Fázové přeměny.

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Fázové přeměny slitin železa v tuhém stavu
Advertisements

Čisté železo Hustota - 7,86 g.cm-3
Diagram -FeC.
Tato prezentace byla vytvořena
PRŮBĚH CHEMICKÉ REAKCE
KRYSTALIZACE KOVŮ Název školy
TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ.
Tato prezentace byla vytvořena
Digitální učební materiál
Animace ke studijní opoře
SKLO Skelný stav.
Fázové rovnováhy Fáze je homogenní část soustavy oddělená od ostatních fází rozhraním, v němž se vlastnosti mění nespojitě – skokem. Soustavy s dvěma fázemi:
Fázové přeměny při tepelném zpracování
ŽELEZO Železo je polymorfní kov, který se vyskytuje ve více modifikacích.
Tato prezentace byla vytvořena
SLOŽENÍ OCELI Název školy
Technické železo Surová železa nekujná Železa kujná Litiny Oceli
Termodynamika Termodynamická soustava – druhy, složky, fáze, fázové pravidlo Termodynamický stav – rovnovážný, nerovnovážný; stabilní, metastabilní, nestabilní.
1 Termodynamika kovů. 2 Základní pojmy – složka, fáze, soustava Základní pojmy – složka, fáze, soustava Složka – chemické individuum Fáze – chemicky i.
Základy tepelného zpracování
Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli
LITINY.
Tato prezentace byla vytvořena
Strojírenství Strojírenská technologie Tepelné zpracování kovů (ST12)
Tato prezentace byla vytvořena
Nástrojové oceli Ing. Karel Němec, Ph.D..
Houževnatost Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) (Empirické) zkoušky houževnatosti.
Kontrolní práce č. 5.
Chemické složení slitin železa
Základní druhy litin Podklady:
Fázové rovnováhy.
Tepelné zpracování ocelí (druhy a způsoby)
TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ.
Přeměny austenitu Při poklesu teploty polymorfní oceli pod kritické teploty A3, Acm a A1 dojde k přeměnám přechlazeného austenitu. Základem přeměn je přeměna.
Tepelné a chemicko-tepelné zpracování slitin Fe-C
Tato prezentace byla vytvořena
Mřížkové poruchy Mřížka skutečných krystalů není nikdy dokonalá
Difúze, fáze a fázové přeměny
Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu.
Schéma rovnovážného modelu Environmental Compartments
Vnitřní stavba pevných látek
Tepelné zpracování v praxi
Vysokoteplotní slitiny
Fyzika kondenzovaného stavu
Tato prezentace byla vytvořena
Kalení Kalení je tepelné zpracování za účelem dosažení vyšší tvrdosti oceli. Kalení spočívá v : ohřevu na kalící teplotu (nad 727o C) , do oblasti austenitu.
Diagram IRA, ARA Žíhání Kalení Popouštění Chemicko-tepelné zpracování
Diagram Fe- Fe 3 C.
Stabilní a metastabilní diagram
Průvodní list Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Vzdělávací materiál: Prezentace Určen pro: 1. ročník oboru Strojírenství a.
Tepelné a chemicko-tepelné zpracování slitin Fe-C Žíhání, kalení, cementace, nitridace.
CO MÁ VĚDĚT KONSTRUKTÉR O TEPELNÉM ZPRACOVÁNÍ - žíhání Otakar PRIKNER – tepelné zpracování kovů U Letiště 279, Martínkovice Tel.,fax (1)
ŽÍHÁNÍ Je způsob tepelného zpracování. Podle teploty žíhání rozlišujeme žíhání na : a. S překrystalizací – nad 727°C. b. Bez překrystalizace.
Název operačního programu: OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost
Průvodní list Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Vzdělávací materiál: Prezentace Určen pro: 1. ročník oboru Strojírenství.
Popouštění ocelí v praxi
Rovnovážný diagram Fe – Fe 3 C Rovnovážné diagramy Slitiny Fe s C tuhnou podle: rovnovážného stabilního Fe – C, nebo metastabilního diagramu Fe – Fe.
ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST
Průvodní list Jméno autora: Ing. Miroslava Jeřichová
Fyzika kondenzovaného stavu
Fyzika kondenzovaného stavu
Rozdělení ocelí podle použití
Průvodní list Jméno autora: Ing. Miroslava Jeřichová
Průvodní list Jméno autora: Ing. Miroslava Jeřichová
Základy metalografie - test
Vznik nové fáze.
, Brno Ing. Jiří Votava, Ph.D. Ústav techniky a automobilové dopravy
CZ.1.07/1.5.00/ KRYSTALIZACE KOVŮ A SLITIN
Plastická deformace a pevnost
Tepelné zpracování v praxi. Tepelné zpracování Druhy tepelného zpracování: 1. Žíhání 2. Kalení 3. Popouštění Druhy chemicko tepelného zpracování: 1. Cementace.
Transkript prezentace:

Fázové přeměny

Vznik a precipitační rozpad přesycených tuhých roztoků I Přesycený roztok vzniká: buď rychlým ochlazením u slitin, jejichž koncentrace leží v rozmezí křivky poklesu rozpustnosti – např. alfa roztok v duralu, ferit a austenit ve slitinách Fe-C nebo bezdifuzní přeměnou tuhého roztoku s vyšší rozpustností přísady na tuhý roztok s nižší rozpustností přísady – např. přeměna austenitu na přesycený ferit (tj. martenzit)

Vznik a precipitační rozpad přesycených tuhých roztoků II Důvody a průběh rozpadu přesyceného tuhého roztoku: Přesycený tuhý roztok je nerovnovážný Soustavy (slitiny) mají snahu existovat v rovnovážném stavu (max S, min G) Rozpad posouvá přesycený tuhý roztok směrem k rovnováze Precipitace (kontinuální) – proces, při němž probíhá: difuze atomů přísadového prvku mřížkou přesyceného tuhého roztoku hromadění atomů přísad ve vhodných místech (např. v okolí poruch mřížky) vznik drobných částic příslušné intermediální fáze (tj. vznik precipitátů)

Vznik a precipitační rozpad přesycených tuhých roztoků III Stárnutí feritu v polymorfních ocelích: Polymorfní ocel – ferit ve smíšené struktuře, např. ferit+ terciální cementit, ferit+ terciální cementit+perlit Po rychlém ochlazení ferit přesycen C a N (vliv křivky poklesu rozpustnosti C v aFe) - přesycení tím větší, čím větší je obsah C a N a čím vyšší je rychlost ochlazování – atomy C a N umístěny náhodně  není výrazná Re

Vznik a precipitační rozpad přesycených tuhých roztoků IV Proces stárnutí přesyceného feritu: Už za pokojové teploty – atomy C a N k poruchám (dislokacím) – Cottrellovy atmosféry  výrazná Re Při vyšší teplotě a delší době - další hromadění atomů C a N – nehomogenní tuhý roztok – vznik přechodných koherentních precipitátů Fe2,4C a Fe16N2  růst Rm, Re, HB; pokles A, Z Při dalším zvýšení teploty a doby - ztráta koherence, vznik stabilních precipitátů Fe3C, Fe4N  opačná tendence změny vlastností Stárnutí feritu = nepříznivý jev, zvláště u ocelí do 0,2% C Stárnutí po zakalení; deformační stárnutí

Vznik a precipitační rozpad přesycených tuhých roztoků V Rozpad feritu a austenitu u nepolymorfních ocelí: Nepolymorfní oceli - vysokolegované oceli (např. Cr, Ni), struktura je tvořena buď jen feritem nebo jen austenitem, z nichž precipitují karbidy a nitridy Negativní dopad: tvorba karbidů a nitridů v matrici → zvýšení křehkosti; odčerpání legur z matrice → snížení zvláštních vlastností, např. korozivzdornosti  mezikrystalová koroze Pozitivní dopad: vytvrditelné austenitické oceli – Ni, Cr; W, Mo, V, Ti, B, Al – rozpouštěcí žíhání a stárnutí → výrazné zpevnění

Vznik a precipitační rozpad přesycených tuhých roztoků VI Bezdifuzní přeměna austenitu na přesycený ferit = martenzit bude vysvětlena v části „Martenzitická přeměna“. Důvodem přesycení feritu je zde větší rozpustnost C a N v austenitu než ve feritu (PP pole 7). Přeměna bez difuze  všechen C a N, který byl rozpuštěn v austenitu, zůstane uzavřen ve feritu. Precipitační rozpad martenzitu bude vysvětlen v části „Přeměny při popouštění“

Austenitizace I Austenitizace - u ocelí úvodní etapa pro všechny druhy tepelného zpracování s překrystalizací Důležité dílčí pochody při austenitizaci: tvorba a homogenizace austenitu následný růst austenitického zrna Austenitizace - u ocelí proces přeměny výchozí ferito-cementitické struktury (která existuje za pokojové teploty – F+P, P, P+cem) na austenit (při zvýšení teploty nad A1 = částečná austenitizace, nebo nad A3 příp. Acm = úplná austenitizace)

Austenitizace II Tvorba austenitu: Za rovnovážných podmínek – přeměna perlitu na austenit při teplotě A1, dále přeměna feritu na austenit mezi A1 a A3, příp. rozpouštění sekundárního cementitu v austenitu mezi A1 a Acm . V reálných (nerovnovážných) podmínkách je nutné přehřátí nad uvedené teploty Difuzní přeměna: difuze atomů C; heterogenní nukleace zárodků austenitu v perlitickém feritu (hlavně na rozhraní kolonií perlitu nebo na mezifázovém rozhraní F/Cem); růst zárodků až do vzniku 100% austenitu

Austenitizace III Homogenizace austenitu - proces závislý na teplotě a na čase; také na výchozí struktuře: Austenitizační diagram (izotermický a anizotermický) austenit + zbytky perlitického cementitu chemicky nehomogenní austenit – místní rozdíly v obsahu uhlíku a ostatních prvků homogenní austenit – po difuzních přesunech atomů přísad, určující je difuzivita substitučních prvků

Austenitizace IV Austenitické zrno a jeho druhy: Při austenitizaci – velikost sekundárních zrn podle výchozí struktury, teploty a doby austenitizace – chceme jemnozrnný a homogenní austenit licí (dendrity) – po ukončené krystalizaci; velikost menší při nižší licí teplotě a vyšší rychlosti ochlazování primární – po granulaci dendritů (tvorba polyedrických zrn) při dalším ochlazování; zjemnění přísadou Mo,Ti,Zr,Nb,Ta sekundární – po jakékoliv (i opakované) překrystalizaci feriticko-karbidické struktury původní - po poslední překrystalizaci z časové řady Austenitické zrno a jeho druhy:

Austenitizace V Růst zrna při austenitizaci: po překročení překrystalizační teploty – drobné zrno při dalším zvyšování teploty – růst zrna (srůstání nebo posuv hranic) ocel dědičně hrubozrnná – dezoxidovaná feromanganem a ferosiliciem ocel dědičně jemnozrnná – dezoxidovaná hliníkem Růst zrna při austenitizaci:

Přeměny přechlazeného austenitu I Probíhají pod teplotou A1 ( přechlazení) Dílčí procesy: alotropická přeměna mřížky gFe(fcc) na mřížku aFe(bcc) – proběhne vždy, bez ohledu na rychlost ochlazování a teplotu přeměny  změna rozpustnosti uhlíku, tvorba cementitu difuze přísadových prvků (substitučních obtížněji, intersticiálních snadněji) – silná závislost na teplotě přeměny

Přeměny přechlazeného austenitu II proeutektoidní – tvorba feritu mezi teplotami A3 a A1, cementitu mezi teplotami Acm a A1 – difuze všech prvků perlitická – malé přechlazení pod A1, difuze všech prvků bainitická – větší přechlazení pod A1, omezená difuze (uhlík ano, železo a ostatní prvky ne) martenzitická – velké přechlazení pod A1, nulová difuze všech prvků

Přeměny přechlazeného austenitu III Po ukončení proeutektoidní přeměny je ve zbývajícím austenitu eutektoidní obsah uhlíku a může proběhnout přeměna austenitu na perlit Proeutektoidní přeměny Proeutektoidní fáze (p.f.) – ferit, cementit II Heterogenní tvorba zárodků p.f. (přednostně na hranicích zrn austenitu) a jejich růst Malé přechlazení – vznik síťoví p.f. – neškodné u F, křehkost u cem Větší přechlazení – vznik p.f. ve tvaru Widmannstättenovy struktury – křehkost u F i u cem Nízkouhlíkové oceli – vznik rovnoosých zrn feritu

Přeměny přechlazeného austenitu IV Perlitická přeměna: Perlit = lamelární směs feritu a cementitu Heterogenní nukleace na hranicích austenitických zrn; zárodek feritu např. v bodě J, zárodek cementitu např. v bodě K Růst kolonie perlitu – střídavá tvorba cementitu a feritu Mezilamelární vzdálenost = tloušťka dvojice lamel (F+cem) – zmenšuje se s klesající teplotou přeměny – rostou pevnostní vlastnosti, klesají deformační charakteristiky Vliv přísadových prvků na teplotu eutektoidní přeměny a na eutektoidní obsah uhlíku v austenitu

Přeměny přechlazeného austenitu V Bainitická přeměna: Bainit = nerovnovážná nelamelární směs deskových nebo jehlicových (laťkových) krystalů více nebo méně přesyceného feritu a drobných částic karbidů Druhy bainitu: Bainitická přeměna neprobíhá až do 100% vzniku nové fáze – zbytkový austenit – v průběhu přeměny obohacený C a jinými prvky Bainitická křivka oceli – udává množství austenitu, který je možno přeměnit na bainit v závislosti na teplotě přeměny; teplota Bs a Bf Horní bainit – teplota vzniku nad asi 350°C při obsahu asi 0,6%C – nižší pevnostní vlastnosti, větší houževnatost; pevnější a tvrdší než perlit Dolní bainit – teplota vzniku mezi 350°C a teplotou Ms u ocelí s asi 0,6%C – vyšší pevnostní vlastnosti, nižší houževnatost

Přeměny přechlazeného austenitu VI Martenzitická přeměna: Bezdifuzní (střihová) přeměna; nízká teplota přeměny (mezi teplotami Ms a Mf) = velké přechlazení pod A1; kritická rychlost ochlazování Martenzit = nerovnovážný přesycený tuhý roztok uhlíku v aFe Mřížka martenzitu: prostorově středěná tetragonální; tetragonalita způsobená přesycujícím uhlíkem – jeho atomy v jedné ze tří oktaedrických intersticiálních poloh mřížky a Fe Vliv obsahu uhlíku obsaženého v martenzitu na mřížkové parametry martenzitu Vliv obsahu uhlíku obsaženého v martenzitu na tvrdost martenzitu

Přeměny přechlazeného austenitu VII „Kinetika“ martenzitické přeměny (závislost na teplotě přeměny, ne na čase): Vliv přísadových prvků na martenzitickou přeměnu Většinou atermický charakter přeměny – dané teplotě v intervalu Ms a Mf odpovídá určitý podíl martenzitu, který vznikne prakticky okamžitě (vysoká rychlost růstu útvarů martenzitu - rychlost šíření zvuku v oceli) Přeměna může pokračovat je po dalším snížení teploty, až na teplotu Mf Martenzitická křivka ocelí = podíl martenzitu v závislosti na teplotě přeměny Zbytkový austenit

Transformační diagramy rozpadu přechlazeného austenitu I Kinetické diagramy – závislost doby (průběhu) přeměny na teplotě přeměny Platnost vždy pro určité chemické složení oceli a pro určité podmínky austenitizace Diagramy izotermického rozpadu austenitu (IRA) – rozpad při konstantní teplotě – využití menší Diagramy anizotermického rozpadu austenitu (ARA) – rozpad v průběhu ochlazování - využití časté Konstrukce diagramů – experimenty, výpočty

Transformační diagramy rozpadu přechlazeného austenitu II Diagramy IRA: Křivky začátku (s-start) a konce (f-finish) perlitické a bainitické přeměny = C křivky Vlevo od křivek začátku přeměny (s) je austenit, vpravo od křivek konce přeměny (f) jsou produkty příslušné přeměny, mezi křivkami (s) a (f) přeměna postupně probíhá Martenzitická přeměna pod teplotou Ms Vliv přísad na diagramy IRA: Přísady (kromě Al a Co) posouvají křivky (s) a (f) doprava Karbidotvorné prvky mění tvar křivek – oddělují od sebe perlitickou a bainitickou přeměnu

Transformační diagramy rozpadu přechlazeného austenitu III Diagramy ARA: Křivky začátku a konce přeměn s podobným významem jako v diagramu IRA Křivky rychlosti ochlazování – v jejich směru se sleduje průběh přeměn

Transformační diagramy rozpadu přechlazeného austenitu IV Produkty přeměn v diagramu ARA při různých ochlazovacích rychlostech Rychlost 1 – hrubý perlit Rychlost 2 – jemný perlit Rychlost 3 – jemný perlit, horní a dolní bainit Rychlost 4 – horní a dolní bainit Rychlost 5 – kritická rychlost martenzitické přeměny – martenzit a zbytkový austenit Rychlost 6 – martemzit a zbytkový austenit

Přeměny při popouštění martenziticky zakalených ocelí I Popouštění = TZ bezprostředně po martenzitickém kalení = ohřev a prodleva při zvýšené teplotě (ale pod A1), ochlazení na pokojovou teplotu Přeměny při popuštění: precipitační rozpad tetragonálního martenzitu a rozpad zbytkového austenitu:

Přeměny při popouštění martenziticky zakalených ocelí II Čtyři stadia popouštění (teplotně možnost překryvu): I. do asi 200°C – rozpad: tetragonální martenzit na směs (nízkouhlíkový kubický martenzit s obsahem do 0,125 hmot%C + přechodový e-karbid Fe2,4C s mřížkou hcp) ; zmenšení měrného objemu; pouze mírné snížení tvrdosti II. (200 až 300)°C – rozpad zbytkového austenitu na strukturu bainitického typu (podobnou martenzitu popuštěnému na stejnou teplotu); přeměna značí vzrůst tvrdosti, který se ve změně tvrdosti celé struktury objeví více nebo méně výrazně – podle původního množství zbytkového austenitu; relaxace vnitřního pnutí

Přeměny při popouštění martenziticky zakalených ocelí III III. (nad 300°C) – přeměna (kubický martenzit+ e-karbid)  (ferit+cementit) = sorbit; změna tvaru feritu – z jehlic na polyedrická zrna (zotavování, rekrystalizace); změna tveru cementitu – z tyčinek na zrna, jejich růst; TZ = zušlechťování; pokles pevnostních charakteristik, růst deformačních charakteristik a houževnatosti IV. (nad 500 až 600°C) – uhlíkové oceli: rekrystalizace a hrubnutí zrn feritu, hrubnutí (koalescence, srůstání) částic cementitu – hrubý zrnitý perlit, snižování pevnostních a růst deformačních charakteristik – nízkolegované oceli: legování cementitu dalšími prvky (Mn, Cr apod.); – legované a vysokolegované oceli: vznik speciálních karbidů s mřížkou odlišnou od cementitu; zvýšení trdosti = sekundární tvrdost

Přeměny při popouštění martenziticky zakalených ocelí IV Popouštěcí křivka, její popis: Popouštěcí křehkost, její popis: Nízkoteplotní popouštěcí křehkost – NTPK (oblast I) Vysokoteplotní popouštěcí křehkost – VTPK (oblast II) Anizotermická složka VTPK (oblast III)