56
JW
4. STOPY ŻELAZA Z WĘGLEM
4.1. Charakterystyka żelaza
Żelazo jest pierwiastkiem metalicznym o temperaturze topnienia 1534°C i temperaturze
wrzenia 3070°C. W przyrodzie występuje głównie w postaci tlenków, węglanów,
wodorotlenków i siarczków, jako magnetyt (Fe3O4), hematyt (Fe2O3), syderyt (FeCO3,), limonit
(2Fe2O3⋅3H2O) i piryt (FeS2).
Z rud tlenkowych w redukcyjnym procesie hutniczym w wielkim piecu otrzymuje się tzw.
surówkę, będącą stopem żelaza z węglem, krzemem, manganem, siarką, fosforem, tlenem,
azotem i in. (łącznie do 10%). Surówka podlega dalszej przeróbce w plecach stalowniczych,
podczas której utlenia się znaczna część domieszek, tak że w większości przypadków łączna ich
ilość (nie licząc węgla) nie przekracza 1%. Otrzymany produkt nazywa się stalą węglową.
Żelazo występuje w dwóch odmianach alotropowych: α i γ.
Żelazo α, termodynamicznie trwale od niskich temperatur do temperatury 910°C oraz od
temperatury 1390 do 1534°C, ma strukturę krystaliczną o sieci regularnej przestrzennie
centrowanej. Warto wspomnieć, że wysokotemperaturową odmianę żelaza α często nazywa się
żelazem δ.
Żelazo γ, termodynamicznie trwałe w temperaturach 910 do 1390°C, ma strukturę krystaliczną
o sieci regularnej ściennie centrowanej.
Gęstość żelaza α w temperaturze 20°C wynosi 7,86 g/cm3, gęstość żelaza γ w temperaturze
916°C - 8,05 g/cm3.
Przemiany zachodzące w czystym żelazie podczas jego studzenia lub ogrzewania najlepiej
omówić posługując się krzywą studzenia. Jak widać na rys. 4.1, poza przystankiem w
temperaturze 1534°C, związanym z krzepnięciem żelaza, na krzywej występują jeszcze trzy
przystanki temperatury. Pierwszy z nich w temperaturze 1390°C odpowiada przemianie
alotropowej żelaza α w żelazo γ. Drugi przystanek ma miejsce w temperaturze 910°C i
odpowiada przemianie alotropowej żelaza γ w żelazo α. Trzeci wreszcie, znacznie krótszy
przystanek w temperaturze 768°C (punkt Curie) związany jest z przemianą magnetyczną żelaza
α (poniżej tej temperatury żelazo jest ferromagnetyczne, powyżej — paramagnetyczne).
Rys. 4.1. Krzywa studzenia żelaza
Przemiany alotropowe są związane z przebudową struktury krystalicznej, co powoduje zmianę
własności fizycznych, chemicznych i mechanicznych. W efekcie powstają inne odmiany tego
samego żelaza, noszące nazwę odmian alotropowych. W przeciwieństwie do tego, przy
przemianie magnetycznej zmieniają się jedynie niektóre własności elektryczne, magnetyczne i
cieplne, tak że jest ona szczególnym rodzajem przemiany, zupełnie różnym od alotropowej.
57
JW
4.2. Układ równowagi żelazo-cementyt
Stopy żelaza z węglem należą do najbardziej rozpowszechnionych stopów w technice. Można
je traktować pod wieloma względami jako stopy dwuskładnikowe, mimo że zawierają one
jeszcze zawsze niewielkie ilości manganu, krzemu. siarki, fosforu i innych pierwiastków
pochodzących z procesu metalurgicznego. W związku z tym struktury tych stopów w stanie
zbliżonym do równowagi (a więc w stanie wyżarzonym zupełnie) można rozpatrywać
(…)
… występujące w układzie żelazo-cementyt. Ponieważ żelazo występuje w dwóch
odmianach alotropowych α i γ, a ponadto tworzy z węglem roztwory stałe i fazę
międzymetaliczną Fe3C (cementyt), w układzie równowagi żelazo-cementyt (zależnie od
temperatury i zawartości węgla) istnieją następujące fazy ferryt, austenit, cementyt i ciekły
roztwór węgla w żelazie. Na rysunku 4.2 W poszczególnych polach wykresu oznaczono
następujące fazy (L — roztwór ciekły węgla w żelazie, α — ferryt, γ — austenit oraz Fe3C).
Wykres układu równowagi żelazo-cementyt można podzielić na dwa obszary: a) obszar
58
JW
związany ze zmianą stanu skupienia, ograniczony od góry linią likwidusu ABCD, od dołu - linią
solidusu AHIJECF, b) obszar przemian w stanie stałym — poniżej linii solidusu.
Ferryt jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w żelazie…
… ferrytu wynosi ok. 80 HB, Rm - ok. 300 MPa, A10 - ok. 40%, KCU2 - ok. 180 J/cm2.
Podobnie jak żelazo α, ferryt jest ferromagnetyczny do temperatury 768°C.
Austenit jest międzywęzłowym roztworem węgla w żelazie γ i oznaczony jest bądź symbolem
Feγ(C), bądź literą γ. Graniczna zawartość węgla w austenicie w temperaturze 1147°C wynosi
2,06% (punkt E na wykresie). W stopach żelaza z węglem w stanie równowagi…
…
niemetalicznymi podaje PN-64/H-04510, która zawiera również tablicę wzorców każdego typu
wtrąceń: tlenków ułożonych łańcuszkowo, tlenków ułożonych punktowo, krzemianów kruchych,
krzemianów plastycznych, krzemianów i tlenków nieodkształcalnych (globulamych), siarczków,
azotków tytanu i azotków aluminium.
Kilka przykładów wtrąceń niemetalicznych występujących w stalach podano na rys. 3.22-3.24
(rozdz. 3).
…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)