Wykres żelazo wegiel:

Stop żelaza z węglem – stopy, w których węgiel rozpuszczany jest w żelazie. Węgiel może występować w nich w postaci węgla czystego – grafitu lub węglika żelaza Fe₃C zwanego cementytem.

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:

1. przy bardzo niewielkiej zawartości węgla, poniżej 0,0218% udaje się uzyskać niemal czyste żelazo α zwane ferrytem.

2. przy zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu

3. 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.

4. przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy podeutektoidalne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu.

5. stopy w zakresie 0,77% do 2,11% – stale nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu i cementytu.

6. 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 żalazo (Fe), a z prawej cementyt (Fe₃C). Jest on najbardziej istotny ze względów praktycznych, gdyż większe stężenie węgla powoduje zbyt dużą kruchość stopu.

Staliwo, stal w postaci lanej w gotowych odlewach budowlanych, maszynowych lub in. W zależności od składu chemicznego rozróżnia się staliwo: węglowe (zawierające do 2% węgla oraz in. pierwiastki pochodzące z przerobu hutniczego) i stopowe (zawierające, oprócz węgla i składników pochodzących z procesu metalurgicznego, składniki stopowe, np. chrom, nikiel, mangan, krzem - wprowadzone w celu uzyskania żądanych własności mechanicznych, technologicznych i in.).
Własności mechaniczne staliwa są nieznacznie gorsze od własności stali o tym samym składzie chemicznym, przerobionej plastycznie.

Staliwa niestopowe

Ważnym materiałem konstrukcyjnym, stosowanym w postaci odlewow jest staliwo niestopowe. Otrzymuje się je w wyniku odlewania do form, w ktorych krzepnie,uzyskując wymagany kształt użytkowy.

Staliwa niestopowe (węglowe) dzieli się na dwie grupy podlegające odpowiednio

odbiorowi:

na podstawie własności mechanicznych,

na podstawie własności mechanicznych oraz składu chemicznego.

Skład chemiczny staliw węglowych według PN-ISO 3755:1994 zestawiono w tablicy. Znak staliwa składa się z dwoch liczb określających wyrażone w MPa wartości: minimalnej granicy plastyczności Re oraz minimalnej wytrzymałości na

rozciąganie Rm (np. 200–400), po ktorych, w przypadku staliw węglowych podlegających odbiorowi także na podstawie składu chemicznego, umieszczona jest litera W (np. 270–480W).

Staliwa niestopowe konstrukcyjne są także stosowane na odlewy do pracy pod ciśnieniem (tabl. 6.73, według PN-EN 10213-2:1999 i PN-EN 10213-3:1999). Staliwa te poddaje się wyżarzaniu normalizującemu (+N) z temperatury 900÷980°C lu b ulepszaniu cieplnemu (+QT) polegającemu na hartowaniu z temperatury 890÷980°C i odpuszczaniu w 600÷700°C. Oznaczenia tych staliw zaczynają się od litery G, po czym są identyczne z oznaczeniami odpowiadających im stali.

Oznaczenie :

Stale niestopowe o średniej zawartości manganu ≥1%, niestopowe stale automatowe i stale stopowe (z wyłączeniem stali szybkotnących) o zawartości każdego pierwiastka stopowego <5%.

Znak stali składa się z następujących składników:

• liczby określającej 100-krotną wartość wymaganej zawartości procentowej węgla,

• symboli pierwiastków chemicznych oznaczających składniki stopowe w stali (w kolejności malejącej zawartości pierwiastków, w przypadku identycznej zawartości dwóch lub więcej pierwiastków w kolejności alfabetycznej,

• liczb oznaczających zawartości poszczególnych pierwiastków stopowych w stali. Każda liczba oznacza średni procent pierwiastka pomnożony przez współczynnik wg tablicy 1. i zaokrąglony do najbliższej liczby całkowitej, liczby dotyczące poszczególnych pierwiastków należy oddzielić pozioma kreską,

• symboli dodatkowych zgodnie z normą.

Tablica 1

Przykład: Stal 28 Mn 6 (zastosowanie: części silnie obciążone,

pracujące przy dużych zmiennych obciążeniach zginających i

skręcających, np. wały, osie, koła krzywki, korbowody, dźwignie)

Wpływ węgla

Największy wpływ na strukturę i właściwości stali wywiera węgiel. Jak wiemy, od jego zawartości zależy czy stop Fe-C będzie żeliwem czy stalą podeutektoidalną, eutektoidalną czy nadeutektoidalną. To z kolei w istotny sposób wpływa na ich właściwości mechaniczne (patrz rysunek). Z wykresu widać, że wraz ze wzrostem zawartości węgla gwałtownie maleje plastyczność przy równoczesnym wzroście twardości, wytrzymałości na rozciąganie (R_m) i granicy plastyczności (R_e). Dwie ostatnie wielkości osiągają maksimum przy zawartości ok. 1%C, po czym ulegają obniżeniu ze względu na wzrost kruchości.Zarówno granica plastyczności, jak i wytrzymałość na rozciąganie wzrastają liniowo ze wzrostem zawartości węgla, ponieważ Fe₃C działa jako faza umacniająca, a udział Fe₃C w stali wzrasta liniowo ze wzrostem stężenia węgla. Plastyczność natomiast zmniejsza się gwałtownie gdy zawartość węgla rośnie, ponieważ granice α - Fe₃C w perlicie są dobrym miejscem do zarodkowanie pęknięć.

W wyniku zgniotu deformujemy sieć wewnętrzną. Deformując sieć krystaliczną wprowadzamy coraz więcej wad budowy krystalicznej. W wyniku zgniotu struktura się wydłuża w kierunku działania odkształcenia.