123 3

Węgiel jest metaloidem o liczbie atomowej 6 i liczbie masowej 12,01. Pierwiastek ten występuje w trzech odmianach alo-tropowych, niezależnych od temperatury - jako grafit, diament i fulleren, różniących się od siebie sposobem ułożenia atomów w przestrzeni i naturą występujących pomiędzy nimi wiązań.

W stopach żelaza węgiel może znajdować się w stanie rozpuszczonym w roztworach stałych międzywęzłowych a lub y (ferryt lub austenit), wolnym - grafitu, bądź w postaci związa-nej w węglik Fe₃C, zwany cementytem. Zawartość węgla w cementyci*>| wynosi 6,67% ciężarowych. Cementyt jest fazą nietrwałą i w pew^|^!/

nych warunkach na przykład podczas długotrwałego wygrzewania ft

■

w podwyższonych temperaturach, ulega rozkładowi, czyli grafity-

M

żuje zgodnie z reakcją:

^Fe3^C

3Fe+C

(graf ii)

(13-1)

Z tego powodu wyróżnia się dwa wykresy równowagi fazowej układu żelazo-węgiel: układ metastabilny Fe-Fe C,    . (li-

3 (cementyO

nia ciągła) układ stabilny Fe-C, .... (linia przerywana)-- rys. 13.2.

Podstawowe znaczenie techniczne ma układ metastabilny Fe-Fe₃C. Z tego też względu układ ten należy do najczęściej badanych wśród układów równowagi. Następstwem tego są poprawki wprowadzane na wykresie równowagi faz tego układu. Wynikają one ze stosowania składników układu o coraz większej czystości i doskonalenia metod badawczych. Poprawki dotyczą zawartości węgla oraz temperatur w charakterystycznych punktach układu, przy nie zmienionej zasadniczej postaci wykresu. Na wykresie układu równowagi fazowej poszczególne punkty oznacza się zawsze jednakowymi literami, a odpowiadające im współrzędne podano, w tablicy 13.1. W tablicy zamieszczono dane odnoszące się zarówno do wcześniejszych jak i obecnie stosowanych wersji wykre

su. Dane dotyczące stabilnego omówione w ćwiczeniu 15.

wykresu Fe-C

(gr af i t >

zostaną

Fazami stałymi układu Fe-Fe₃C są:

ferryt, austenit i ce

mentyt .

Zakres istnienia tych faz w układzie Fe-Fe₃C

prąedsta-

wia rys. 13.2a. Linia wyznaczona punktami A B C D jest linią likwidusu układu. Powyżej tej linii istnieje faza ciekła - roztwór ciekły węgla w żelazie. Linia A H J E C F D jest linią so~ lidusu, poniżej której stopy znajdują się w stanie krystalicznym.

Tablica 13.1

Współrzędne punktów charakterystycznych układu Fe-Fe₃C

Oznaczenie punktu	Zawartość węgla w % cięż. wg [1] wg [2]		Temperatura w °C wg [1] wg [2]
A	0,00	0,00	1536	1538
B	0,51	0,53	1496	1495
C	4,30	4,30	1147	1148
D	6,67	6,67	ok.1250	Ok.1250
E	2,06	2,11	1147	1148
F	6,67	6,67	1147	1148
G	O o o	0,00	910	912
H	0,10	0,09	1496	1495
J	0,16	0,17	1496	1495
K	6,67	6,67	723	723
M	0,00	0,00	769	770
N	0,00	0,00	1391	1394
0	0,50	0,47	769	770
P	0,02	0,021	723	723
Q	0,008	0,008	Ok. 20	ok. 20
s	0,80	0,77	723	723

Ferryt jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w Fe_a o strukturze A2. Rozpuszczalność węgla w ferrycie zmienia się od 0,02% przy temperaturze eutektoidalnej 723°C do 0,008% Przy temperaturze pokojowej, a w odmianie wysokotemperaturowej od 0% przy 1394°C do 0,09% przy temperaturze perytektycznej 1495°c. Jest to faza miękka, plastyczna o małej wytrzymałości na rozciąganie tablica 13.2. Na obrazie mikroskopowym ferryt

237