UNIVERZITET U TUZLI – MAŠINSKI FAKULTET

S E M I N A R S K I R A D

Predmet: MATERIJALI I

Ime i prezime: Broj indeksa: Odsjek: Datum:

SADRŽAJ

Sadržaj

Zadatak

1

2

1.

2.

3.

4.

5.

Uvod 3

1.1 Dijagram stanja Fe – Fe3 (Metastabilni) 3

1.2. Karakteristične linije na dijagramu stanja 3

Kompletan Fe – Fe3C dijagram 4

Kriva hladjenja za 1,6 % C 5

Kriva zagrijavanja za 1.6 % C 6

Postupak hladjenja legure sa sadržajem ugljika od:1,6%C 7

Reakcija transformacije u toku hlađenja za:1,6% C 8

3.1. Strukture krive hlađenja na datim temperaturama za:1,6% 8

3.2. Procentualni sastojak ugljika za svaki struktualni sastjak na datim temperaturama

(1,6 %C) 8

Zaključak 9

Literatura 10

Zadatak:

Data je Fe-C legura sa sadržajem ugljika: 1,6 %

Nacrtati kompletan Fe-3C dijagram

a) nacrtati krive hladjenja za datu leguru

b) navesti reakcije transformacije u toku hlađenja datih legura

c) odrediti strukture datih legura na datim temperaturama:

1,6: t1=1410, t2=910

e) odrediti procentualni sadržaj ugljenika za svaki struktualni sastojak na datim

temperaturama te izračunati procentualno učešće zastupljenih struktualnih sastojaka

na datim legurama.

Fe – Fe3C dijagram

Uvod

Dijagram stanja Fe – Fe3C (Metastabilni)

Pošto ugljenik može da se nađe u vezanom obliku sa željezom kao cementit i u slobodnom obliku kao

grafit, postoje dva dijagrama stanja:

• metastabilni dijagram stanja sistema železo – cementit (Fe-Fe3C), i

• stabilni dijagram stanja sistema železo – grafit (Fe-CGr).

Metastabilni dijagram stanja je značajan za izučavanje čelika i livenih gvožđa kod kojih je ugljenik

izdvojen u vidu cementita, dok je stabilni dijagram stanja bitan za livena gvožđa kod kojih je ugljenik

izdvojen u vidu grafita. Dijagram stanja železo – cementit (prikazan je na slici 5.6.) u koordinatnom

sistemu temperatura – sadržaj ugljenika do 6,67%, odnosno 100% cementita. Legure koje sadrže do

2,0% C (ugljenika ) se nazivaju čelici, a legure sa više od 2,0% C - livena gvožđa.

Slovni simboli kojima se označavaju karakteristične tačke, linije i faze u dijagramu, internacionalno su

usvojeni i olakšavaju mnoga tumačenja i dogovore. Oznake karakterističnih tačaka dijagrama stanja

su date u tabeli 5.1.

Navedeni podaci o temperaturama i sadržaju ugljenika nisu definitivno određeni, pa se u literaturi

mogu da nađu različite vrednosti.

Oznaka tačke Temperatura

° C

Sadržaj Ugljenika,

%

Oznaka tačke Temperatura

° C

Sadržaj

ugljenika,%

A 1539 0.00 G 906 0.000

B 1499 0.50 P 727 0.025

E 1148 2.00 S 727 0.800

C 1148 4.30 K 727 6.670

F 1148 6.67 Q 20 0.006

D ∼1250 6.67 L 20 6.670

Tabela 5.1. Karakteristične tačke dijagrama stanja

Karakteristične linije na dijagramu stanja Fe-Fe3C

Linija koja nastaje spajanjem tačaka A, B, C i D se naziva likvidus linija (označava se sa A5),

iznad koje su sve legure ovog sistema u tečnom stanju - rastopu, označenom R.

Linija koja se dobija spajanjem tačaka A, H, J, E, C i F se naziva solidus linija (označava se sa

A4) i predstavlja završetak procesa kristalizacije. Ispod nje sve legure ovog sistema su u

čvrstom stanju.

Između likvidus i solidus linije legure se sastoje iz rastopa i čvrste faze koja se izdvaja.

Količina čvrste faze se povećava sa sniženjem temperature. Po liniji AB se izdvaja δ-ferit, po

liniji BC austenit (γ), a po liniji CD primarni cementit (Fe3C′). Kristalizacija čvrste faze iz

rastopa je označena kao primarna kristalizacija.

Linije SE i PQ predstavljaju solvus linije – linije rastvorljivosti ugljenika u austenitu (SE linija),

odnosno rastvorljivosti ugljenika u feritu (PQ linija). Pošto se sa sniženjem temperature

smanjuje rastvorljivost ugljenika u kristalnoj rešetki čvrstog rastvora α i γ, to se on izdvaja iz

rešetke i sa atomima železa obrazuje cementit. Cementit koji se izdvaja iz austenita po SE

liniji se naziva sekundarni cementit (Fe3C′′), da bi se razlikovao od primarnog cementita, koji

nastaje iz rastopa. Cementit koji nastaje iz ferita po PQ liniji se označava kao tercijarni

cementit (Fe3C′′′).

Vertikalna osa sa lijeve strane dijagrama stanja (100% Fe, 0% C) predstavlja liniju čistog

željeza i na nju su nanijete tačke A, N i G koje odgovaraju temperaturama njegovih

alotropskih preobražaja, slika 5.1. Vertikalna osa sa desne strane dijagrama stanja je linija

čistog cementita (6,67% C) a položaj tačke D odgovara približno njegovoj temperaturi

topljenja. Po liniji ECF se odvija eutektička reakcija na eutektičkoj temperaturi (1148 °C).

Eutektičkom reakcijom se obrazuje mehanička smeša koja se sastoji od austenita sa 2,0% C i

primarnog cementita sa 6,67% C.

Ova reakcija se odvija kod svih legura sistema Fe-Fe3C koji sadrže više od 2,0% C. Linija PSK

(727 °C) je eutektoidna linija - A1, po kojoj se odvija eutektoidni preobražaj austenita sa 0,8%

C u mehaničku smešu ferita sa 0,025% C i sekundarnog cementita (Fe3C′′) sa 6,67% C.

Legura sastava 0,8% C se naziva eutektoidni čelik, a eutektoidna reakcija predstavlja reakciju

u čvrstom stanju (sekundarna kristalizacija). Naziv eutektoidni ukazuje na analogiju ove

reakcije sa već opisanom eutektičkom reakcijom, pri čemu ulogu rastopa preuzima austenit,

ulogu austenita ferit, a ulogu primarnog cementita sekundarni cementit.

Struktura perlita sastoji se iz feritne osnove i cementitne faze u vidu lamela (pločica) –

lamelarni perlit, slika 5.7. Osim lamelarnog perlita, može da se formira zrnasti perlit, ako se

izvede odgovarajuća termička obrada. Zrnasti perlit ima veću plastičnost, a manju tvrdoću od

lamelarnog perlita.

Ispod eutektoidne linije u strukturi čelika i gvožđa ne može da se nađe austenit, već perlit koji je

nastao njegovim preobražajem. To znači da se, na eutektoidnoj temperaturi, austenit koji je prisutan

u ledeburitu I (LI) transformiše u perlit, a novonastali ledeburit se naziva ledeburit II (LII).

U odnosu na eutektoidnu tačku, čelici se dijele na:

• podeutektoidne čelike sa sadržajem ugljenika od 0,025 do 0,8%, čija se struktura sastoji iz

ferita i perlita;

• eutektoidni čelike sa sadržajem ugljenika od 0,8%, čija se struktura sastoji od 100% perlita;

• nadeutektoidne čelike sa sadržajem ugljenika od 0,8 do 2,0%, čija se struktura sastoji od

perlita i sekundarnog cementita.

Postupak hlađenja legura sa sadržajem ugljenika od 1.6 %

Legura sa 1.6 % C je nadeutektoidni čelik. Kristalizacija počinje na temperaturi likvidus, gdje se iz

rastopa izlučuju prvi kristali austenita.

Rezultat kristalizacije opet je homogena struktura koja se sastoji samo od kristala austenita.

Prekristalizacija austenita počinje na krivoj promjene rastvorljivosti ugljenika u austenitu. Na

temperaturi koja odgovara tački e3 austenit je zasićen ugljenikom.

Pri daljem padu temperature austenit postaje prezasićen ugljenikom, te se prekomjerni ugljenik

izlučuje kao sekundarni cementit na granicama zrna austenita.

Pri opadanju temperature dalje se smanjuje rastvorljivost ugljika u austenitu prema krivoj ES, pa na

eutektoidnoj temperaturi dostiže koncentracija ugljika u austenitu vrijednost od 0.765 %

(eutektoidna koncentracija) i austenit se raspada na perlit.

Ispod eutektoidne temperature, nadeutektoidni čelici obrazuju strukturu smjese perlita i

sekundarnog cementita dok sekundarni cementit obrazuje tanke mrežice a unutar tih mrežica su zrna

austenita.

Od temperature 1466 °C (tačka 1) dolazi do pojavljivanja prvih centara kristalizacije u datoj leguri sve

do temperature 1280 °C imamo taljevinu T+γ austenit.

Od temperature 1280 °C do 1040 °C (tačka 3) nalazi se čisti gama austenit.Od tačke 3 do tačke 4 (723

°C) nalazi se sekundarni cementit i gama austenit.

Na temperaturi 723 °C nastaje prvi zastoj (eutektoidnu reakciju) sve do 4'. Od tačke 4' daljim

hladjenjem nalazi se sekundarni cementit + perlit

Reakcija transformacije u toku hlađenja za 1,6 % C

• Od 1590 °C – 1466 °C (tačka 1) taljevina

• Od 1466 °C (tačka 1) – 1280 °C (tačka 2) taljevina + gama austenit, dolazi do prve pojave

kristala

• Od 1280 °C (tačka 2) – 1040 °C (tačka 3) nalazi se čisti gama austenit

• Od 1040 °C – 723 °C (tačka 4) nalazi se austenit + sekundarni cementit

• Od tačke 4 do tačke 4' pojavljuje se prvi zastoj to jest eutektoidna reakcija

• Daljim hlađenjem ispod temperature 723 °C nalazi se perlit + sekundarni cementit

Strukture krive hlađenja na datim temperaturama za:1,6% C

Na temperaturi t1 (1410 °C) imamo taljevinu + gama austenit

Na temperaturi t2 (910 °C) imamo sekundarni cementit + gama austenit

Procentualni sastojak ugljika za svaki struktualni sastjak na datim temperaturama (1,6 %C)

t1 (1410 °C) imamo taljevinu + gama austenit

Qγ= %31,4810078,1

86,0%100

21

2 ==AA

AA austenit

QT= %69,5110078,1

92,0%100

21

1 ==AA

AA taljevina

t2 (910 °C) imamo sekundarni cementit + gama austenit

Qγ= %68,9510032,5

09,5%100

21

2 ==BB

BB austenit

QT= %32,410032,5

23,0%100

21

1 ==BB

BB taljevina

4. ZAKLJUČAK

Legura sa 1.6 % C je nadeutektoidni čelik. Kristalizacija se dešava na temperaturi likvidus, gdje se iz

rastopa izlučuju prvi kristali austenita.

Rezultat kristalizacije opet je homogena struktura koja se sastoji samo od kristala austenita.

Prekristalizacija austenita počinje na krivoj promjene rastvorljivosti ugljenika u austenitu. Na

temperaturi koja odgovara tački e3 austenit je zasićen ugljenikom.

Ispod eutektoidne temperature, nadeutektoidni čelici obrazuju strukturu smjese perlita i

sekundarnog cementita dok sekundarni cementit obrazuje tanke mrežice a unutar tih mrežica su zrna

austenita.

5. LITERATURA

[1] Džafer Kudumović: Materijali 1, Izdavač, ISBN, Mjesto izdanja, Godina izdanja.

[2] „Mašinski materijali“ predavanja dr. Dragan Adamović

[3] Literatura korištena sa interneta:

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2003/Lattices/iron.html , (07/11/2010)

http://www.sv.vt.edu/classes/MSE2094_NoteBook/96ClassProj/examples/kimcon.html (07/11/)