Wykresy równowagi układu

żelazo-węgiel

• Stabilny żelazo – grafit

• Metastabilny żelazo – cementyt

UKŁAD RÓWNOWAGI FAZOWEJ

Ż

ELAZO-CEMENTYT

ż

elazo – cementyt (Fe - Fe

3

C)

Schemat wykresu układu równowagi fazowej

ż

elazo-węgiel i żelazo-cementyt

Fe

C

C, % masy

t, ºC

6,67
Fe

3

C

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) 1394-538ºC

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 – Fe

3

C

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 – Fe

3

C

Ferryt α jest to roztwór stały graniczny węgla

w żelazie Fe

α

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 – Fe

3

C

• Cementyt Fe

3

C jest to faza międzymetaliczna

(węglik żelaza)
o wzorze stechiometrycznym Fe

3

C. Zawartość

węgla 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.

Fe

3

C

I

II

III

Ferryt α
+Perlit

Fe – Fe

3

C

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%

T

em

p

er

at

u

ra

[

o

C

]

F

er

ry

t

α

P

er

li

t

L

ed

ebur

y

t p

rz

em

ie

n

ion

y

C

em

en

ty

t

F

e

3

C

0,008

Ledeburyt
przemieniony +
Fe

3

C

I

L

ed

ebur

y

t

Perlit + Fe

3

C

II

+ ledeburyt
przemieniony

Perlit +
Fe

3

C

II

Ferryt α
+ Fe

3

C

III

Austenit γ

Austenit γ + Ferryt α

Austenit γ
+ Fe

3

C

II

Austenit γ + ledeburyt+
Fe

3

C

II

ledeburyt+ Fe

3

C

I

Fe

3

C

I

+ciecz

ciecz

Austenit γ + ciecz

Ferryt α

[δ]

+

Austenit γ

F

er

ry

t

α

[δ

]

Ciecz + Ferryt α [δ]

6,67

727

o

C

1148

o

C

912

1394

1495

1538

A

B

E

C

D

F

K

S

G

P

Q

J

N

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 się

rozpuszczalności 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

+ L

0,53

⇔ γ

0,17

Schemat przemiany perytektycznej

L

4,3

⇔ (

γ

0,16

+ Fe

3

C

6,7

) = ledeburyt

2. Przemiana eutektyczna

1147ºC

ledeburyt ⇔ ledeburyt przemieniony (perlit+Fe

3

C)

727 ºC

% masy C

składnik strukturalny

• Ledeburyt jest to mieszanina eutektyczna

austenitu i Fe

3

C powstały z cieczy o

składzie chemicznym 4,3%C w stałej
temperaturze 1148 ºC.

ledeburyt

Stop podeutektyczny

Stop nadeutektyczny

LEDEBURITE DIC

3

.

Przemiana eutektoidalna

γ

0,76

⇔ (

α

0,022

+ Fe

3

C

6,7

) = perlit

727ºC

% 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