wraz z wielkością przechłodzenia).

 

Należy zaznaczyć, że jest to tylko fragment wykresu równowagi układu żelazo-węgiel (zwany wykresem żelazo-cementyt), zawarty pomiędzy 0% a 6,69% (czasem mówi się 6,67%) węgla. Nazwa pochodzi od nazwy faz na granicach wykresu - z lewej jest żelazo (Fe), a z prawej cementyt (Fe3C). Jest on najbardziej istotny ze względów praktycznych, gdyż większe stężenie węgla powoduje zbyt dużą kruchość stopu.

 

Charakterystyczne punkty wykresu

 

Układ metastabilny

żelazo - cementyt

Układ stabilny

żelazo - węgiel

Punkt

stężenie węgla

przy temp.

Punkt

stężenie węgla

przy temp.

A

0 %C

1538 °C

A

0 %C

1538 °C

H

0,09 %C

1495 °C

H

0,09 %C

1495 °C

J

0,17 %C

1495 °C

J

0,17 %C

1495 °C

B

0,53 %C

1495 °C

B

0,53 %C

1495 °C

N

0 %C

1394 °C

N

0 %C

1394 °C

D

6,67 %C

1227 °C

D'

∞(?) %C

∞(?) °C

C

4,3 %C

1148 °C

C'

4,26 %C

1154 °C

E

2,11 %C

1148 °C

E'

2,08 %C

1154 °C

F

6,67 %C

1148 °C

F'

6,67 %C

1154 °C

G

0 %C

912 °C

G

0 %C

912 °C

M

0,0168 %C

770 °C

M

0,0168 %C

770 °C

O

0,45 %C

770 °C

O

0,45 %C

770 °C

P

0,0218 %C

727 °C

P'

0,0205 %C

738 °C

S

0,77 %C

727 °C

S'

0,68 %C

738 °C

K

6,67 %C

727 °C

K'

6,67 %C

738 °C

Q

0,008 %C

20 °C

Q

0,008 %C

20 °C

 

 

Charakterystyczne linie wykresu.

 

Linia

Stan skupienia

Przemiana

Opis

AB

Likwidus

Początek wydzielania fazy α(δ)

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania fazy α(δ)

BC

Likwidus

Początek wydzielania fazy γ

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania fazy γ

CD

Likwidus

Początek wydzielania cementytu pierwotnego z roztworu ciekłego

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania cementytu

AH

Solidus

Koniec krzepnięcia fazy α(δ)

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w kryształach fazy α(δ)

HJB

Linia przemiany perytektycznej

 

ciecz (B) + roztwór α(δ)(H)CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór γ (J)

JE

Solidus

Koniec krzepnięcia fazy γ

Odpowiada stężeniu węgla w kryształach roztworu γ

ECF

Linia przemiany eutektycznej

 

ciecz (C) CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór γ (E) + cementyt (F)

HN

 

Początek przemiany alotropowej roztworu α(δ) w wyniku tworzenia się kryształów roztworu γ

 

JN

 

Koniec przemiany roztworu α(δ) w roztwór γ

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ w wyniku przemiany α(δ) w γ oraz γ w α(δ)

ES

 

Początek wydzielania cementytu wtórnego w roztworze stałym

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ

GOS

 

Początek przemiany alotropowej roztworu γ w roztwór α

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ w wyniku tworzenia się kryształów roztworu α

MO

Linia przemiany magnetycznej

 

roztwór paramagnetyczny CHŁODZENIEN/NAGRZEWANIE roztwór α ferromagnetyczny

GMP

 

Koniec przemiany alotropowej roztworu γ w roztwór α

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze α

PSK

Linia przemiany eutektoidalnej

 

roztwór γ (S) CHŁODZENIEN/NAGRZEWANIE roztwór α (P) + cementyt (K)

PQ

 

Początek wydzielania cementytu trzeciorzędowego

Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze α

 

 

Nasze oddziały + przejdź do mapy