Dijagrami faznih transformacija Aleksandra Boričićvtsnis.edu.rs/wp-content/plugins/vts-predmeti/uploads/tehnicki... · Na kojoj temperaturi pri hlađenju legure pod ravnotežnim

Dijagrami faznih transformacija

Aleksandra Borii

Agregatna stanja

vrsto stanje

Teno stanje

Gasovito stanje

Priti

sak

Temperatura

3

Vodenapara

Led

So

AlkoholVoda

Primeri:

a) Agregatna stanja vodeb) Potpune rastvorljivosti,c) Delimine rastvorljivosti,d) nerastvorljivosti)

Agregatna stanja i efekat meanja

4

vrst rastvor Zn u Cu

JedinjenjeCu i Zn

a) Hemijsko jedinjenjeb) vrsti rastvorc) Sloen sistem

Rastvori i jedinjenja

vrsti rastvor: faza u kojoj jedna komponenta (rastvara) zadrava svoju kristalnu reetku, a atomi druge komponente (rastvorka) rasporedjuju se u toj reetki.

5

RAVNOTENI DIJAGRAMI STANJADijagram stanja predstavlja grafiki prikaz faza u leguri pri razliitim temperaturama i sastavu legure.

Ravnoteni dijagrami stanja koriste se za razumevanje i predskazivanje mnogih vidova ponaanja materijala. Neki od vanijih podataka koji se mogu dobiti korienjem dijagrama stanja su:

Koje faze postoje u leguri? Kakav je njihov koliinski sastav? Kakvi su meusobni koliinski odnosi za razliite temperature i razliite

sastave? Na kojoj temperaturi pri hlaenju legure pod ravnotenim uslovima poinje

ovravanje i u kom temperaturnom intervalu se ono deava? Na kojoj temperaturi poinje topljenje razliitih faza? Kakva je rastvorljivost jedne komponente u drugoj?

6

Ovi i drugi podaci koji se mogu dobiti na osnovu ravnotenih dijagrama stanja potrebni su pri:

Definisanju tehnologije termike obrade,

Obradi deformisanjem u vrstom stanju,

Zavarivanju,

Livenju i

Mnogim drugim vanim proizvodnim procesima u

preradi metala.

7

Dijagrami stanja se konstruiu na osnovu prethodno snimljenih krivih hlaenja.

Krive hlaenja

Krive hladjenja: grafiki prikaz promene temperature u

funkciji vremena za iste metale i legure; promena se prati

od tenog stanja do sobne temperature.

Kriva hlaenja istog metala

8

Tem

pera

tura

Vreme

Rastop

Rastop + vrsto stanje

vrstostanje

Kriva hlaenja legura

9

Tem

pera

tura

Vreme

Rastop

Rastop + vrsto stanje

vrstostanje

ta su legure?

Legura je smea dva ili vie elementa, od kojih je bar jedan metal!!!

Primeri:- nerajui elik,- livena gvoa,- mesing,- bronza,....

11

ist metal Legura

12

Ravnoteni dijagrami stanja u zavisnosti od broja komponenti u sistemu, mogu se podeliti na: Jednokomponentne, Dvokomponentne (binarni), Trokomponentne (ternarne) i Viekomponentne.

BINARNI TERNARNI

13

Binarni (dvokomponentni) ravnoteni dijagrami stanja

Prema uzajamnoj rastvorljivosti u tenom stanju dva metala mogu biti:

Potpuno rastvorljivi, Ogranieno rastvorljivi (Ag961C-Cr1875C, Al660C -Cd321C,

Al660C -Pb327C, Fe1538C -Pb327C, Cu1083C -Pb327C ) i

Potpuno nerastvorljivi (Fe1538C -Bi278C, W3410C -Cu1083C, W3410C -Ag961C).

Slino kao i u tenom stanju postoje tri sluaja rastvorljivosti i u vrstom

stanju: metali potpuno rastvorljivi u tenom stanju rastvaraju se i u vrstom stanju:

potpuno, ogranieno ili se uopte ne rastvaraju.

Rastvorljivost metala Slino kao i u tenom stanju postoje tri sluaja

rastvorljivosti i u vrstom stanju: metali

potpuno rastvorljivi u tenom stanju rastvaraju

se i u vrstom stanju:

potpuno, ogranieno ili se uopte ne rastvaraju.

15

Ravnoteni dijagram dva metala potpuno rastvorljivih u vrstom stanju

Rastvorljivost odnosno nerastvorljivost dva metala u vrstom stanju zavisi

od njihovih osobina. Na primer, dva metala potpuno rastvorljiva u vrstom

stanju moraju imati pre svega:

isti tip kristalne reetke, neznatne razlike u veliini atoma, elektrohemijskim osobinama i valenci.

Potpuna rastvorljivost u vrstom stanju: odnosi se na komponente

koje grade vrste rastvore pri bilo kojim koncentracijama; (Cu-Ni, Au-Ag,

Au-Pt, Co-Ni, Ni-Pt, Bi-Sb).

16

Konstrukcija binarnih faznih dijagrama

X Y% Y raste

Rastop - R

vrsto stanje -

Taka topljenjaKomponente Y

Taka topljenjaKomponente X

Dve fazeR +

17

X Y% Y raste

Likvidus

Solidus

Likvidus linija: linija koja povezuje temperature poetka ovrivanja legura razliitog sastava.

Solidus linija: linija koja povezuje temperature zavretka kristalizacije (ovrivanja) legura razliitog sastava.

18

Za dvokomponentne sisteme, koji su u ravnotei, za poznati sastav i temperaturu, koristei dijagrame stanja moemo odrediti: Prisutne faze, Sastav faza, Procentualni odnos svake faze.

Pravilo poluge

100%A 0%B

100%B 0%A

Likvidus

Solidus

t1

t2

t3

CRastop (R)

Rastop +

vrsti rastvor

Koncentracija B, maseni %

Tem

pera

tura

, C

42%A58%B

50%A50%B

58%A42%B

A

Bx yR

(+R)

D E

100%A 0%B

100%B 0%A

Likvidus

Solidus

t1

t2

t3

CRastop (R)

Rastop +

vrsti rastvor


Tem

pera

tura

, C

42%A58%B

50%A50%B

58%A42%B

A

Bx yR

(+R)

D E

Mainski materijali - Dr Dragan 19

x y R = yR x

=

Koliina vrste faze yKoliina tene faze x

=

( ) ( )R x R x y + = +

( ) ( )R x

R x y=

+ +

Koliina tene faze x Suprotan krak polugeKoliina legure x y Ukupna duina poluge

= = =+

Relativan udeo tene faze

Moment za taku B

odnosno

Moment za taku D

odnosno

100%A 0%B

100%B 0%A

Likvidus

Solidus

t1

t2

t3

CRastop (R)

Rastop +

vrsti rastvor


Tem

pera

tura

, C

42%A58%B

50%A50%B

58%A42%B

A

Bx yR

(+R)

D E

20

( ) ( )R y x y + = +

( ) ( )y

R x y

=

+ +

Koliina vrste faze y Suprotan krak polugeKoliina legure x y Ukupna duina poluge

= = =+

Relativan udeo vrste faze

Moment za taku E

odnosno

22

A B

Likvidus

Solidus

Rastop (R)

Rastop +

vrst rastvor

Koncentracija B [Maseni %]Te

mpe

ratu

ra,

C

Neki metali, koji su uzajamno potpuno rastvorljivi u tenom i vrstom stanju, imaju na linijama likvidus i solidus minimum ili maksimum. Od ova dva sluaja je tehniki znaajan ravnoteni dijagram sa minimumom (sl. 3.8); javlja se kod mnogih binarnih legura, kao npr. Au-Cu, Au-Ni, Fe-Cr, Ni-Pd. U dodirnoj taki likvidusa i solidusa odvija se kristalizacija pri konstantnoj temperaturi, a posledica kristalizacije je opet vrst rastvor .

Ravnoteni dijagram dva metala potpuno rastvorljivih u vrstom stanju sa minimumom na krivoj likvidus i solidus

23

Equilibrium Phase Diagram - Mg0-Fe0

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

0 20 40 60 80 100

Wt% FeO

Tem

pera

ture

(C)

Equilibrium Phase Diagram - Cu-Ni

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350

1400

1450

1500

0 20 40 60 80 100

Wt% Ni

Tem

pera

ture

(C)

Equilibrium Phase Diagram - Nb-W

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

3400

0 20 40 60 80 100

Weight % W

Tem

pera

ture

(C)

Primeri binarnih faznih dijagramapotpuno rastvorljivih metala

Chart1

28002800

26502350

24002000

21001700

17201450

13201320

Wt% FeO

Temperature (C)


Sheet1

Phase Diagrams

MgO-Fe)Temperature

Wt %LiquidusSolidus

028002800

2026502350

4024002000

6021001700

8017201450

10013201320

Sheet1

Wt% FeO

Temperature (C)


Sheet2

Sheet3

Chart3

10851085

12001170

12801240

13551305

14051380

14551455

Wt% Ni

Temperature (C)


Sheet1

Phase Diagrams

MgO-Fe)Temperature

Wt %LiquidusSolidus

028002800

2026502350

4024002000

6021001700

8017201450

10013201320

Nb-W

Wt%LiquidusSolidus

024802480

2026002520

4027302600

6029002720

8031002930

10033503350

Cu-Ni

Wt%LiquidusSolidus

010851085

2012001170

4012801240

6013551305

8014051380

10014551455

Sheet1

Wt% FeO

Temperature (C)


Sheet2

Weight % W

Temperature (C)


Wt% Ni

Temperature (C)


Sheet3

Chart2

24802480

26002520

27302600

29002720

31002930

33503350

Weight % W

Temperature (C)


Sheet1

Phase Diagrams

MgO-Fe)Temperature

Wt %LiquidusSolidus

028002800

2026502350

4024002000

6021001700

8017201450

10013201320

Nb-W

Wt%LiquidusSolidus

024802480

2026002520

4027302600

6029002720

8031002930

10033503350

Sheet1

Wt% FeO

Temperature (C)


Sheet2

Weight % W

Temperature (C)


Sheet3

25

Ravnoteni dijagram dva metala potpuno nerastvorljivih u vrstom stanju

Potpuna nerastvorljivost u vrstom stanju: karakterie se time to se iz rastopa (tene faze potpuno rastvorenih komponenata) dobija smea kristala istih metala (Sn-Zn, Al-Sn, Bi-Cd).Eutektika reakcija: fazna transformacija koja se odvija pri konstantnoj (eutektikoj) temperaturi a proizvod eutektike promene jeste smea finih kristala (komponenta A + komponenta B) nazvanih eutektikum.Eutektika taka: taka u binarnom dijagramu koja odredjuje eutektiki sastav i eutektiku temperaturu.Podeutektika legura: legura koja je levo od eutektike take.Nadeutektika legura: legura koja je desno od eutektike take.

26

U oblasti ispod eutektike prave sve legure su u vrstom stanju. S obzirom na to da je re o dva metala nerastvorljiva u vrstom stanju, u strukturi se ne moe pojaviti kristal vrstog rastvora, koji je predstavnik rastvorljivosti u vrstom stanju. Rezultat kristalizacije bie stoga uvek smea kristala istih metala A i B.

CL1

L2m2 m m1 b1

a1D

G

1 a2 b2 2

F E

A BI II III III III

100%A 100%B

A + E B + E

Rastop (R)

Rastop + A Rastop + B

Tem

pera

tura

, C

Tem

pera

tura

, C


1 1' 2 2'

E

A

B

E

Vreme

100

0

A

x

yE

E E1'

B

E1 B1A1Koncentracija B, maseni %

% s

trukt

urni

h

kom

pone

nti

Podeutektika legura

Eute

kti

ka le

gura

Nadeutektika legura

0%B 0%A

CL1

L2m2 m m1 b1

a1D

G

1 a2 b2 2

F E

A BI II III III III

100%A 100%B

A + E B + E

Rastop (R)

Rastop + A Rastop + BT

em

pera

tura

,

C

Tem

pera

tura

,

CKoncentracija B, maseni %

1 1' 2 2'

E

A

B

E

Vreme

E E '

Podeutektika legura

Eu

tekt

ika le

gura

Nadeutektika legura

0%B 0%A

27

Na temperaturi koja odgovara taki m u ravnotei su dve faze: rastop (sastava koji odgovara taki m1) i vrsta faza (kristal istog metala A sastava koji odgovara taki m2). Odnos sadraja ovih faza bie prema pravilu poluge:

2

1

koliina rastopa mmkoliina kristala metala mm

=

Odnos koliine primarno izluenih kristala A i eutektike, npr. u leguri I moe se odrediti pomou pravila poluge:

2

2

a FEa

=EkoliinaA koliina

28

A B

L

S

Rastop (R)

Rastop + A

A + B

C

F D = E


Tem

pera

tura

, C

U razliitim sistemima moe eutektika taka zauzimati u ravnotenom dijagramu razliite poloaje. U nekim sluajevima pribliava se jednoj od komponenata, a ponekad se s njom i spaja.Legure u kojima se eutektika taka uvek spaja sa jednom komponentom obrazuju npr. parovi metala: Al-Sn, Cu-Bi, Cd-Ge, Sn-Si, Sb-Si itd. Granini poloaj eutektike take

29

Ravnoteni dijagram dva metala sa ogranienom i promenljivom rastvorljivou u vrstom stanju

Uzajamna rastvorljivost metala u vrstom stanju zavisi od temperature i

obino se sa opadanjem temperature smanjuje. Uzajamna

rastvorljivost dva metala najvea je na eutektikoj temperaturi, a sa

opadanjem temperature se menja prema krivoj promene rastvorljivosti

koja se naziva solvus linijom.

Prema opisanom ravnotenom dijagramu kristaliu se neki parovi

metala kao npr. Cu-Ag, Al-Si, Pb-Sn.

30

Max. rastvorljivostCu u reetki Ag

Max. rastvorljivostAg u reetki Cu

Eutektikataka

Solvus linija Solvus linija

31Teinski % YX Y

Rastop (R)

LikvidusSolidus

SolvusSolvus

Solidus

+ R + R

+

32


R

R

R

deo"

R

I II III IIIIII

C

A H J B

FE

G

D

a1

b1

a2b2

a3

b3

a3'

b3' b3''

Rastop (R)

R + R +

+ E + E

+ " + "

Tem

pera

tura

, C

a4

Solvuslinija

- vrsti kristali (proeutektiki kristali) - vrsti kristali (proeutektiki kristali)E - Eutektika smea -vrsog rastvora i -vrstog rastvira

Ravnoteni dijagram dva metala sa promenljivom rastvorljivou u vrstom stanju

33

Cu-Agsistem

Primer: Cu-Ag sistem

Hlaenje po takastoj liniji: R (71.9%) (8%) + (91.2%)

R (rastop)

R+ R+

+

Sastav, Te.% Ag20 40 60 80 1000

200

1200T(C)

400

600

800

1000

CE

TE 8.0 71.9 91.2779C

34

Primer: Pb-Sn

Pb-Snsistem

R+ R+

+

200

T(C)

18.3

Co, te.% Sn20 40 60 80 1000

Co

300

100

R (rastop)

183C

61.9 97.8150

Za 40te%Sn-60te%Pb legure na 150C, nai...

-- koje se faze pojavljuju?

-- sastav tih faza

-- relativni udeo svakefaze

35

Za leguru sa 40%Sn-60%Pb na 150C- koje faze postoje:

+ - sastav tih faza:

C = 11 te%SnC = 99 te%Sn

- relativni udeo svake faze:(pravilo poluge)

Pb-Snsistem

R+ R+

+

200

T(C)

18.3

Co, te.% Sn20 40 60 80 1000

Co

300

100

R (Rastop)

183C

61.9 97.8150

11 99

R S

36

Analiza dijagrama

Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic

37

Rastop

R +

+

Rastop

R + +

Procentualni sastav

Teinski sastav

Kako se dolazi do vrste faze?

38

Rastop

R +

+

Krive hlaenja

39

Rastop

Rastop +

+

Tem

pera

tura

Vreme

R+

200

T(C)

10 200Co

300

100

R

30

+

400

TE

2

40

Eutektika reakcija

Eutektika reakcija je specijalan sluajinvariante ili izotermalne reakcije

Eutektika reakcija moe da se opie sledeom formulom:

Rastop vrsta faza 1 + vrsta faza 2 pri T= Teut

Krive hlaenja za eutektiki sistemPb-Sn

41

Rastop

Tem

pera

tura

Vreme

+ R + +

R +

42

Efekat ojaanja vrstog rastvora:

-- Zatezna vrstoa (Rm) -- Duktilnost (%A,%Z)

Mehanike osobine: Cu-Ni sistemaZa

tezn

a v

rsto

a(M

Pa

)

Sastav, te%NiCu Ni0 20 40 60 80 100

200

300

400

Rm zaist Ni

Rm za ist Cu

Elo

ng

aci

ja(%

EL

)Sastav, te%Ni

Cu Ni0 20 40 60 80 10020

30

40

50

60

%A zaist Ni

%A za ist Cu

Kriva hlaenja za podeutektiki sistem

43

Rastop

Rastop +

Tem

pera

tura

Vreme

+ R + +

44

Sn-Pb legura - Mikrostrukture razliitih sastava

Eutektiki sastav63% Sn - 37% Pb

Nadeutektiki sastav70 % Sn 30 % Pb

Nadeutektiki sastav90 % Sn 10 % Pb

Podeutektiki sastav40% Sn - 60% Pb

HVALA NA PANJI!!!

Dijagrami faznih transformacijaAleksandra BoriiAgregatna stanja Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Kriva hlaenja istog metalaKriva hlaenja legurata su legure?Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Rastvorljivost metalaSlide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23PauzaSlide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Primer: Pb-SnSlide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Kako se dolazi do vrste faze?Krive hlaenjaSlide Number 40Krive hlaenja za eutektiki sistem Pb-SnSlide Number 42Kriva hlaenja za podeutektiki sistemSlide Number 44HVALA NA PANJI!!!

Documents

Dijagrami faznih transformacija Aleksandra Boričićvtsnis.edu.rs/wp-content/plugins/vts-predmeti/uploads/tehnicki... · Na kojoj temperaturi pri hlađenju legure pod ravnotežnim