1

•

Przemiana jednej fazy w drugą wymaga zwykle

czasu; przemiany dyfuzyjne

•

Jak szybkość przemiany zależy od czasu i

temperatury? Jaka jest kinetyka przemiany?

•

Jak można spowolnić przemiany, aby otrzymać

struktury odbiegające od stanu równowagi.

• J

akie są własności mechaniczne nierównowagowych

struktur? czy są lepsze, czy gorsze?

Fe



(Austeni
t)

Przemiana

eutektoidalna

C

RSC

Fe

3

C

(cementyt)



(ferryt)

+

(RPC)

Przemiany fazowe

2

Przemiany Fazowe

Zarodkowanie

– zarodki służą jako „nasiona”, z których

wyrastają kryształy

– szybkość przyłączania atomów do zarodka musi

być wieksza od szybkości odrywania się atomów

– uformowany zarodek wzrasta, aż do osiągnięcia

stanu równowagi

Siłą pędną zarodkowania jest wzrost T

– przechłodzenie
– przegrzanie

Małe przechłodzenie  niewiele zarodków – duże

kryształy

Duże przechłodzenie  gwałtowne zarodkowanie –

wiele zarodków, małe kryształy

3

Proces Zarodkowania

• Zarodkowanie jednorodne (homogeniczne)

– zarodki tworzą się w całej objętości ciekłego metalu
– wymaga znacznego przechłodzenia (zwykle 80-300°C max)

• Zarodkowanie niejednorodne

(heterogeniczne)

– znacznie łatwiejsze, ze względu na obecność

stabilnych „zarodków”

• Mogą to być ściany wlewnicy lub cząstki

zanieczyszczeń w fazie ciekłej

– krzepnięcie może zachodzić z przechłodzeniem

zaledwie 0.1 - 10ºC

4

Szybkość Przemian Fazowych (1)

Kinetyka

–

dochodzenie do stanu

równowagi w czasie; układy
równowagi czasowej

Stała temparatura i pomiar przemiany w

czasie

Fale dźwiękowe – jedna

próbka

Przwodnictwo elektryczne

Dyfrakcja rentgenowska – wiele

próbek

Jak mierzyć postęp przemiany?

Dylatometria

5

Szybkość Przemian Fazowych (3)

Równanie Avrami’ego =>

y

= 1- exp (-k

t

n

)

– k & n stałe dla danej próbki
(niezależne od czasu)

Cały materiał
przemieniony

log t

U

ła

m

e

k

p

rz

e

m

ie

n

io

n

y

,

y

Stała T

ułamek
przemieniony

czas

0.5

Umowa:

v = 1 /

t

0.5

Szybkość maksymalna

t

0.5

szybkość wzrasta – wzrasta
powierzchnia, zarodki rosną

szybkość
przemiany

6

Szybkość reakcji jest wynikiem

zarodkowania i

wzrostu

Przykład: stal o zaw. 0.76 %C

Zarodkowanie i Wzrost

% Perlit

0

50

100

Zarodkowanie

Wzrost

log

(czas)

t

0.5

Szybkość zarodkowania wzrasta z T

Szybkość wzrostu wzrasta z T

T tuż poniżej

T

E

Mała szybkość zarodkowania

Szybkość wzrostu duża



kolonia

perlitu

T średnio poniżej

T

E



Średnia szybkość zar.

Szybkość wzrostu średnia

Szybkość zarodkowania duża

T dużo poniżej

T

E



Szybkość wzrostu mała

7

Szybkość Przemian Fazowych (4)

• Ogólnie, szybkość wzrasta, gdy T 

v = 1/

t

0.5

= A e

-Q/RT

– R = stała gazowa
– T = temperatura (K)
– A = współczynnik (stała)
– Q = energia actywacji

Równanie Arrheniusa

v - często małe:
równowaga nie
jest możliwa!

8

Szybkość Przemian Fazowych (2)

Żelazo i Stal

• Stal

– stop żelaza zawierający do ok. 2% węgla

• Stale Niestopowe

– stale zawierające ok. 0.03%

do 1.2% C

(oraz niewielką zawartość innych pierwiastków

pochodzących z procesu wytwarzania)

• Stale Stopowe

– znacząca zawartość innych

pierwiastków (np. Ni, Cr, Mo, W, V, .....)

– niskostopowe (mniej niż 5% każdego z pierwiastków)
– wysokostopowe (więcej niż 5% jednego z pierwiastków)

• Stale Odporne na Korozję - stale

zawierające co

najmniej 10,5% Cr i nie więcej niż 1,2% C

,

• Żeliwa

- 2 - 4% C

9

Stal – ważny materiał

konstrukcyjny

• Fe – piąty pierwiastek w skorupie ziemskiej
• może być wytwarzana stosunkowo tanio i w

dużych ilościach do szerokiej gamy
zastosowań

• wykazuje niezwykle szeroki zakres własności

mechanicznych

• łatwość recyklingu

10

stale

–

szeroko stosowany materiał

konstrukcyjny (ok. 80% masy wszystkich
stopów stosowanych w przemyśle) –
Dlaczego?

Stal niestopowa

• Stal miękka

– stop żelaza i ok. 0.1 -

0.25% C

(stal ogólnego zastosowania, używana, gdy

ważna jest plastyczność, np. karoserie samochodowe,
konstrukcie łączone przez spawanie)

• Stal średniowęglowa

- 0.20 - 0.50% C

(narzędzia rolnicze, wały, skrzynie biegów, niektóre
narzędzia, itp..)

• Stal wysokowęglowa

– więcej niż 0.50% C

(gdy twardość i wytrzymałość jest bardziej pożądana niż
plastyczność – narzędzia, piły, młoty, wiertła, nożyce itp.

11

Struktura krystaliczna żelaza (1)

12

Żelazo alfa (,

ferryt

) występuje do 912°C

Żelazo gamma (,

austenit

) wyst. między 912 and

1394°C

Żelazo delta (,

ferryt delta

) wyst. od 1394°C do

temperatury topnienia, 1538°C

komórka elementarna
ferrytu

komórka elementarna
austenitu

Struktura krystaliczna żelaza (1)

13

Atomy węgla są małe i zajmują miejsca pomiędzy atomami
żelaza

Dwa rodzaje luk, w których mogą znajdować się
atomy węgla w strukturach RPC i RSC

Luki w strukturze RSC

Luki w strukturze RPC

14

Przemiany Fazowe w Stalach

•

Może zachodzić w:

...727ºC

...poniżej 727ºC (“przechłodzenie”)

•

Przem. Eutektoidalna w Fe-C







+

Fe

3

C

0.76% C

0.022% C

6.7% C

Fe

3

C

1600

1400

1200

1000

800

600

400

0

1

2

3

4

5

6

6.7

L



(austenit)

+L



+Fe

3

C

 +Fe

3

C

L+Fe

3

C



(Fe)

C

o

, % mas. C

1148°C

T(°C)



ferryt

727°C

Eutektoid:

T

transf

.

= 727

º

C

T

Przechłodzenie T

transf.

< 727



C

0

.7

6

0

.0

2

2

15

Przemiana Eutektoidalna

(Perlityczna)

Perlit gruby



powstaje w wyższej T – bardziej

miękki

Perlit drobny



powstaje w niższej T - twardszy

Konieczna

dyfuzja C











• Wzrost perlitu z austenitu:















kierunek

wzrostu

perlitu

Austenit ()

grnica

ziarna

cementyt (Fe

3

C)

Ferryt ()



• Szybkość
przemiany
wzrasta z T.

675°C

(T mniejsze)

0

50

y

(

%

p

e

rl

it

u

)

600°C

(T większe)

650°C

100

16

Wykresy przemian fazowych

Układ fazowy Fe – C nie uwzględnia czasu
potrzebnego na osiągniecie stanu równowagi, tzn. że:

Układ Fe – C nie rozróżnia wolnego i szybkiego
chłodzenia.

Wolne
chłodzenie

mikrostruktur
a Fe-Fe

3

C

Szybkie
chłodzenie

Martenzyt

Jaka mikrostruktura pomiędzy tymi szybkościami?
- Wykresy Czas – Temperatura – Przemiana

dyfuzja

brak dyfuzji

17

Wykresy Przemian

Izotermicznych

• Układ Fe-C, C

o

= 0.76 wt. %

C
• Przemiana w T = 675°C.

100

50

0

1

102

104

T = 675°C

y

,

%

p

rz

e

m

ia

n

y

czas (s)

400

500

600

700

1

10

10

2

10

3

10

4

10

5

0%

pe

rlit

10

0%

50

%

Austenit (stabilny)

T

E

(727C)

Austenit

(niestabilny)

Perlit

T(°C)

czas (s)

przemiana izotermiczna w 675°C

Krzywe na wykresach
CTP mają kształt litery
c, gdyż zarówno w
pobliżu temperatury
równowagi, jak i w
temperaturach
niskich, w których
ustają procesy
dyfuzyjne, czas
potrzebny do
rozpoczęcia
przemiany jest bardzo
długi

18

• Skład Eutektoidalny, C

o

= 0.76 wt. % C

• Początek w T > 727°C
• Gwałtowne chłodzenie do 625°C i izotermiczne
wytrzymanie

Wpływ historii chłodzenia

400

500

600

700

0%

pe

rlit

10

0%

50

%

Austenit (stabilny)

T

E

(727C)

Austenit

(niestabilny)

Perlit

T(°C)

1

10

102

103

104

105

czas (s)

 



 



Poszczególne
krzywe na
wykresie dotyczą
zwykle początku
przemiany, 50%
przemiany i końca
przemiany

19

Przemiany w stopie

nadeutektoidalnym

Skład nadeutektoidalny – cementyt nadeutektoidalny,
tzw.

cementyt wtórny

lub

cementyt drugorzędowy



C

O

= 1.13% mas.

C

T

E

(727°C)

T(°C)

czas (s)

A

A

A

+

C

P

1

10

10

2

10

3

10

4

50
0

70
0

90
0

60
0

80
0

A

+

P

Fe

3

C

(

ce

m

e

n

ty

t)

1600

1400

1200

1000

800

600

400

0

1

2

3

4

5

6 6.7

L



(austenit)

+L



+Fe

3

C

 +Fe

3

C

L+Fe

3

C



(Fe)

C

o

, %C

T(°C)

727°C

T

0

.7

6

0

.0

2

2

1

.1

3

20

Nierównowagowe Produkty

Przemiany

• Bainit:

-  listwy lub płytki z długimi wydz.
Fe

3

C

- przem. pośrednia

• Wykres CTPi

Fe

3

C

(cementyt)

5 m

(ferryt)

10

10

3

10

5

czas (s)

10

-1

400

600

800

T(°C)

Austenit (stabilny)

200

P

B

T

E

0%

10

0%

50

%

granica perlit/bainit

A

A

100% bainit

100% perlit

Przemianę austenitu w bainit
nazywa się

przemianą

bainityczną

. Przemiana ta

wykazuje pewne cechy
przemian dyfuzyjnych oraz
bezdyfuzyjnych i z tego
względu jest również nazywana
przemianą pośrednią. Bainit jest
mieszaniną przesyconego
ferrytu i węglików.

21

Wykresy CTPi

CP – perlit gruby

CF – perlit
drobny

A – austenit

M – martenzyt

B – bainit

22

Wykresy CTPc

Dla praktyków
większe znaczenie
mają wykresy

CTPc

,

gdyż podczas
przemysłowej
obróbki cieplnej
zachodzi ciągła
zmiana temperatury
obrabianych
elementów.
Jakościowo wykresy

CTPc

są względem

wykresów CTPi
przesunięte w prawo
oraz w kierunku
niższych temperatur.

23

Obróbka cieplna stali

• Jeżeli stal ma być twarda i wytrzymała, musi

zostać zahartowana; jest jednak wtedy krucha

• Jeżeli wymagana jest duża plastyczność, to

stal powinna byc chłodzona bardzo wolno.
Wtedy stal jest miękka i formowalna, jednak
wykazuje małą wytrzymałość i twardość

• Jeżeli wymagana jest zarówno wytrzymałość i

plastyczność, to należy dodać pierwiastków
stopowych; to jednak znacznie podraża stal

24

a) Wyżarzanie

b) Hartowanie

Podstawy Obróbki cieplnej stali

c)

c) Odpuszczanie

czas (s)

10

10

3

10

5

10

-1

400

600

800

T(°C)

Austenit (stabilny, jednorodny)

200

P

B

T

E

0%

10

0%

50

%

A

A

M + A

M + A

0%

50%
90%

a
)

b)

We wszystkich tych
procesach stal jest
nagrzewana stosunkowo
wolno do zadanej
temperatury,
wytrzymywana i
chłodzona.

Szybkość chłodzenia

decyduje o
mikrostrukturze, a więc
też o

własnościach

mechanicznych

25

Wpływ Pierwiastków Stopowych

Pierwiastki stopowe opóźniają przemianę



  + Fe

3

C

(wyjątek: Co)

T(°C)

10

-1

10 10

3

10

5

0

200

400

600

800

czas (s)

M(start)

M(90%)

przesunięcie

od A do B

B

A

T

E

Pierwiastki, które nie tworzą węglików w stalach:

Ni, Co, Si,

Al, (Mn)

Pierwiastki węglikotwórcze:

Cr, W, Mo, V, Ti, Nb

Rodzaje węglików w
stalach:

M

3

C

- Fe

MC

- V, W, Mo, Nb, Ti

M

7

C

3

- Cr

M

23

C

6

- Cr, także W, Mo

M

2

C

- W, Mo

Zmiana T

eutektoid

Te

m

p

.E

u

te

to

id

(°

C

)

% mas. pierwiatska

Ni

Mn

Cr

W

Si

Mo

Ti

Pierwiastki
austenitotwór
cze

Pierwiastki
ferrytototwór
cze

26

Wpływ Pierwiastków Stopowych

Pierwiastki
węglikotwórcze:
Cr, W, Mo, V, Ti,
Nb,

Pierwiastki, które nie tworzą węglików w
stalach:
Ni, Co, Si, Al, (Mn)

Rodzaje
węglików w
stalach:

M

3

C - Fe

MC - V, W, Mo,
Nb, Ti
M

7

C

3

- Cr

M

23

C

6

- Cr, także

W, Mo
M

2

C - W, Mo

27



(RSC)



(RPC)

+

Fe

3

C

Tworzenie Martenzytu

wolne
chłodzenie

odpuszczanie

hartowani
e

M (TPC)

M = martenzyt

struktura kryst.

tetragonalna przestrzennie centrowana
(TPC, gdy C > 0.15% mas.)
TPC  mało systemów poślizgu 

twarda, krucha

Przemiana
bezdyfuzyj
na

28

przemiana  w M

- jest bardzo szybka!
- % przem. zależy tylko od
T

Przemiana Martenzytyczna

Igły (płytki) Martenzytu

Austenit szczątkowy

6

0



m

10

10

3

10

5

czas (s)

10

-1

400

600

800

T(°C)

Austenit

200

P

B

T

E

A

A

M + A

M + A

M + A

0%

50%

90%

0%

10

0%

50

%

• Austenit może zawierać do ok.

10% at. węgla, który może

pozostać w roztworze w wyniku

szybkiego chłodzenia

• Podczas chłodzenia zachodzi

przemiana fazy  w fazę 

• Resultat: przesycony roztwór

stały węgla w ferrycie.

• Ferryt nie ma już struktury

regularnej, lecz tetragonalną.
Jest to

martenzyt

.

szybkość krytyczna

29

Tworzenie martenzytu

• Martenzyt

tworzy się, gdy atomy węgla mają zbyt mało

czasu aby przedyfundować i utworzyć ferryt i cementyt
(perlit).

• Minimalna szybkość chłodzenia zapewniająca utworzenie

martenzytu nazywa się

krytyczną szybkością

chłodzenia

.

• Krytyczna szybkość chłodzenia zależy od zawartości

węgla (i pierwiastków stopowych)

:

mniej węgla – wieksza szybkość krytyczna

• Przemiana martenzytyczna jest procesem

bezdyfuzyjnym

.

Martenzyt jest fazą metastabilną

tylko dlatego, że dyfuzja węgla została zatrzymana

.

• Gdy martenzyt zostanie ogrzany do temperatury, w której

atomy węgla staną sie ruchliwe, to atomy węgla
oddyfundują z zajmowanych pozycji i utworzą węgliki

.

Tworzenie Martenzytu -

Krystalografia

30

Strukturę krystaliczną martenzytu można uzyskać ze
struktury austenitu w rezultacie jednorodnej deformacji
struktury krystalicznej, która jest nazywana

deformacją

Baina

. Bain wykazał, że w dwie komórki elementarne

austenitu można wrysować elementarną tetragonalną
komórkę, a następnie po jej spęczeniu w kierunku osi c o
ok. 19% i wydłużeniu w kierunkach osi a o ok. 14%
otrzymuje się komórkę elementarną martenzytu.

31

Własności martenzytu

Wpływ zawartości węgla na parametr komórki
austenitu i parametry a i c martenzytu

c/a = 1 + 0,045 A (%
C)

32

Martenzyt

•Szybkość przemiany martenzytycznej jest porównywalna

z szybkością rozprzestrzeniania się dźwięku w stali.

•Wzrost poszczególnych płytek martenzytu zachodzi

bardzo szybko.

•Postęp przemiany, w miarę obniżania temperatury, jest

realizowany dzięki tworzeniu się nowych płytek

33

Martenzyt

Dwa typy martenzytów:

martenzyt listwowy

(masywny)

oraz

martenzyt płytkowy

(zbliźniaczony lub iglasty).

W

martenzycie listwowym

odkształcenie Baina zachodzi

jedynie w wyniku poślizgu - duża gęstość dyslokacji, (10

15

-

10

16

m

–2

).

W

martenzycie płytkowym

odkształcenie Baina prowadzi do

powstania bardzo dużej liczby drobnych (o grubości ok. 5 nm)
bliźniaków oraz również do zwiększenia gęstości dyslokacji

34

Tworzenie martenzytu

Przemiana austenitu w martenzyt
rozpoczyna się w temperaturze

M

s

(

Martensite start

) Przemiana

przebiega w miarę obniżania
temperatury aż do osiagnięcia
temperatury

M

f

(

Martensite finish

)

Temperatury M

s

i M

f

zależą silnie od

zawartości węgla.

Ze względu na bardzo duże znaczenie
praktyczne temperatury M

s

w stalach,

czyniono wiele prób mających na celu
ustalenia zależności między składem
stali i temperaturą M

s

. Jedna z takich

zależności ma postać:

Ms ( ̊C) = 561 − 474 · (% C) − 33 · (% Mn) − 17 · (% Ni) − 17 · (%
Cr) − 21 · (% Mo)

35

Własności martenzytu

Martenyt jest kruchy

bo:

• atomy węgla są uwięzione w

lukach, które sa od nich mniejsze
– powstają duże naprężenia;

• powstaje olbrzymia liczba

dyslokacji (jak podczas
odkształcenia plastycznego);
dyslokacje te blokują poślizg
innych dyslokacji;

• struktura krystaliczna ma

mniejszą symetrię: tetragonalną
a nie regularną.

36

Hartowność

Hartownością

nazywamy zdolność stali do

tworzenia struktury martenzytycznej w procesie
hartowania

Wszystkie pierwiastki
stopowe przesuwają
wykresy CTP w prawo

Wyjątek: Co

Więcej
pierwiastków
stopowych

Lepsza Hartowność

Najmniejszą szybkość
chłodzenia, przy której nie
tworzą się jeszcze dyfuzyjne
produkty przemiany austenitu,
nazywa się

krytyczną

szybkością chłodzenia

37

Hartowność

Próba Jominy'ego

Zależność twardości od odległości od czoła próbki

24°C woda

próbka

(nagrzana do  )

zeszlifowanie

Pomiar
twardości
(Rockwell C)

Tw

a

rd

o

ść

,

H

R

C

Odległość od czoła

38

Dlaczego twardość zmienia się z

odległością?

odległość od czoła

Tw

a

rd

o

ść

,

H

R

C

20

40

60

0

1

2

3

600

400

200

A

M

A



P

0.1

1

10

100

1000

T(°C)

M(s)

czas (s)

0

0%

100%

M(f)

M

art

en

zy

t

M

art

en

zy

t +

Pe

rlit

Dro

bn

y P

erl

it

Pe

rlit

39

• Wpływ ośrodka chłodzącego:

Ośrodek

powietrze

olej

woda

Intens. chłodzenia

mała

średnia

duża

Twardość

mała

średnia

duża

• Wpływ kształtu:

Gdy wzrasta stosunek powierzchni do objętości:

- szybkość chłodzenia wzrasta
- twardość wzrasta

Położenie

środek

powierzchnia

Szybkość

chłodzenia

mała

duża

Twardość

mała

duża

Hartowanie

40

Hartowność - "efekt masy"

41

Odpuszczanie Martenzytu

Odpuszczanie

- Obróbka

cieplna, polegająca na
nagrzaniu (

do

temperatury poniżej
temp. przemiany

)

zahartowanej stali w celu
poprawy własności
plastycznych (

ciągliwości

i udarności

)

Jedną z najlepszych
kombinacji własności
wytrzymałościowych i
plastycznych uzyskują
stale po odpuszczaniu
struktury
martenzytycznej.

42

Odpuszczanie Martenzytu

• eliminacja kruchości martenzytu,
• redukcja naprężeń hartowniczych.

•

Spadek R

m

, R

e

lecz wzrost % A

•

Bardzo drobne (dyspersyjne)

cząstki

Fe

3

C

są otoczone przez





9



m

Re (MPa)

Rm (MPa)

800

1000

1200

1400

1600

1800

30

40

50

60

200

400

600

Temp.

(°C)

%A

Rm

Re

%A

43

Pierwiastki Stopowe i

Odpuszczanie

Odpuszczanie
stali
stopowych

1. Opóźnienie

spadku twardości

2. Nowe węgliki

stopowe

3. Umocnienie

Dyspersyjne

44

Zmiany Strukturalne podczas

Odpuszczania

• Stdium I (do 250

o

C)

– Zarodkowanie weglików przejściowych (lubczęściowa

utrata tetragonalności martenzytu

• Stadium II (200 - 300

o

C)

– Rozkład austenitu szczątkowego na ferryt i cementyt

• Stadium III (250 - 350

o

C)

– Zamiana weglików przejściowych przez cementyt; całkowita

utrata tetragonalności martenzytu

• Stadium IV (powyżej 350

o

C)

– Rozrost i sferoidyzacja cementytu; rekrystalizacja osnowy

ferrytycznej

• Stadium V – tylko w stalach stopowych (powyżej

450

o

C)

– Zamiana cementytu przez wegliki stopowe, twardość wtórna

Przegląd Przemian Fazowych w

Stalach

Austenit

Perlit +

faza przedeutektoidalna

Bainit

Martenzyt

wolne
chłodzenie

umiarkowan
e chłodzenie

gwałtowne
chłodzenie

martenzyt odpuszczony

(ferryt + węgliki)

podgrzanie

46

Wyżarzanie:

nagrzanie do

T

wyż

+ wolne chłodzenie

Obróbka cieplna

Rodzaje

Wyżarzania

•

Wyżarzanie rekrystalizujące

•

Odprężanie

: Zmniejszenie

naprężeń wywołanych przez:

-odkształcenie plastyczne

-niejednorodne chłodzenie

-przemiany fazowe.

•

Normalizowanie (stali)

Nagrzanie powyżej T

E

&

b. wolne chłodzenie

(drobne ziarno).

•

Homogenizacja

Nagrzanie do
temperatury poniżej
solidus w celu
ujednorodnienia składu
chemicznego

•

Sferoidyzacja

(stali):

Zmiękczanie stali w celu uzyskania

lepszej obrabialności. Nagrzanie

tuż poniżej T

E

& wytrzymanie

15-25

h.

Normalizowanie

47

48

Sferoidyzacja

Wyżarzanie sferoidyzujące
- poprawia obrabialność i
formowalność

- zwykle obróbka podkrytyczna –
bez przemiany fazowej

-

perlit

zmienia swoją morfologię z

płytkowej na kulkową

49

Własności Mechaniczne

• Więcej % C: R

m

i R

e

wzrastają, %A maleje.

• Wpływ % C

C

o

< 0.76 % C

Pod

eutekt.

Perlit

ferryt (miękki)

C

o

> 0.76 % C

Nad

eutekt.

Perlit

Cementyt

(twardy)

300

500

700

900

1100

Re(MPa)

Rm(MPa)

% C

0

0.5

1

hardness

0

.7

6

Pod-

Nad-

% C

0

0.5

1

0

50

100

%A

U

d

a

rn

o

ść

(

Iz

o

d

,

ft

-l

b

)

0

40

80

0

.7

6

Pod

Nad-

50

Układ Fe-C: Własności

Mechaniczne

• Perlit drobny vs. Perlit gruby vs. sferoidyt

• Twardość:

• Plastyczność (%):

drobny > gruby > sferoidyt
drobny < gruby < sferoidyt

80

160

240

320

%C

0

0.5

1

HB

perlit

drobny

perlit

gruby

sferoidyt

Podeut.

Nadeut.

0

30

60

90

%C

(

%

R

p

o

w

.)

perlit

drobny

perlit

gruby

sferoidyt

Podeut.

Nadeut.

0

0.5

1

51

Własności Mechaniczne (cd)

• Perlit drobny vs. Martenzyt:

• Twardość: drobny perlit << martenzyt

0

200

% C

0

0.5

1

400

600

HB

martenzyt

drobny perlit

Podeut.

Nadeut.

52

Podsumowanie: Opcje Procesów

Austenit ()

Bainit

( + Fe

3

C płytki/igły)

Perlit

( + płytki Fe

3

C +

fazy przedeutektoid.

Martenzyt

(faza TPC

przemiana

atermiczna

Martenzyt

Odpuszczony

( + b. drobne

Cząstki Fe

3

C)

wolne

chłodzenie

średnie

chłodzenie

szybkie

chłodzenie

ogrzanie

W

y

tr

zy

m

a

ło

ść

C

ią

g

liw

o

ść

martenzyt

bainit

drobny perlit

gruby perlit

sferoidit

Ogólny Trend

53

Przykład – Stale szybkotnące

Skład
Chemiczny

C

0.7 -

1.6%
W

0 - 20%

Mo

0 - 10%

Cr

4 - 5%

V

1 - 5%

Co

0 - 15%

Wymagania:

• Duża twardość
• Odporność na mięknięcie w

podwyższonej
temperaturze

• Odporność na pękanie

(udarność)

• Odporność na ścieranie

54

Stale Szybkotnące II

Pierwiastki
węglikotwórcze:

V

MC

W

M

6

C, MC, M

2

C

Mo

M

6

C, MC

Cr

M

32

C

6

,

55

Obróbka termomechaniczna

Jednoczesne zastosowanie obróbki cieplnej i
przeróbki plastycznej

Cel:

Rozdrobnienie mikrostruktury

Stale HSLA

-

H

igh

S

trength

L

ow

A

lloy Steels

Stale mikrostopowe, stale z mikrododatkami

Skład chemiczny:

max. 0,2% C
1.5% Mn
Nb, Ti, V, Al < 0.15%

56

Kontrolowane walcowanie

57

Stale dwufazowe (DP)

58

Mikrostruktury z układu Fe - C

Ferryt

Ferryt + Perlit

59

Mikrostruktury z układu Fe - C

Ferryt + Perlit

Struktura
Widmanstattena

60

Mikrostruktury z układu Fe - C

Ferryt + Perlit

Mikroskop
Elektronowy

Mikroskop

świetlny

61

Mikrostruktury z układu Fe - C

Perlit + Cementyt II (wtórny)

62

Mikrostruktury po chłodzeniu

Martenzyt

Martenzyt +
Austenit
szczątkowy (biały)

63

Mikrostruktury po chłodzeniu

Bainit górny

Bainit dolny

64

Mikrostruktury po chłodzeniu

Drobny perlit (ciemny)

65

Mikrostruktury po odpuszczaniu

Martenzyt odpuszczony

Mikroskop

świetlny

Mikroskop

elektronowy

transmisyjny

66

Mikrostruktury po odpuszczaniu

Sferoidyzacja cementytu

Mikroskop

elektronowy

transmisyjny

Mikroskop

świetlny

67

Żeliwa

Żeliwo

– Stop Fe-C z zawartością węgla większą

niż 2% C

Rodzaje żeliw:

Szare

(najpowszechniejsze)

Białe

(najbardziej kruche)

Ciągliwe

(wyższej jakości)

Sferoidalne

68

Żeliwo szare

69

Żeliwo szare

70

Żeliwo białe

71

Ledeburyt

72

Żeliwo ciągliwe

73

Żeliwo sferoidalne