Temat: Wykres żelazo-węgiel.
1. Substancje krystaliczne mogą występować w 7 odmianach krystalograficznych zwanych układami:
a) ukÅ‚ad regularny (a=b=c, Ä…=²=Å‚= 90o)
b) ukÅ‚ad tetragonalny (a=b`"c, Ä…=²=Å‚= 90o)
c) ukÅ‚ad heksagonalny (a=b`"c, Ä…=²= 90o Å‚=120o)
2. Metale tworzą komórki sieciowe złożone; nazywamy je komórkami strukturalnymi. Mamy następujące
komórki strukturalne sieci:
a) regularna płasko (ściennie) centryczna  A1 (RSC)  aluminium, ołów, miedz
, srebro, złoto, nikiel, Fe ł,
b) regularna przestrzennie centryczna  A2 (RPC)  wanad, chrom, niob, wolfram, molibden, Fe Ä…,
c) heksagonalna zwarcie wypełniona  A3 (HZW)  cynk, tytan, mangan
3. Niektóre substancje, zależnie od warunków mogą występować w różnych postaciach krystalicznych,
różniących się budową i własnościami (fizycznymi, chemicznymi, mechanicznymi). Są to odmiany
alotropowe tej samej substancji zwane też poliformią.
Odmiany alotropowe posiadają: żelazo ą, żelazo ł, kobalt, cyna, mangan, tytan
> 1400 oC - żelazo wysokotemperaturowe A2 - Fe ą, (kiedyś było to Fe" delta)
910-1400 oC - A1 - Fe Å‚,
do 910 oC - żelazo ma sieć A2 - Fe ą, (przemiana
ferromagnetyczna)
4. Prawidłowe rozmieszczenie atomów w sieci przestrzennej i wynikająca stąd różna
gęstość ułożenia atomów w poszczególnych płaszczyznach jest przyczyną anizotropii.
Dlatego też mamy różne własności kryształów, zależne od kierunku badania.
Anizotropia dotyczy własności: fizycznych, chemicznych, mechanicznych. Np. moduł
sprężystości wzdłużnej kryształu żelaza zmienia się (1,3*105MPa-2,9*105 MPa) zależnie
od kierunku.
5. Układ stopów żelaza z węglem. Fe-Fe3C
Obejmuje stopy żelaza z węglem o zawartości do 6,67 %C, odpowiadającej zawartości węgla w
cementycie. Układ jest wynikiem badań wielu uczonych, które zapoczątkował w 1868 roku D.K. Czernow.
6. Składniki strukturalne stopów żelaza:
1) Ferryt  jest to roztwór stały węgla w żelazie ą krystalizujący w układzie RPC eutektoidalnej (723oC)
wynosi 0,025%, a w temp. 20oC  0,008%.
Prawie czyste żelazo o niedużej twardości
(od 50-70 HB) o bardzo dużej
plastyczności. Do temp. 768 oC ferryt jest
ferromagnetyczny, a powyżej
paramagnetyczny. W ukł. Występują dwa
obszary ferrytu: w polu linii GPQ, oraz
AHN (ferryt wysokotemperaturowy). Ma
zbliżone własności do żelaza, z tym że
własności wytrzymałościowe RM i HB
zwiększają się w miarę rozpuszczania się
w nim innych składników.
Rys. Stal węglowa o zawartości 0,45%C w stanie
wyżarzonym o strukturze gruboziarnistej.
Widoczne ciemne pola perlitu i jasne ziarna
ferrytu. 5% Nital. Powiększ.100x
2) Austenit  roztwór stały węgla w żelazie ł
o zawartości węgla do 2,06% w temp.
1147oC (E) krystalizujący w układzie
RSC (A1), o dużej plastyczności, podczas
powolnego chłodzenia poniżej temp.
723oC (S)  0,8% rozkłada się na ferryt,
cementyt i perlit. W stalach węglowych
austenit jest trwały powyżej temp. 723oC,
wykazuje przewodnictwo elektryczne i
jest najgęstszy ze wszystkich składników
stopów żelaza. W temp. otoczenia
wykazuje dobre właściwości plastyczne
przy dużej wytrzymałości RM=690-780
MPa, twardość 200 HB, duża udarność.
3) Cementyt  węglik żelaza o zawartości węgla do 6,67%, bardzo twardy (około 800 HB) i kruchy,
podczas nagrzewania do wysokich temperatur rozkłada się na ferryt i węgiel. Rozróżniamy 3 formy:
FeCI pierwotny krystalizujÄ…cy z roztworu
ciekłego węgla w żelazie w zakresie temp.
1600 oC (D) do temp. 1147oC; FeCII wtórny
wydzielający się w stanie stałym z
austenitu wskutek malejÄ…cej
rozpuszczalności węgla w żelazie ł wg linii
(ES); FeCIII trzeciorzędowy wydzielający
siÄ™ z ferrytu na skutek malejÄ…cej
rozpuszczalności węgla w żelazie ą wg linii
(PQ). Pod mikroskopem cementyt
wykazuje jasne zabarwienie, utrudniajÄ…ce
odróżnienie go od ferrytu, nie ujawnia
granic ziarn.
Rys. Cementyt ziarnisty (sferoidyt) w stali o
zawartości ok. 1% C. Traw. 5% nitalem.x500
4) Perlit  jest to eutektoidalna mieszanina ferrytu i cementytu zawierajÄ…ca 0,8%C (tj. 87% ferrytu i 13%
cementytu). Powstaje z eutektoidalnej
przemiany rozkładu austenitu w temp.
723oC. W stalach wolno chłodzonych ma
budowÄ™ pasemkowÄ… w postaci na przemian
ułożonych płytek ferrytu i cementytu lub
ziarnisty, podczas ogrzewania można
zmienić budowę perlitu płytkowego na
ziarnisty, który ma lepsze właściwości
mechaniczne niż płytkowy, stal o zawartości
0,8% ma czystÄ… strukturÄ™ perlitycznÄ…. Przy
powiększeniu perlit ma budowę płytkową,
gdzie twardy trudno trawiÄ…cy siÄ™ cementyt
wystaje ponad miękki ferryt. Stosunek
grubości płytek cementytu do ferrytu wynosi
1:3. Własności mechaniczne perlitu
RM=620-820 MPa, HB 196-225, A 15-20%,
zależą od postaci tworzących go faz.
5) Ledeburyt  jest to eutektyczna
mieszanina austenitu i cementytu,
tworząca się przy krzepnięciu z cieczy o
zawartości 4,3%C w temp. 1147oC. Po
ochłodzeniu do temp. 723oC austenit
ledeburytu przemienia siÄ™ w perlit, tak
że poniżej tej temp. występuje
mieszanina perlitu i cementytu, przy
czym zasadniczy charakter i uziarnienie
ledeburytu zostajÄ… zachowane, taka
eutektyka nosi nazwÄ™ ledeburytu
przemienionego. Ledeburyt cechuje
wysoka twardość (440-510 HB) a
zarazem znaczna kruchość.
6) Grafit- jest składnikiem strukturalnym
surówek szarych i pstrych. Gęstość
grafitu jest znacznie mniejsza od żelaza.
Temperatura topnienia 3500ºC. Jest
słabym przewodnikiem elektrycznym.
Rys. Mikrostruktura szarego ZL25. Traw. Nital.
Pow.200x
7. Oznaczenie linii w układzie Fe-Fe3C
AB  likwidus, początek wydzielania się kryształów ferrytu wysokotemperaturowego,
BC  likwidus, początek wydzielania się kryształów austenitu,
CD  lidwidus, poczÄ…tek wydzielania siÄ™ cementytu pierwotnego,
AH  solidus, koniec krzepnięcia ferrytu,
HB  linia przemiany perlitycznej
Ciecz (B)+ kryształy ferrytu (H) (chłodzenie/nagrzewanie) kryształy austenitu (J)
w tym HJ  solidus
JE  solidus koniec krzepnięcia austenitu
DF  solidus, wydzielanie się z cieczy kryształów cementytu pierwotnego,
ECF  linia krzepnięcia eutektyki ledeburytycznej
Ciecz (C) (chłodzenie/nagrzewanie) ledeburyt (austenit (E) + Fe3C)
HN  poczÄ…tek przemiany alotropowej ferrytu w austenit,
JN  koniec przemiany ferrytu w austenit,
ES  początek wydzielania się cementytu wtórnego,
GOS  poczÄ…tek przemiany alotropowej austenitu,
MO  linia przemiany magnetycznej,
GP  koniec przemiany alotropowej austenitu w ferryt,
PSK  linia przemiany eutektoidalnej (perlitycznej)
austenit (S) (chłodzenie/nagrzewanie) perlit (ferryt (P) + Fe3C)
PQ  początek wydzielania się cementytu trzeciorzędowego.
8. Pełny układ żelazo-węgiel