Kétalkotós ötvözetek. Vasalapú ötvözetek. Egyensúlyi átalakulások.

Átírás

1 Kétalkotós ötvözetek. Vasalapú ötvözetek. Egyensúlyi átalakulások. dr. Fábián Enikő Réka BMEGEMTAGM3-HŐKEZELÉS 2016/2017

2 Kétalkotós ötvözetrendszerekkel kapcsolatos alapfogalmak Az alkotók alapfém, alapötvöző a másik alkotó az ötvözőelem A kétalkotós rendszerben mindig egy hőmérséklet (T) - koncentráció (c) tengelyekkel jellemezhető síkbeli diagram jellemzi a rendszert kvázi-egyensúlyi diagram - állapotábra

3 Kétalkotós egyensúlyi diagramok általánosítható összefüggései Likvidusz csak görbe szakaszokból áll folyékony állapotban korlátlan oldódás Likvidusz ágainak száma = olvadékból kristályosodó (primer) fázisok száma Szilárd állapotbeli oldóképesség szolidusz alakja Szolidusz görbe alatta homogén mező Szolidusz vízszintes alatta heterogén mező

4 Kétalkotós egyensúlyi diagramok szerkesztése Elméleti úton: a szabad entalpia görbékből Kísérleti úton: ötvözetek hűlésgörbéiből (csak ezzel foglalkozunk)

5 Szilárd oldatok képződése

6 Az egyensúlyi diagram meghatározása a ötvözetek kísérleti hűlésgörbéi alapján

7 Állapotábrák elemzésének szabályai Minőségi és mennyiségi értékelés a % A fém, b % B fém (1 kg ötvözet) A fém mennyisége a/ kg B fém mennyisége b/ kg T l hőmérsékleten S fázis mennyisége x kg, L fázis tömege (1-x) L-ben lévő B fém mennyisége: [(b + d) / 100]. (1-x) S-ben lévő B fém mennyisége: [(b c) / 100]. x Tömegmegmaradás elve alapján a kettő összege b/ azaz átalakítva x = d / c+ d illetve 1 x = c / c + d Mennyiségi szabály a fordított karok szabálya mert x / 1-x = d / c

8 Egy egyszerű eutektikus rendszer állapotábrája a jellegzetes hűlésgörbékkel és szövetszerkezetekkel

9 Egyszerű eutektikus rendszer A két alkotó egymást folyékony állapotban korlátlanul oldja (a likvidusz csak görbe szakaszokat tartalmazhat) A két alkotó szilárd állapotban egyáltalán nem oldja egymást, (a szolidusz csak vízszintes egyenes szakaszokat tartalmazhat) Mivel a két alkotó sem szilárd oldatot, sem pedig fémes vegyületet nem képez, ezért a kristályosodás során az A és B színfémkrisztallitok elegyéből álló eutektikum keletkezik.

10 Állapotábra korlátolt szilárd oldóképességgel

11 Eutektikus rendszer stabil fémes vegyülettel

12 Eutektikus rendszer stabil fémes vegyülettel Jellemzői A két alkotó egymást folyékony állapotban korlátlanul oldja A primeren kristályosodó fázisok száma három A két alkotó szilárd állapotban egyáltalán nem oldja egymást, Az ötvözetrendszerben meghatározott összetételnél AmBn stabil fémes vegyület keletkezik. Az ötvözetrendszerben két eltérő összetételű eutektikum (E1 és E2) keletkezik.

13 A peritektikus reakció Olv A kétkomponensű rendszerben képződő peritektikum egy szilárd oldat, amely az adott rendszerben a peritektikus átalakulásnak megfelelő hőmérsékleten olvadékból és egy tiszta anyagból, azaz (elem és/vagy vegyület), vagy homogén szilárd oldatból, hőelvonás közben képződik.

14 Peritektoidos átalakulásnak A kétkomponensű rendszerben képződő peritektoid egy szilárd oldat, amely az adott rendszerben a peritektoidos átalakulásnak megfelelő hőmérsékleten két homogén szilárd oldatból, hőelvonás közben képződik.

15 Valós egyensúlyi állapotábrák

16 Valós egyensúlyi állapotábrák

17 Valós kétalkotós egyensúlyi állapotábrák

18 Valós kétalkotós egyensúlyi állapotábrák

19 Valós kétalkotós egyensúlyi állapotábrák

20 Valós kétalkotós egyensúlyi állapotábrák

21 Valós kétalkotós egyensúlyi állapotábrák

22 Valós kétalkotós egyensúlyi állapotábrák

23 Háromalkotós egyensúlyi fázisdiagramok

24 Valós háromalkotós egyensúlyi állapotábrák

25 Valós háromalkotós egyensúlyi állapotábrák

26 Valós háromalkotós egyensúlyi állapotábrák

27 Fe-Fe 3 C metastabil egyensúlyi diagram 27

28 Fe-Fe 3 C metastabil egyensúlyi diagram 28

29 Jellegzetes egyensúlyi szövetelemek vasötvözetekben Fe-Fe 3 C metastabil egyensúlyi diagram Ausztenit(A) Ferrit(F) Perlit (P) Cementit(C) Ledeburit (L)

30 Jellegzetes egyensúlyi szövetelemek ( metastabil) Szövetelem Fázisa(i) Képződés hűléskor Ausztenit (A) γ Likvidusz vonal alatt Ferrit (F) α GOS vonal alatt Perlit (P) α +Fe 3 C 723 C Ledeburit (L) γ+ Fe 3 C 1147 C primer cementit (C I ) Fe 3 C CD vonal alatt szekunder cementit Fe 3 C SE vonal alatt (C II ) tercier cementit (C III ) Fe 3 C PQ vonal alatt 30

31 Egyensúlyi szövetelemek Ferrit + terc. cementit C = 0,02 % Perlit (eutektoid) C = 0,8 % Ledeburit (eutektikum) C = 4,3 % Perlit (eutektoid) N = 5000 x

32 Mikroszkópos felvételek 1 2 Hipoeutektoidos ötvözet C = 0,2 % Hipereutektoidos ötvözet C = 1,4 % 3 4 Hipoeutektikus ötvözet C = 2,9 % Hipereutektikus ötvötzet C = 5,1 %

33 Vas-karbon egyensúlyi diagram 33

34 Jellegzetes egyensúlyi szövetelemek (stabil) Szövetelem Fázisa(i) Képződés hűléskor Ausztenit (A) γ Likvidusz vonal alatt Ferrit (F) α GOS vonal alatt Grafitos eutektoid α +Grafit 738 C (GE) Grafit eutektikum γ+grafit 1153 C (GE) primer grafit (G I ) Grafit CD vonal alatt szekunder grafit (G II ) Grafit SE vonal alatt tercier grafit (G III ) Grafit PQ vonal alatt 34

35 Mikroszkópos felvételek Szürke öntöttvas, maratott, G + P Gömbgrafitos öntöttvas, G + F + P Féreg alakú grafit szürke öntöttvasban, maratlan állapot Gömbgrafitos öntöttvas, maratlan állapot

36 Mikroszkópos felvételek Gömbgrafitos öntöttvas, G + F + P fénymikroszkópos felvétel maratott állapot Gömbgrafitos öntöttvas törete, elektronmikroszkópi felvétel

37 Ötvözés hatása a szövetszerkezetre

38 Ötvözők hatása az átalakulási hőmérsékletre Ferritképzők: A 4 -t csökkentik, A 3 -t növelik Más néven ferrit stabilizátorok, ezek az ötvözők a ferritben oldódnak: Pl. Cr, Si, Mo, V, Ti, Nb, W stb. Mindazon ötvözők, amelyek nem ausztenitképzők Ausztenitképzők: A 4 -t növelik, A 3 -t csökkentik Más néven ausztenit stabilizátorok, ezek az ötvözők ausztenitben oldódnak: Ni, Mn, N, C és a Cu

39 Ferritképzők T T A 4 A 4 A 3 A 3 Mo, V, Ti, Nb, Si, stb. Cr ötv.

40 Ausztenitképzők T A 4 A 3 Ni, Mn, C, N, Cu

41 Mikroszkópos felvételek Ferrit ( C = kb. 0 %) Ausztenit ( C < 0,1 %)

42 Szerszámacélok szövetszerkezete X210Cr12 Cr % X210Cr12 x210cr12 Fe-Cr-C egyensúlyi szövetelem ábra W3 jelű acél Finom szemcsézetű nemesített szerkezet ferrit foltokkal, N=1000x 950 C-ról edzett, 560 C-on megeresztett X201Cr12 acél szövetszerkezete. Martenzit mellett feltűnő a karbidok megjelenése. Finom tűs martenzit- bénites szerkezet, N=1000x K13 jelű acél

43 Különleges szerkezeti acélok Hőálló acélok Ferrites hőálló acélok Ausztenites hőálló acélok Félausztenites (félferrites acélok) Korrózióálló acélok Ferrites korrózióálló acélok Ausztenites korrózióálló acélok Martenzites korrózióálló acélok Különleges korrózióálló acélok

44 Schaffler diagram