ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK Anyagismeret 2008/09 Fe-C állapotábra Dr. Reé András ree@eik.bme.hu Fe-C 1 A nagytermi gyakorlat fő pontjai A Fe-C állapotábra felépítése Stabil (grafit) rendszer Metastabil (karbid) rendszer Fázisok a rendszerben Szövetelemek Átalakulások lehűlés közben Példák megoldása közösen és egyénileg. Fe-C 2
Fe-C ikerdiagram d g a Fe-C 3 Peritektikus sarok d g Fe-C 4
A továbbiakban A megadott karbontartalom tömeg %-ot jelent. Eltekintünk a peritektikus sarok felrajzolásától. Az ábra többi részét fel kell tudni rajzolni a jellemző hőmérséklet és koncentráció adatokkal együtt. Fe-C 5 Elnevezések Hipoeutektoidos ötvözet. 0,0 < C < 0,8 % Hipereutektoidos ötvözet 0,8 < C < 2,1 % Hipoeutektikus ötvözet 2,1 < C < 4,3 % Hipereutektikus ötvözet.. 4,3 < C < 6,7 % A 2,1 %-nál kisebb karbontartalmú ötvözeteket acéloknak, az ennél nagyobb karbontartalmúakat pedig öntöttvasaknak is fogjuk nevezni. Fe-C 6
1. feladat Rajzolja fel a Fe Fe 3 C állapotábrát a jellemző hőmérséklet és koncentráció adatokkal. (Válasz: Lásd a 3. kockát) Fe-C 7 Fázisok a metastabil rendszerben 1. Folyadék (folyékony oldat) A karbon korlátlanul oldódik a folyékony vasban. Delta ferrit (szilárd oldat) Tkk rács, az oldás korlátolt (1493ºC-on max. 0,1 %) Ausztenit (szilárd oldat) Lkk rács, az oldás korlátolt (1147ºC-on max. 2,1 %) Ferrit (szilárd oldat) Tkk rács, az oldás korlátolt (727ºC-on max. 0,02 %) Cementit / vaskarbid (fémes vegyület) Fe 3 C a Az atomok aránya a rácsban 3 az 1-hez (6,7 % C). g d Fe-C 8
Fázisok a metastabil rendszerben 2. f α + γ α γ f + γ γ + c f + c f + γ + c α + γ + c c γ - ausztenit α - ferrit α + c f - folyadék c - cementit Fe Fe 3 C Fe-C 9 Fázisok előfordulási tartományai Fe-C 10
Mikroszkópi képek 1. Ferrit C = kb. 0 % Ausztenit C < 0,1 % Fe-C 11 2. feladat Vázolja fel a Fe Fe 3 C állapotábrát az átalakulási vonalakkal. Írja be az egyes mezőkbe az előforduló fázisokat. (Válasz: Lásd a 9. kockát) Fe-C 12
Tipikus lehűlési görbék R Z Y Fe-C 13 Szövetelemek a metastabil rendszerben Homogén szövetelemek d delta ferrit - (szilárd oldat) ausztenit - g (szilárd oldat) ferrit - a (szilárd oldat) primer (I.) cementit Fe 3 C (folyadékból válik ki) szekunder (II.) cementit Fe 3 C (ausztenitből válik ki) tercier (III.) cementit Fe 3 C (ferritből válik ki) Heterogén szövetelemek ledeburit (eutektikum) telített folyadékból perlit (eutektoid) telített ausztenitből alakul ki Fe-C 14
Homogén szövetelemek előfordulási tartományai 1. ausztenit ferrit Fe-C 15 Homogén szövetelemek előfordulási tartományai 2. primer cementit szekunder cementit tercier cementit Fe-C 16
Heterogén szövetelemek előfordulási tartományai telített folyadék telített ausztenit perlit ledeburit Fe-C 17 Szövetelemek előfordulási tartományai 1. Fe-C 18
Szövetelemek előfordulási tartományai 2. Fe-C 19 3. feladat Vázolja fel a Fe Fe 3 C állapotábrát az átalakulási és segédvonalakkal. Írja be a mezőkbe az előforduló szövetelemeket. (Válasz: Lásd a 18. kockát) Fe-C 20
Tipikus vázlatos v szövetk vetképek 20ºC-ra2 Fe-C 21 Mikroszkópi képek 2. 1 2 Hipoeutektoidos ötvözet C = 0,2 % Hipereutektoidoseutektoidos ötvözet C = 1,4 % 3 4 Hipoeutektikuskus ötvözet C = 2,9 % Hipereutektikus ötvötzettzet C = 5,1 % Fe-C 22
Fázis és s szövetdiagram 20ºC-ra2 Ledeburittal arányos 100 % Pr.. cementittel arányos Fe-C 23 Mikroszkópi képek 3. Ferrit + terc. cementit C = 0,02 % Perlit (eutektoid( utektoid) ) C = 0,8 % Ledeburit (eutektikum) C = 4,3 % Perlit (eutekt( utektoid) ) N = 5000 x Fe-C 24
γ f 3 %-os% ötvözet lehűlése 1. 1147 727 T 1 s.c. γ 2 3 Fe-C 2,1 4,3 25 γ 4 f s.c. 5 L (γ( + c) L 6 γ + c L α + c t P + c 3 %-os% ötvözet lehűlése 2. Jel F Sz Fázisok Szövetelemek f 1 1 2 f (f) γ 1147 2 3 2 3 1 0 f + γ f + γ + c (f) + γ (f) + γ + L 4 2 1 γ + c γ + L + s.c 727 5 3 0 γ + c + α γ + L + s.c + P 6 2 1 c + α L + s.c + P 2,1 4,3 Fe-C 26
4. feladat (közösen) Határozzuk meg a 3 % karbont tartalmazó ötvözetben szobahőmérsékletre a fázisok százalékos mennyiségét (13. kocka, Y pont). Fe-C 27 4. feladat 20 ºC-on az egyensúlyt tartó fázisok (8. kocka): ferrit (α)(...... C = kb. 0 % cementit (c)(... C = 6,7 % c α 0 0,02 0,8 2,1 3 4,3 6,7 α = ( 6,7 3 ) / ( 6,7 0 ) = 0,552 55,2 % c = ( 3 0 ) / ( 6,7 0 ) = 0,448 44,8 % Fe-C 28
5. feladat Határozza meg a 3 % karbont tartalmazó ötvözetben 1000ºC-ra (13. kocka, R pont) a fázisok százalékos mennyiségét. Az ausztenit ezen a hőfokon 1,6 % karbont tartalmaz. Fe-C 29 5. feladat 1000 ºC-on az egyensúlyt tartó fázisok (8. kocka): ausztenit (γ)... C = 1,6 % cementit (c)(... C = 6,7 % c γ 0 1,6 2,1 3 4,3 6,7 γ = ( 6,7 3 ) / ( 6,7 1,6 ) = 0,725 72,5 % c = ( 3 1,6 ) / ( 6,7 1,6 ) = 0,275 27,5 % Fe-C 30
6. feladat Határozza meg a 3 % karbont tartalmazó ötvözetben 727 + ΔT ºC-ra (ahol ΔT 0) a fázisok százalékos mennyiségét. Fe-C 31 6.. feladat 727+ΔT ºC-on az egyensúlyt tartó fázisok (8. kocka): ausztenit (γ)... C = 0,8 % cementit (c)(... C = 6,7 % c γ 0 0,8 2,1 3 4,3 6,7 γ = ( 6,7 3 ) / ( 6,7 0,8 ) = 0,627 62,7 % c = ( 3 0,8 ) / ( 6,7 0,8 ) = 0,373 37,3 % Fe-C 32
7. feladat (közösen) Határozza meg 1,3 % karbont tartalmazó ötvözetben szobahőmérsékletre (13. kocka, Z pont) a szövetelemek százalékos mennyiségét. Fe-C 33 7. feladat 20 ºC-on a szövetelemek (17.. és 20. 2. kocka): perlit (P)....... C = 0,8 % szek. cem.. (sc( sc).. C = 6,7 % sc P 0 0,8 1,3 2,1 4,3 1,3 6,7 P = ( 6,7 1,3 3 ) / ( 6,7 0,8 ) = 0,915 91,5 % sc = ( 1,3 0,8 ) / ( 6,7 0,8 ) = 0,085 8,5 % Fe-C 34
8. feladat (közösen) Határozza meg a 3 % karbont tartalmazó ötvözetben szobahőmérsékletre a szövetelemek százalékos mennyiségét. Fe-C 35 3 %-os% ötvözet lehűlése 2. Jel F Sz Fázisok Szövetelemek f 1 1 2 f (f) γ 1147 2 3 2 3 1 0 f + γ f + γ + c (f) + γ (f) + γ + L 4 2 1 γ + c γ + L + s.c 727 5 3 0 γ + c + α γ + L + s.c + P 6 2 1 c + α L + s.c + P 2,1 4,3 Fe-C 36
8.. feladat 20 ºC-on a szövetelemek (17.. és 20. 2. kocka és az előző táblázat): perlit (P)....... C = 0,8 % (ausztenitből) szek. cem.. (sc( sc).. C = 6,7 % (ausztenitből) ledeburit (L).... C = 4,3 % 1. Lépés: L 1147 - ΔT ºC-on a szövetelemek számítása: ausztenit (γ).... C = 2,1 % részeredmény ledeburit (L).... C = 4,3 % eredmény 0 0,02 0,8 L γ 0,8 2,1 3 4,3 γ = ( 4,3 3 ) / ( 4,3 2,1 ) = 0,591 59,1 % L = ( 3 2,1 ) / ( 4,3 2,1 ) = 0,409 40,9 % 6,7 Fe-C 37 8.. feladat 2. Lépés: L a 2,1 % karbont tartalmazó, 1147 ºC-on 59,1 %-nyi ausztenitből kivált szekunder cementit mennyiségének számítása 727 + ΔT ºC-ra: ausztenit (γ)..... C = 0,8 % szek. cem.. (sc( sc) ).. C = 6,7 % sc γ 0 0,02 0,8 2,1 4,3 6,7 γ = ( 6,7 2,1 ) / ( 6,7 0,8 ) * 0,591 = 0,461 46,1 % sc = ( 2,1 0,8 ) / ( 6,7 0,8 ) * 0,591 = 0,130 13,0 % P = γ P + sc + L = 46,1 + 13,0 + 40,9 = 1001 % Fe-C 38
9. feladat Rajzolja meg 1000 ºC hőmérsékletre a fázisarány ábrát. Fe-C 39 9. feladat A fázisok 1000 ºC-on: ausztenit (γ) ausztenit (γ) + cementit 0 1,6 3 6,7 5. feladat 100 % ausztenit (γ) 72,5 % 27,5 % cementit Fe-C 40
10. feladat Rajzolja meg 1000 ºC hőmérsékletre a szövetelem-arány ábrát. Fe-C 41 10.. feladat A szövetelemek 1000 ºC-on: γ γ + s.c. γ + s.c. + L pr.c.. + L 0 1,6 2,1 3 4,3 sec. cem. 6,7 100 % ausztenit (γ) ledeburit pr. cementit szerkesztő ő vonal Fe-C 42
11. feladat Mennyi karbont tartalmaz az ötvözet, ha szobahőmérsékleten a fázisok mennyisége: 55,2 % ferrit + 44,8 % cementit. Fe-C 43 11. feladat 20 ºC-on az egyensúlyt tartó fázisok koncentrációja entrációja: 55,2 % ferrit (α)(...... C = kb. 0 % 44,8 % cementit...... C = 6,7 % cem. α 0 0,02 0,8 2,1 C 4,3 6,7 A keverési szabály alapján a karbontartalom: C = 0,5522 * 0 + 0,448 * 6,7 = 3,00 % Fe-C 44
12.. feladat Rajzolja meg 1000 ºC hőmérsékletre a szabadenergia görbéket. Fe-C 45 12. feladat A fázisok 1000 ºC-on: 0-1,6 % C.... ausztenit (γ) 1,6 6,7 % C.. ausztenit (γ)) + cementit 0 1,6 6,7 F ausztenit (γ) cementit ausztenit (γ) + cementit Fe-C 46
Mikroszkópi képek 4. Szürke öntöttvas,, maratlan Gömbgrafitos öntöttvas, ttvas, maratlan Szürke öntöttvas, maratott, G + P Gömbgrafitos öntöttvas, ttvas, G + F + P Fe-C 47 Mikroszkópi képek 5. Gömbgrafitos öntöttvasttvas nagyobb nagyításban, G + F + P Gömbgrafitos öntöttvasttvas törete, elektronmikroszkópi felvétel Fe-C 48