Animace ke studijní opoře Nauka o materiálu I Jaroslav Sojka

5. Jednosložkové soustavy

Animace se vztahuje k obr. 5.1 ve studijní opoře. Animace zobrazuje teoretickou křivku chladnutí při tuhnutí (krystalizaci) v jednosložkové soustavě a zároveň ukazuje průběh volné entalpie pro pevnou (S) a kapalnou (L) fázi v závislosti na teplotě.

Křivka chladnutí Tuhnutí - krystalizace T T GS >GL AL ALAS GS = GL Volná entalpie G T Křivka chladnutí čas GS >GL AL GL ALAS GS = GL TtA AS GS < GL GS

Animace se vztahuje k obr. 5.2 ve studijní opoře. Animace zobrazuje skutečnou křivku chladnutí při tuhnutí (krystalizaci) v jednosložkové soustavě a zároveň ukazuje průběh volné entalpie pro pevnou (S) a kapalnou (L) fázi v závislosti na teplotě. Je uvedena souvislost mezi podchlazením T a hybnou silou přeměny GS-L .

Křivka chladnutí T GL Volná entalpie G T GS GS = GL GS >GL čas AL ALAS TtA T GS-L AS

Animace se vztahuje k obr. 5.3 ve studijní opoře. Animace vysvětluje nutnost podchlazení T pro průběh tuhnutí. Hlavní důvod je ten, že při vzniku zárodků pevné fáze se spotřebuje energie na tvorbu jejich povrchů ES. Energetická potřeba se kryje z hybné síly pro tuhnutí, což je GS-L . Z toho plyne nutnost podchlazení T.

T TtA čas Vznik zárodků pevné fáze  spotřeba energie na tvorbu povrchu ES Křivka chladnutí čas TtA ALAS AS T GL Volná entalpie G GS GS = GL GS >GL GS < GL AL T GS-L Energie k dispozici Celková změna volné entalpie při vzniku zárodků pevné fáze tavenina (L) zárodky pevné fáze

Animace se vztahuje k obr. 5.4 ve studijní opoře. Animace vysvětluje energetickou bilanci při vzniku kolovitého zárodku. Jedná se o závislost změny volné entalpie G na poloměru zárodku r. Uvažuje se energie k dispozici, tj. hybná síla pro přeměnu - GS-L; a dále energie na tvorbu povrchu zárodku ES. Je znázorněn kritický poloměr zárodku a odpovídající změna volné enatalpie G.

Gkrit rkrit změna volné entalpie G poloměr zárodku r kritický poloměr zárodku r < rkrit; nestabilní zárodek – není schopen samovolného růstu r > rkrit; stabilní zárodek – schopen samovolného růstu

Animace je věnována výpočtu kritického poloměru rkrit zárodku pevné fáze při homogenní nukleaci z taveniny.

Energetická bilance při vzniku zárodku pevné fáze: Kulový zárodek o poloměru r: Kritická velikost zárodku – v místě lokálního maxima závislosti G=f(r) 1. derivace V místě lokálního maxima je 1. derivace rovna 0. Z této podmínky lze určit rkrit. Po úpravě: Vzhledem k tomu že platí:

Animace se vztahuje k obr. 5.3 a 5.5 ve studijní opoře. Animace srovnává homogenní a heterogenní nukleaci zárodků pevné fáze z taveniny.

Homogenní & heterogenní nukleace zárodků pevné fáze Homogenní nukleace Heterogenní nukleace tavenina (L) tavenina (L) cizorodé částice zárodky pevné fáze povrch stěn nádoby Zárodky vznikají přímo z taveniny bez spoluúčasti jiných povrchů. Povrchová energie ES je vysoká  podchlazení T musí být rovněž vysoké. zárodky pevné fáze Zárodky vznikají přednostně na cizích, již existujících površích – stěnách nádoby, cizorodých částicích apod. Povrchová energie ES je nižší  podchlazení T je rovněž nižší. Heterogenní nukleace zárodků je z energetického hlediska výhodnější a probíhá přednostně, při nižším podchlazení T.

Animace se vztahuje k obr. 5.6 ve studijní opoře. Animace ukazuje na schématickém příkladu teoretickou křivku chladnutí při tuhnutí a fázové přeměně v pevném stavu u jednosložkové soustavy. Dále je srovnána teplotní závislost volné entalpie kapalné fáze (taveniny) a pevných fází (dvou rozdílných modifikací složky).

Fázová přeměna v pevném stavu Volná entalpie G T Křivka chladnutí čas AL AL(AS)2 TtA GL A2 GA1 > GA2 A2A1 GA1 = GA2 TmA GA1 < GA2 A1 GA2 GA1

7. Dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném i pevném stavu

Animace se vztahuje k obr. 7.2 ve studijní opoře. Animace znázorňuje nakreslení a popis rovnovážného diagramu dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném i pevném stavu. Dále ukazuje srovnání teoretické křivky chladnutí čisté složky A a slitiny označené 1, která obsahuje určitý podíl obou složek – A i B.

Čistá složka A Slitina 1 Křivka chladnutí Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném i pevném stavu Čistá složka A 1 A B AL Křivka chladnutí čas T teplota Tavenina (L) ALAS TtA Slitina 1 s - solidus l - likvidus AS tavenina Tav + a tav TtB  Tuhý roztok a C(%B) složení

Animace se vztahuje k obr. 7.3 ve studijní opoře. Animace popisuje podrobněji průběh tuhnutí slitiny označené 1 mezi teplotou likvidu a teplotou solidu. Zaměřuje se mimo jiné na změny chemického složení taveniny a krystalů pevné fáze v průběhu tuhnutí.

tavenina a první krystaly t.r. a Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném i pevném stavu Těsně pod T1: tavenina a první krystaly t.r. a c 1 (ca)T1 A B T Tavenina (L) TtA Při T2: tavenina a t.r. a Tav + a T1 (ctav)T2 T2 (ca)T2 (ca)T2 T3 TtB Tuhý roztok a Těsně nad T3: t.r. a a poslední zbytek taveniny (ctav)T2 (ctav)T3 (ca)T1 c (ctav)T3 Dc c c(%B) složení

Animace se vztahuje k obr. 7.3 ve studijní opoře. Animace vysvětluje výpočet fázového složení slitiny ve dvoufázové oblasti mezi likvidem a solidem – tzv. pákové pravidlo.

Pákové pravidlo Při T2: tavenina a t.r. a (ca)T2 (ctav)T2 A B c(%B) Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném i pevném stavu Při T2: tavenina a t.r. a (ca)T2 (ctav)T2 A B c(%B) složení T TtA TtB Tavenina (L) Tuhý roztok a Tav + a 1 T2 c (ca)T2 (ctav)T2 Výpočet fázového složení při T2 hm. zlomek t.r. a a hm. zlomek tav Výpočet: 2 rovnice o 2 neznámých Q R P Výsledek: Pákové pravidlo

8. Dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a eutektickou reakcí

Animace se vztahuje k obr. 8.1 ve studijní opoře. Animace znázorňuje nakreslení a popis rovnovážného diagramu dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a eutektickou reakcí. Dále uvádí zápis eutektické reakce a schématickou strukturu slitiny o eutektickém složení (složení bodu E).

Eutektická reakce (při TE): Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a eutektickou reakcí TE – eutektická teplota Eutektický bod Eutektická reakce (při TE): A B T tavE  aC + bD eutektikum tav TtB TtA L L Nad TE: Tavenina o složení bodu E (cE) S S tav+a tav+b TE a C eutektikála E D b Pod TE: směs t.r. a a b a+b Tuhý roztok a o složení bodu C (cC) cC cE cD Tuhý roztok b o složení bodu D (cD) c(%B) složení

Animace se vztahuje k obr. 8.2 ve studijní opoře. Animace znázorňuje opětovně nakreslení a popis rovnovážného diagramu dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a eutektickou reakcí. (Opakování je matka moudrosti .) Dále uvádí průběh křivky chladnutí včetně popisu a schématického znázornění struktur pro slitinu o eutektickém složení (složení bodu E).

Křivka chladnutí A B T TtB TtA tav TE a b a+b  cC cD  a + b Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a eutektickou reakcí Křivka chladnutí A B čas T tav TtB TtA L L tav tav S S tav+a tav+b tav  a + b TE a C b E D a + b a+b  cC cE cD  c(%B) složení

Animace se vztahuje k obr. 8.3 ve studijní opoře. Animace znázorňuje po nakreslení a popisu rovnovážného diagramu, jak probíhá tuhnutí v podeutektické slitině, u níž eutektická reakce probíhá jen částečně. Schématicky jsou zobrazeny struktury při ochlazování.

Křivka chladnutí T A B TtA TtB TE a b cC cD a+b a + b c Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a eutektickou reakcí Křivka chladnutí T A B c(%B) složení TtA TtB TE čas c tav tav tav  tav T1 tav+a tav+b tava tava + b a E C D b cE cC cD a + b   a+b (c)T1

Animace se vztahuje k obr. 8.4 ve studijní opoře. Animace znázorňuje po nakreslení a popisu rovnovážného diagramu, jak probíhá tuhnutí v nadeutektické slitině, u níž eutektická reakce vůbec neprobíhá. Při ochlazování tuhého roztoku  dochází v důsledku poklesu rozpustnosti složky A s klesající teplotou k vylučování tuhého roztoku . Schématicky jsou zobrazeny také nejdůležitější struktury při ochlazování.

Křivka chladnutí T A B TtA TtB TE  a b a+b       Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a eutektickou reakcí Křivka chladnutí T A B c(%B) složení TtA TtB TE čas c tav tav tav tav   tav+b tav+a   a E C D b     a+b 

Animace se vztahuje k obr. 8.5 ve studijní opoře. Animace znázorňuje nakreslení a popis rovnovážného diagramu dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, bez rozpustnosti v pevném stavu s eutektickou reakcí. Dále uvádí zápis eutektické reakce pro tuto soustavu a schématické znázornění struktur.

Eutektická reakce (při TE): Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, bez rozpustnosti v pevném stavu a s eutektickou reakcí Eutektická reakce (při TE): A B c(%B) složení T TtA TtB TE tavE  A + B eutektikum cE tav směs čistých složek A a B Nad TE: L L Tavenina o složení bodu E (cE) tav+A tav+B eutektikála E Pod TE: směs čistých složek A a B A+B Krystaly čisté složky A Krystaly čisté složky B

9. Dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a peritektickou reakcí

Animace se vztahuje k obr. 9.1 ve studijní opoře. Animace znázorňuje nakreslení a popis rovnovážného diagramu dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a peritektickou reakcí. Dále uvádí zápis peritektické reakce a vysvětluje tzv. peritektický poměr.

A B T tavD + C  P TtA TP TtB Peritektická reakce (při TP):  a+b  Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a peritektickou reakcí TP – peritektická teplota Peritektická reakce (při TP): A B c(%B) složení T tav tavD + C  P TtA L S Peritektický poměr: tav+a C D  TP peritektála L P tav+b S TtB a+b  cC cP cD

Animace se vztahuje k obr. 9.2 ve studijní opoře. Animace znázorňuje opětovně rovnovážný diagram dvousložkové soustavy s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a peritektickou reakcí. Dále uvádí průběh křivky chladnutí včetně popisu a schématického znázornění struktur pro slitinu o peritektickém složení (složení bodu P).

Křivka chladnutí A B T TtA TtB TP     a+b  Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a peritektickou reakcí Křivka chladnutí A B c(%B) složení T TtA TtB TP L tav tav+a tav+b P peritektála a+b cP C D   cC S cD čas tav tav tav T1  tav tav+  

Animace se vztahuje k obr. 9.3 ve studijní opoře. Animace znázorňuje po nakreslení rovnovážného diagramu, jak probíhá tuhnutí ve slitině, jejíž složení leží mezi body P a D v rovnovážném diagramu a u níž peritektická reakce probíhá jen částečně. Je uvedena křivka chladnutí včetně popisu. Schématicky jsou také zobrazeny struktury při ochlazování.

Křivka chladnutí A B T TtA TtB TP    a+b  Dvousložková soustava s neomezenou rozpustností v kapalném stavu, omezenou rozpustností v pevném stavu a peritektickou reakcí Křivka chladnutí A B C(%B) složení T TtA TtB TP L tav tav+a tav+b P peritektála a+b C D   S c čas tav tav  tav T1 tav X tav  tav+ tav T2   Při peritektické reakci se spotřebuje veškerý t.r. , ale nikoli veškerá tavenina, která je v přebytku oproti peritektickému poměru.

10. Dvousložkové soustavy s eutektoidní a peritektoidní reakcí

Animace se vztahuje k obr. 10.1 ve studijní opoře. Animace znázorňuje nejjednodušší typ rovnovážného diagramu dvousložkové soustavy, ve kterém se vyskytuje eutektoidní reakce. Jedná se o soustavu, v níž u každé ze složek dochází k jedné fázové přeměně v pevném stavu. Mezi vysokoteplotními modifikacemi složek existuje neomezená rozpustnost, mezi nízkoteplotními modifikacemi existuje jen omezená rozpustnost a objevuje se zde eutektoidní reakce. Je uvedena křivka chladnutí slitiny o eutektoidním složení včetně popisu. Schématicky jsou také zobrazeny struktury při ochlazování.

Dvousložková soustava s eutektoidní reakcí TE – eutektoidní teplota EC + D Eutektoidní reakce: Křivka chladnutí T A B c(%B) složení tav tav a b  čas tav TmB TtB A2 A1 B2 B1 E cE tav  + a  + b  + b tav+ TmA TtA   TE C D cC cD eutektoidála    

Animace se vztahuje k obr. 10.2 ve studijní opoře. Animace znázorňuje podobně jako v předchozím případě nejjednodušší typ rovnovážného diagramu dvousložkové soustavy, ve kterém se vyskytuje peritektoidní reakce. Jedná se o soustavu, v níž u každé ze složek dochází k jedné fázové přeměně v pevném stavu. Mezi vysokoteplotními modifikacemi složek existuje neomezená rozpustnost, mezi nízkoteplotními modifikacemi existuje jen omezená rozpustnost a objevuje se zde peritektoidní reakce. Je uvedena křivka chladnutí slitiny o peritektoidním složení včetně popisu. Schématicky jsou také zobrazeny struktury při ochlazování.

Dvousložková soustava s peritektoidní reakcí TP – peritektoidní teplota Peritektoidní reakce: D  C  P Křivka chladnutí A B c(%B) složení T TmA TtA tav    tav čas tav A2 A1 T1 tav+ P cP tav T2 TmB TtB peritektoidála  B2 B1    +a T3  D C cC cD TP  +  +b   a+b

11. Dvousložkové soustavy s intermediárními fázemi

Animace se vztahuje k obr. 11.1 ve studijní opoře. Animace znázorňuje rovnovážný diagram dvousložkové soustavy, v níž dochází ke dvěma reakcím: eutektické a peritektické. Peritektickou reakcí vzniká intermediární fáze . Tato intermediární fáze existuje v širším intervalu chemického složení, a má tedy charakter tuhého roztoku.

Vzniká peritektickou reakcí: tav +    B c(%B) složení T  - intermediární fáze TE TtB TtA TP tav+ tav Má charakter tuhého roztoku; tzn. existuje v širším intervalu chemického složení P  tav+ tav+b +   Vzniká peritektickou reakcí: tav +    a+b

A B T  TE TtB TtA TP   a+b tav tav+ P tav+ tav+b + c(%B) složení T + tav+b a+b tav    tav+ TE TtB TtA TP P tav+

Animace se vztahuje k obr. 11.2 ve studijní opoře. Animace znázorňuje opět rovnovážný diagram dvousložkové soustavy, v níž dochází ke dvěma reakcím: eutektické a peritektické. Peritektickou reakcí vzniká intermediární fáze AmBn. Tato intermediární fáze existuje při jediném chemickém složení, a má tedy charakter chemické sloučeniny.

AmBn - intermediární fáze c(%B) složení T AmBn - intermediární fáze TE TtB TtA TP tav +  tav Má charakter chemické sloučeniny; tzn. existuje v úzkém intervalu chemického složení nebo pouze při jediném chemickém složení P  tav + AmBn tav+ b  + AmBn  AmBn + b Vzniká peritektickou reakcí: tav +   AmBn AmBn

Animace se vztahuje k obr. 11.3 ve studijní opoře. Animace znázorňuje rovnovážný diagram dvousložkové soustavy, v níž dochází ke dvěma eutektickým reakcím. Na křivce likvidu se objevuje lokální maximum: teplota Tmax. V místě lokálního maxima, nebo přesněji pod ním, existuje oblast výskytu intermediární fáze . V daném případě existuje intermediární fáze  v širším intervalu chemického složení, a má tedy charakter tuhého roztoku.

Vzniká v místě teplotního maxima na křivkách likvidu: Tmax B c(%B) složení T  - intermediární fáze tav   Má charakter tuhého roztoku; tzn. existuje v širším intervalu chemického složení Tmax TE2 TtB TtA TE1 tav+b a+ tav+ tav+ + Vzniká v místě teplotního maxima na křivkách likvidu: Tmax 

Animace se vztahuje k obr. 11.4 ve studijní opoře. Animace znázorňuje opět rovnovážný diagram dvousložkové soustavy, v níž dochází ke dvěma eutektickým reakcím. Na křivce likvidu se objevuje lokální maximum: teplota Tmax. V místě lokálního maxima, nebo přesněji pod ním, existuje oblast výskytu intermediární fáze AmBn. V daném případě existuje intermediární fáze jen při konstantním chemickém složení, a má tedy charakter chemické sloučeniny.

AmBn - intermediární fáze c(%B) složení T AmBn - intermediární fáze tav   Má charakter chemické sloučeniny; tzn. existuje v úzkém intervalu chemického složení nebo pouze při jediném chemickém složení Tmax TE2 TtB TtA TE1 tav+ AmBn tav+ AmBn tav+b tav+ a+AmBn AmBn+ Vzniká v místě teplotního maxima na křivkách likvidu: Tmax AmBn

13. Soustava železo – uhlík - úvod

Animace se vztahuje k obr. 13.1 ve studijní opoře. Animace znázorňuje teoretickou křivku chladnutí čistého železa. Jsou uvedeny názvy jednotlivých modifikací čistého železa, jejich krystalové mřížky a také teploty fázových přeměn.

T čas FeL FeLFe TtFe Fe FeFe TmFe Fe FeFe TmFe Fe 1536°C železo delta mřížka KSC (bcc) Fe FeFe TmFe 1392°C Fe železo gama mřížka KPC (fcc) FeFe TmFe 911°C Fe železo alfa mřížka KSC (bcc)

14. Metastabilní soustava železo – uhlík

Animace se vztahuje k obr. 14.1 ve studijní opoře. Animace znázorňuje nakreslení a popis rovnovážného diagramu metastabilní soustavy železo – uhlík. V diagramu jsou vyznačeny názvy reakcí, ke kterým v soustavě dochází, a příslušné teploty reakcí.

   tav +  Fe tav  +  tav +  tav + Fe3C Fe  + Fe3C + Fe peritektická reakce 1499°C  +  tav +  tav + Fe3C Fe  1147°C eutektická reakce  + Fe3C  + Fe 727°C eutektoidní reakce  + Fe3C Fe Fe3C 6,687%C

Animace se vztahuje k obr. 14.2 ve studijní opoře. Animace znázorňuje rozdělení slitin v soustavě železo – uhlík podle obsahu uhlíku na: podeutektoidní a nadeutektoidní oceli; podeutektické a nadeutektické litiny.

   Oceli Litiny tav +  Fe tav  +  tav +  tav + Fe3C Fe peritektická reakce 1499°C eutektická reakce eutektoidní 1147°C 727°C    tav tav +   +  tav +  tav + Fe3C  + Fe3C +  + Fe3C Fe nadeutek- toidní oceli podeutektoidní oceli podeutektické litiny nadeutektické litiny Oceli Litiny

Animace se vztahuje k obr. 14.3 ve studijní opoře. Animace znázorňuje podrobněji oblast rovnovážného diagramu železo – uhlík, ve které dochází k peritektické reakci.

peritektická reakce – 1499°C pro obsah uhlíku od 0,10 do 0,51hm. % 1600 T (°C) 1400 1200 tav 1536 tav+ 1499°C  0,10%C 0,16%C 0,51%C   tav +  1392  peritektická reakce – 1499°C pro obsah uhlíku od 0,10 do 0,51hm. % zápis reakce: tav0,51%C + 0,10%C  0,16%C nebo zjednodušeně: tav +   

Animace se vztahuje k obr. 14.4 ve studijní opoře. Animace znázorňuje podrobněji oblast rovnovážného diagramu železo – uhlík, ve které dochází k eutektické reakci.

pro obsah uhlíku od 2,14 do 6,687 hm. % tav 2,14%C 4,30%C LEDEBURIT  Fe3C 6,687% C Fe3C eutektická reakce – 1147°C pro obsah uhlíku od 2,14 do 6,687 hm. % zápis reakce: tav4,30 %C  2,14 %C + Fe3C nebo zjednodušeně: tav   + Fe3C eutektikum se nazývá jedním slovem: LEDEBURIT

Animace se vztahuje k obr. 14.5 ve studijní opoře. Animace znázorňuje podrobněji oblast rovnovážného diagramu železo – uhlík, ve které dochází k eutektoidní reakci.

eutektoidní reakce – 727°C pro obsah uhlíku od 0,02 do 6,687 hm. % T(°C) 2,14%C  0,765%C 0,02%C perlit eutektoidní reakce – 727°C pro obsah uhlíku od 0,02 do 6,687 hm. % zápis reakce: 0,765 %C  0,02 %C + Fe3C nebo zjednodušeně:    + Fe3C eutektoid se nazývá jedním slovem: PERLIT

Animace se vztahuje k obr. 14.6 ve studijní opoře. Animace znázorňuje schématicky vznik perlitu ze zárodků feritu a cementitu. Animace ukazuje zjednodušeně také difúzi uhlíku při vzniku perlitu.

 (0,765%C)   Vznik zárodku feritu (bcc) - difúzí Difúze uhlíku vně zárodku feritu do austenitu  C  0,02 %C  (0,02 %C) Fe3C Fe3C C C Obohacení austenitu v okolí zárodku feritu o uhlík  podmínky pro vznik Fe3C C C hranice zrna austenitu Difúze uhlíku z austenitu do Fe3C Ochuzení austenitu v okolí zárodků Fe3C o uhlík podmínky pro vznik feritu eutektoidní reakce – 727°C pro obsah uhlíku od 0,02 do 6,687 hm. % zápis reakce: 0,765 %C  0,02 %C + Fe3C nebo zjednodušeně:    + Fe3C eutektoid se nazývá jedním slovem: PERLIT

Animace se vztahuje k obr. 14.7 ve studijní opoře. Animace znázorňuje ještě jednou nakreslení a popis rovnovážného diagramu metastabilní soustavy železo – uhlík. V diagramu jsou vyznačeny názvy reakcí, ke kterým v soustavě dochází, a příslušné teploty reakcí. Navíc je uveden popis diagramu pomocí strukturních složek pro základní typy slitin, tj. pro tři druhy litin (eutektickou, nadeutektickou a podeutektickou) a čtyři druhy ocelí (podeutektoidní s obsahem C >0,02 hm. %, eutektoidní, nadeutektoidní a podeutektoidní s obsahem C<0,02 hm. %.

   tav +  tav  +  tav +  tav + (Fe3C)I  + ledeburit (Fe3C)I peritektická reakce 1499°C  +  tav +  tav + (Fe3C)I tav + Fe3C  eutektická reakce 1147°C  + ledeburit (Fe3C)I + ledeburit ledeburit  + (Fe3C)II  + Fe3C  + eutektoidní reakce 727°C perlit + transf. ledeburit Ttransform. ledeburit (Fe3C)I + transf. ledeburit +(Fe3C)III (Fe3C)II + perlit  + perlit perlit  + Fe3C Fe Fe3C 6,687%C podeutektoidní ocel nadeutektoidní ocel eutektoidní ocel podeutektická litina eutektická litina nadeutektická litina

Animace se vztahuje k obr. 14.8 ve studijní opoře. Animace znázorňuje rovnovážný diagram metastabilní soustavy železo – uhlík se strukturním popisem a schématickými obrázky struktur pro základní typy slitin, tj. pro tři druhy litin (eutektickou, nadeutektickou a podeutektickou) a tři druhy ocelí (podeutektoidní s obsahem C >0,02 hm. %, eutektoidní a nadeutektoidní.

   tav +  tav  +  pr tav +  tav + (Fe3C)I   + ledeburit peritektická reakce 1499°C  +  pr tav +  tav + (Fe3C)I (Fe3C)I tav + Fe3C  1147°C  eutektická reakce  + ledeburit (Fe3C)I + ledeburit  pr Ledeburit ledeburit (Fe3C)II  + (Fe3C)II (Fe3C)I pr  + Fe3C Fe3C  + eutektoidní reakce 727°C perlit + transf. ledeburit Ttransform. ledeburit Transform. ledeburit (Fe3C)I + transf. ledeburit  + perlit+ (Fe3C)II + perlit perlit pr Perlit perlit (Fe3C)II (Fe3C)I  + Fe3C Fe3C perlit Fe Fe3C 6,687%C podeutektoidní ocel nadeutektoidní ocel eutektoidní ocel podeutektická litina eutektická litina nadeutektická litina

Následující šestice animací se vztahuje k obr. 14. 9 až 14 Následující šestice animací se vztahuje k obr. 14.9 až 14.14 ve studijní opoře. Animace ukazují vztah mezi schématickými obrázky struktur a skutečnými fotografiemi struktur získanými metodou světelné mikroskopie pro: podeutektoidní ocel; eutektoidní ocel; nadeutektoidní ocel; podeutektickou litinu; eutektickou litinu; nadeutektickou litinu.

200 m Podeutektoidní ocel: ferit () + perlit 50 m ferit perlit

40 m Eutektoidní ocel: perlit 16 m

Nadeutektoidní ocel: perlit + sekundární cementit perlit (Fe3C)II

Podeutektická litina: perlit + transformovaný ledeburit

200 m Eutektická litina: transformovaný ledeburit 40 m

Nadeutektická litina: transformovaný ledeburit + primární cementit (Fe3C)I (Fe3C)I transform. ledeburit

15. Stabilní soustava železo – uhlík

Animace se vztahuje k obr. 15.1 ve studijní opoře. Animace znázorňuje nakreslení a popis rovnovážného diagramu stabilní soustavy železo – uhlík. V diagramu jsou vyznačeny reakce, ke kterým v soustavě dochází, a příslušné teploty. Dále jsou uvedeny nejdůležitější koncentrace uhlíku.

  tav4,26%C  2,11%C + grafit  0,69%C  0,02%C + grafit tav +  peritektická reakce 1499°C  +  tav +  4,26%C tav + grafit  1153°C eutektická reakce 2,11%C tav4,26%C  2,11%C + grafit 0,69%C  + grafit  + 738°C eutektoidní reakce 0,69%C  0,02%C + grafit  + grafit Fe

Následující tři animace se vztahují k obr. 15. 2 až 15 Následující tři animace se vztahují k obr. 15.2 až 15.6 ve studijní opoře. Animace znázorňují základní charakteristiky a struktury u tří druhů grafitických litin: šedé litiny; tvárné litiny; temperované litiny.

Šedá litina – lupínkový grafit 40 m Grafit – hexagonální soustava Přednostní růst útvarů grafitu – ve směru bazální roviny grafit 40 m Šedá litina – lupínkový grafit perlit perlit grafit

Tvárná litina – kuličkový grafit 100 m ferit Růst útvarů grafitu – přibližně shodnou rychlostí jak ve směru bazální roviny, tak ve směru osy z grafit grafit perlit z 40 m ferit grafit grafit perlit

Temperovaná litina – vločkový grafit ferit grafit grafit Vzniká z bílé litiny; za vysoké teploty - přeměna Fe3C  grafit, tj. metastab.  stabilní stav 150 m grafit perlit

16. Fázové přeměny austenitu při ochlazování

Animace se vztahuje k obr. 16.1 ve studijní opoře. Animace schématicky znázorňuje izotermické ochlazování pro tři rozdílné teploty izotermické výdrže: vyšší; střední; nižší (nízkou) teplotu izotermické výdrže.

T 727°C 600°C 450°C 200°C čas izotermická výdrž při vyšší teplotě izotermická výdrž při nízké teplotě 450°C izotermická výdrž při střední teplotě 600°C izotermická výdrž při vyšší teplotě 727°C

Animace se vztahuje k obr. 16.2 ve studijní opoře. Animace schématicky znázorňuje anizotermické ochlazování pro tři rozdílné rychlosti ochlazování: pomalé; středně rychlé; rychlé ochlazování.

T 727°C rychlé ochlazování čas pomalé ochlazování středně rychlé

Animace se vztahuje k obr. 16.3 ve studijní opoře. Animace schématicky znázorňuje existenci inkubační periody a časový intervalu vzniku perlitu při izotermickém ochlazování

T čas 727°C počátek vzniku perlitu konec vzniku perlitu 600°C izotermická výdrž při vyšší teplotě inkubační perioda časový interval vzniku perlitu

Animace nemá odpovídající obrázek v příslušné kapitole studijní opory. Animace schématicky znázorňuje vznik perlitu při izotermickém ochlazování za vyšší teploty, nebo při pomalém anizotermickém ochlazování.

T čas 727°C 600°C izotermická výdrž při vyšší teplotě pomalé ochlazování středně rychlé 200°C izotermická výdrž při nízké teplotě 450°C izotermická výdrž při střední teplotě rychlé X  (0,765%C) Je možná jak difúze atomů uhlíku, tak difúze atomů železa  C  0,02 %C  (0,02 %C) Fe3C Fe3C C C C X C tuhý roztok  - ferit vzniká difúzním mechanismem hranice zrna austenitu cementit – Fe3C vzniká také difúzním mechanismem eutektoidní reakce zápis reakce: 0,765 %C  0,02 %C + Fe3C nebo zjednodušeně:    + Fe3C PERLIT

Animace se vztahuje k obr. 16.4 ve studijní opoře. Animace schématicky znázorňuje vznik bainitu při izotermickém ochlazování za střední teploty, nebo při středně rychlém anizotermickém ochlazování.

T čas 727°C 600°C izotermická výdrž při vyšší teplotě pomalé ochlazování středně rychlé 200°C izotermická výdrž při nízké teplotě 450°C izotermická výdrž při střední teplotě rychlé Je možná difúze atomů uhlíku, ale není už možná difúze atomů železa X  tuhý roztok  - ferit vzniká SMYKOVÝM mechanismem X Smyk – je koordinovaný přesun atomů na malou vzdálenost (menší než je parametr mřížky) v definovaném krystalografickém směru, který vede ke změně krystalové mřížky: KPC (fcc) austenitu  KSC (bcc) feritu  Fe3C  cementit – Fe3C vzniká DIFÚZNÍM mechanismem BAINIT Bainit je směs feritu a cementitu, kdy ferit vzniká smykovým mechanismem a cementit vzniká difúzním mechanismem

Animace se vztahuje k obr. 16.4 ve studijní opoře. Animace znázorňuje vztah mezi schématickou strukturou bainitu a skutečnou strukturou bainitu pozorovanou metodou světelné metalografie

50 m bainit   Fe3C bainit

Animace se vztahuje k obr. 16.5 ve studijní opoře. Animace schématicky znázorňuje vznik martenzitu při izotermickém ochlazování za nízké teploty, nebo při rychlém anizotermickém ochlazování.

T čas 727°C 600°C izotermická výdrž při vyšší teplotě pomalé ochlazování středně rychlé 200°C izotermická výdrž při nízké teplotě 450°C izotermická výdrž při střední teplotě rychlé Není možná difúze ani atomů železa, ale ani atomů uhlíku X  Ferit vzniká SMYKOVÝM mechanismem X ' Deformace mřížky v závislosti na množství uhlíku – mřížka není kubická, ale tetragonální ' MARTENZIT = přesycený tuhý roztok uhlíku v železe ; označuje se jako ˇ , vzniká SMYKOVÝM mechanismem

Animace se vztahuje k obr. 16.5 ve studijní opoře. Animace znázorňuje vztah mezi schématickou strukturou martenzitu a skutečnou strukturou martenzitu pozorovanou metodou světelné metalografie

X  '

Animace se vztahuje k obr. 16.6 ve studijní opoře. Animace shrnuje fázové přeměny austenitu při ochlazování, a to jak za izotermických, tak za anizotermických podmínek

X X perlit   bainit  martenzit   perlit  martenzit bainit T čas pomalé ochlazování 450°C izotermická výdrž při střední teplotě středně rychlé ochlazování 200°C izotermická výdrž při nízké teplotě rychlé ochlazování 727°C 600°C izotermická výdrž při vyšší teplotě perlit   Fe3C bainit X  '   Fe3C X  ' martenzit perlit martenzit bainit

A B

TtA TtB TmA TmB 1 2 A2 3 a) 14 B2 4 e) 13 16 11 b) 17 5 15 f) 12 18 8 c) B1 9 19 d) 7 10

TtA  TtB TmA   TmB   tav 2 A2 a) 14 B2 4 e) 11 13 b) 17 15 f) 8 6 c) 19 B1 9 d) 7 10 AmBn

TtA  TtB TmA   TmB   tav +tav A2 a) +tav +tav B2 + e) b) + +  +tav TmB f) (AmBn)2+   A1 +(AmBn)2 c) (AmBn)2+ + B1 d) +(AmBn)1 (AmBn)1+ AmBn

T TtA  TtB TmA   TmB   čas A B tav tav +tav A2 T1 tav TP + +tav  B2 + + T2  +tav TmB (AmBn)2+    A1 +(AmBn)2 (AmBn)2+ T3 + B1  +(AmBn)1 (AmBn)1+ AmBn čas

T TtA  TtB TmA   TmB   A B tav +tav A2 +tav + +tav B2 + +  +tav TmB (AmBn)2+   A1 +(AmBn)2 (AmBn)2+ + B1 +(AmBn)1 (AmBn)1+ Q X R AmBn

X A B

T 727°C 600°C 450°C 200°C rychlé ochlazování čas izotermická výdrž při střední teplotě rychlé ochlazování 200°C izotermická výdrž při nízké teplotě pomalé ochlazování 600°C izotermická výdrž při vyšší teplotě 727°C středně rychlé ochlazování

T čas pomalé ochlazování 727°C