fazne promene kod celika

Termika obrada metala - Dr Dragan Adamovic 1

Termika obrada metala- Predavanje -

FAZNE PROMENE U VRSTOM STANJU KOD ELIKA


Podeutektoidni, eutektoidni i nadeutektoidni elici

Eutektoidni (0.77 % C) perlit (ferit + cementit)

Podeutektoidni (< 0.77 %C) perlit + ferit

Nadeutektoidni (> 0.77 %C) perlit + cementit

Ferit je mek, a cementite je tvrd

Tvrdoa i vrstoa rastu sapoveanjem %C

Austenit

Pearlit


2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.

Promena mikrostrukture za podeutektoidni i nadeutektoidni elik pri hlaenju


Hlaenje austenita

Eutektoidna transformacija: + Fe3C (perlit), 0.77 % C Brzina hlaenja utie na dobijanje razliitih faza i mikrostruktura

Stabilne faze: perlit, bejnit, Nestabilne faze: martenzit

Austenit

Perlit

Sporohlaenje

Brzohlaenje

Srednjebrzohlaenje

Ponovnozagrevanje


Izmena veliine zrna pri zagrevanju i hlaenju

Fazne promene kod elika nastaju zahvaljujui polimorfiji gvodja i opadanju rastvorljivosti ugljenika u gvodju sa padom temperature.


Zavisnost brzine preobraaja od stepena pothlaivanja i brzine difuzije

Na brzinu promene utiu istovremeno dva faktora: stepen pothladjivanja i brzina difuzije. Ispod AC1temperature austenit je nestabilna faza, pa se menja u perlit jer je slobodna energija austenita vea nego perlita. to je vei stepen pothladjivanja (T) raste razlika slobodnih energija, pa se bre odvija transformacija austenita u perlit. Ali, sa porastom T, tj. sniavanjem reakcione temperature smanjuje se brzina difuzije, to usporava kako brzinu nukleacije tako i brzinu rasta. Kao rezultat ova dva protivurena uticaja, brzina promene austenita u poetku raste sa poveanjem stepena pothladjivanja (T), dostie maksimum na oko 550C i najzad opada dostiui gotovo nultu vrednost na oko 200C za eutektoidni elik. Ispod ove temperature nastaju bezdifuzione promene.


Promena pothladjenog austenita

Koncentracija C

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

G

S

EIzluivanjeproeutektoidnogperlita

Izluivanjeproeutektoidnogcementita

D

i

f

u

z

i

o

n

a

p

r

o

m

e

n

a

B

e

z

d

i

f

u

z

i

o

n

a

D

i

f

u

z

i

j

a

i

n

t

e

r

s

t

i

c

.

a

t

o

m

a

D

i

f

u

z

i

j

a

s

u

p

s

t

i

t

u

c

.

a

t

o

m

a

Perlitna promena

Bejnitna promena

Martenzitna promena

+ + Fe3C

Oblasti glavnih promena pothladjenog austenita


Koncentracija C, %

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

,

C

G

A

B

S

E'

FD

C

E

727C

675C

0.65% 0.77% 1.0%

Obrazovanje proeutektoidnih faza

Oblast stabilne i metastabilne ravnotee u sistemu Fe C

Austenit

Mreasteproeutektoidnefaze (ferita ilicementita)

Mreaste proeutektoidne faze na granicama austenitnih zrna


Vidmantetenove ploice (iverice)proeutektoidne faze

Austenit

perlit727C

Pojava Vidmantetenovih ploica (iverica) proeutektoidne faze

G

S

E

727C

Koncentracija C, %0.022 0.77 2.11

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

,

C

Poliedarskazrna ferita

Mreasteproeutektoidne

faze

Vidmantetenove ploice (iglice)

Oblasti pojave proeutektoidnog feritai sekundarnog cementita razliite morfologije

Vidmantetenova struktura: struktura igliastog ferita sa vrhovima iglica usmerenim prema sreditu perlitnih zrna.


Perlitna promena

Koncentracija C

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

G

S

E

Perlitna promena

+ + Fe3C

Austenit

~550C - vrlo fini perlit ili TRUSTIT

~600C - fini perlit ili SORBIT

~700C - grubi perlit

T tek ispod TE

T neto ispod TE

T znatno ispod TE

perlitnekolonije

.


Shema transformacije austenita u perlit kod eutektoidnog elika

Perlit = 88% ferita + 12% Fe3C

perlitpravacrasta

Austenit ( ) granicazrna

cementit (Fe 3C)ferit ()


Grubo lamelarni perlit Sorbit Trustit

Sorbit: dvofazna struktura koju ine tanke gusto sloene feritne i cementitne estice dobijene pri izotermikom hladjenju elika na temperaturi ~ 650C.

Trustit: dvofazna struktura finog perlita koju ine tanke lamele ferita i cementita dobijene pothladjivanjem i izotermikim zadravanjem elika na ~ 550C.


- Manje T: kolonije suvee

- Vee T: kolonije sumanje

Ttransf. tek ispod TE-- Vee T: difuzija je bra-- Perlit je grublji.

Dva sluaja: Ttransf. znatno ispod TE

-- Manje T: difuzija je sporija-- Perlit je finiji.

Morfologija perlita

- -


Bejnitna promena

Koncentracija C

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

G

S

E

Bejnitna promena

+ + Fe3C

Austenit

Gornji bejnit~550C

~ MsDonji bejnit~350C

100

50

0

Poetaktransformacije

Vremeinkubacije

Koliinanetransformisanogaustenita

VremeK

o

l

i

i

n

a

b

e

j

n

i

t

a

,

%

Oblast i kinetika kriva bejnitne transformacije


Shema pojave gornjeg bejnita

Shema pojave donjeg bejnita

Bejnit: smea presienog - ferita i sitnih cementitnih (karbidnih) estica razmetenih u bejnitnom feritu.


Gornji bejnit ( 600) Donji bejnit ( 400)


Martenzitna promena

Koncentracija C

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

G

S

E

Martenzitna promena

+ + Fe3C

Ms

Mf

AustenitAtom C

Atomi Fe

a = b = 0.2845 nmc = 0.297 nm

0

20

40

60

80

100 0

20

40

80

60

1001000 200-100-200

Mf

Ms

Temperatura, C

K

o

l

i

i

n

a

a

u

s

t

e

n

i

t

a

,

%

K

o

l

i

i

n

a

m

a

r

t

e

n

z

i

t

a

,

%

Ms - Martensite startMf - Martensite finish

Martenzitna tetragonalna reetka

Kinetika kriva promene austenita u martenzit

Oblast martenzitne transformacije

Martenzit: presieni intersticijski vrsti rastvor ugljenika u prostorno centriranoj tetragonalnoj reetki gvodja.


Martenzitna transformacija

Tipovi martenzita za obian ugljenini elik:

Trakasti martenzit Ploasti martenzit

Martenzitna transformacija predstavlja bezdifuzioni proces! Martenzitna transformacija nastaje na temperaturi Ms a zavrava se na temperaturi Mf.

Trakastimartenzit

Ploasti martenzit

Procenat ugljenika

Meani


Uloga ugljenika u martenzitnoj kristalnoj strukturi

Uticaj sadraja ugljenika na veliinu parametra reetke a i c.


Ms

Mf

0.2 0.6 1.0 1.4 1.8

0

200

400

600

-200

Sadraj C, maseni %

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

,

C

Shematski prikaz strukture zakaljenog elika (a) i mikrostruktura martenzita (b)a) b)

Zavisnost temperatura Ms i Mf od sadraja ugljenika rastvorenog u austenitu

Uticaj legirajuih elemenata na Ms i Mf


Ploasti martenzit in visoko-ugljeninog elika ( 400)

Trakasti martenzit kodnisko-ugljeninogelika ( 80)


Transformacioni dijagrami

Izotermiki dijagrami (IRA ili S-krive ili TTT dijagrami)Anizotermiki dijagrami (ARA ili KH dijagrami)

Dijagrami izotermikog raspada austenita (IRA)

Austenizacija

Vreme (log)

MM

PB

P+MB+M

A1T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

Prikaz termike obrade uzoraka za konstruisanje IRA dijagrama


Austenit se transformieizotermalno u perlit.

Vreme

Vreme, min

Nukleacija Transformacija

S

t

e

p

e

n

t

r

a

n

s

f

o

r

m

a

c

i

j

e

K

o

l

i

i

n

a

p

r

e

o

b

r

a

a

j

a

Vreme (sec)

Ostvareno 50%

transformacije

t je vremepotrebno za

50% transformacije

| Inkubacioni Period |


Perlit

Eutektoida reakcija

(0.76 %C) (0.022 %C) + Fe3C (6.70 %C)Hlaenje

zagrevanje

Brzina difuzije

Razlikaslobodne energije

Brzina razlaganjaT

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

Transformacionatemperatura

200C

721C


Dobijanje dijagram Izotermikog Razlaganja Austenita (IRA dijagram)

TemperatureTimeTransformationdijagram(TTT dijagram)

Zove se jo i dijagram Izotermikog Razlaganja Austenita (IRA dijagram)


Konstrukcija dijagrama izotermalnog razlaganja

0.5

99.5

T2 T3 T1

Vreme

K

o

l

i

i

n

a

n

a

s

t

a

l

e

f

a

z

e

,

%

T1 700CT2 550CT3 250C

Poetak promene

Kraj promene

T1

T2

T3

T0

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

Vreme

Vremeinkubacije

Vremepromene


Izotermalno razlaganje austenita sa smanjenjem temperature

Grubi perlit

Fini perlit

Bejnit

Vreme


Sporo hlaenje perlit (grubi) Brzo hlaenje do 550C, i dranje perlit (fini)

Brzo hlaenje do 550-225C i dranje bejnit

Brzo hlaenje ispod 225Cmartenzit

727CA1

AustenitPs A + P

A + B

Pf

BfBsMs

Vreme, s

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

,

C

Austenit + martenzit

1 10 102 103 104

Grubi perlit < 20HRC

Fini perlit 30 40HRC

Gornji bejnit 40 45HRC

Donji bejnit 50 60HRC

Martenzit 65 67HRC

700

600

500

400

300

200

100

0


Eutektoidni sastav, Co = 0.77 %C Poinje na T > 727C Brzo hlaenje do 625C i dranje na toj temperaturi. Rezultat hlaenja na nioj temperaturi je finija mikrostruktura

Perlitna transformacija


Konstantna T tokomtransformacije

Poetno brzohlaenje

Izotermika transformacija transformacija pri konstantnoj temperaturi


Time-Temperature-Transformation za a eutektiodni elik

100

200

300

400

500

600

700

Tem

pera

tura

C

0.1 1 10 100 1000 10,000 sekunde

Vreme poetka Vreme

zavretka

PsPf

Bs Bf

Mf

Ms

Perlit

Bejnit

Martenzit


Ukoliko je eliknadeutektoidnionda nastajuproeutektoidnefaze

Eutektoidni elik

IRA dijagram za nadeutektoidni ugljenini elik sa 1.13%C

IRA dijagrami za razliite sastave


Eutektoidni elik


IRA dijagram za podeutektoidni ugljenini elik sa 0.4%C

Koje su to proeutektoidne faze?

Eutektoidni elik

Temperatura na kojoj nastaje martenzitna transformacija


IRA dijagram za legirani elik


Tem

pera

tura

log t, s

Mf

Ms

Bs

Ps

F s

A3

B f

P f

A1

Tem

pera

tura

log t, s

Acm

A1

P f

B fMs

Bs

Ps

Cs

Dijagram IRA - podeutektoidnog elika Dijagram IRA - nadeutektoidnog elika

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

A

A+P P

BA+B

A

A+P P

A+B B

log t, slog t, sT

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

S

i

,

A

l

N

i

,

M

n

,

C

u

N

i

,

C

u

M

n

,

A

l

,

C

o

C

r

,

W

,

M

o

,

V

C

r

,

W

,

M

o

,

V

M

o

,

V

C

r

,

W

,

Cr,W,Mo,

Cr,W,Mo,

V

VNi,Mn,Cu

Si, Al

Co

A A

M M

log t, s log t, s

C1,3 C1,3

s s

Shema uticaja karbidotvornih elemenata na oblik IRA dijagrama; a) nizak sadraj legirajuih elemenata, b) visok sadraj legirajuih elemenata, c) elementi koji pomeraju koleno i Ms temperaturu,d) elementi koji udaljavaju perlitnu i bejnitnu oblast

a) b) c) d)


Ugljenini elikSitno zrno austenitaNehomogeni austenitStrane estice u austenitu

Legirani elikGrubo zrno austenitaHomogeni austenitAustenit bez stranih estica

Vreme (log)

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

Shema uticaja nekih inilaca na poloaj krivih u IRA - dijagramu


Stvarni IRA dijagram za eutektoidni eliksa strukturama koje nastaju


Fe 3C (cementite)

5 m

(ferrite)

Brzo hlaenje do 350CDranje 10000 sekundiBrzo hlaenje do sobne T

100% Austenit

100% Bejnit

100% Bejnit

Bejnit:- a trake su due, finiji Fe3C


100% Austenit

100% Austenit

Uglavnom Martenzit + tragovi Austenita

Brzo hlaenje do 250CDranje 100 sekundiBrzo hlaenje do sobne T

6

0

m

Martenzit:-- naglo hlaenje od eutektoidne do

sobne temperature-- (FCC) za martenzit (Prostorno

centrirana reetka)

u M transformacija.- brza je! Kao brzina zvuka- % transf. zavisi samo od T.


100% Austenit50% Austenit,50% Perlit

50% Austenit,50% Pearlit

50% Bejnit, 50% Perlit

50% Bejnit, 50% Perlit

Brzo hlaenje do 650CDranje 20 sekundiBrzo hlaenje do 400CDranje 1000 sekundiBrzo hlaenje do sobne T


Primer za vebu:

1. Koja je mikrostruktura elika pri:(i) trenutnom hlaenju do

560oC(ii) dranju 3s na toj T(iii) trenutnom hlaenju do

250oC?2. Kakva se struktura dobija

hlaenjem na toj temperaturi (250oC) za 1dan?

3. Koja se struktura dobija hlaenjem do sobne temperature?


Transformacija pri kontinualnom hlaenju

Transformacija pri konstantnoj T (T1)

Nukleacija do transformacijeje sporija

Kompletna transformacijadeava se bre i na nioj T


Konstrukcija dijagrama Kontinualnog Hlaenja - KH dijagrama

675oC(izotermalno)

konstantno hlaenje

Kod KH dijagrama linije su pomerene u desno i na dole


Dijagram Kontinualnog Hlaenja KH dijagram

Ovaj dijagram se konstruie praenjem strukturnih transformacija koje se dobijaju kontinualnim hlaenjem

Eutektoidnielik

perlit

austenit

Krajtransformacije

Kriva kontinualnoghladjenja

IRA kriva

Eutektoidni elik

vv

log t, s

MM

martenzit M+P perlit

pkr

s

f

Tem

pera

tura

, C0


AA

c3

c1

ferit + perlit

bejnit + martenzitmartenzit

v

log t, s

vv

v

v

M

M MA

T

TT p

b1

2

3

s

f

1

1'

'2

Tem

pera

tura

, C0

KH - dijagram podeutektoidnog elika KH dijagram ugljeninog elikaeutektoidnog sastava


KH dijagram za legirani elik


Mikrostrukture kod KH dijagrama

Napomena: kontinualnim hlaenjem nije mogue dobijanje bejnitne strukture


Dijagrami anizotermikog razlaganja austenita (ARA, KH)

Razlike izmeu IRA i ARA (KH) dijagrama

kod IRA dijagrama poetak i kraj promene austenita prate se po izotermi (T = const.), a kod KH-dijagrama promena austenita se prati po

odgovarajuim krivama hladjenja (v1, v2, v3, ..), (sl. a),

isto bejnitna struktura ne moe se dobiti kontinualnim hladjenjem vesamo u izotermikim uslovima hladjenja (faktor vreme je bitan za difuziju!) i

krive kontinualnog hladjenja (KH) pomerene su udesno i dole u odnosu na IRA- dijagram, to znai da kasni poetak i kraj razlaganja austenita i da se

pomera ka niim temperaturama (sl. b).

Termika obrada metala - Dr Dragan Adamovic 50Bejnit

grubi fini

Austenit

Martenzit

Srednje hlaenje (L)Izotermalni tretman (U)

OtputenMartenzit

Perlit

L: Legiran elikU: Ugljenini elik

Sporohlaenje

Brzohlaenje

Sferoidizacija

Ponovnozagrevanje

Ponovnozagrevanje


i

l

a

v

o

s

t

T

v

r

d

o

a

H

B

Sastav, %C Sastav, %C

G

r

a

n

i

c

a

t

e

e

n

j

a

i

z

a

t

e

z

n

a

v

r

s

t

o

a

Granica teenja

Zatezna vrstoa

Tvrdoa HB

ilavost

D

u

k

t

i

l

n

o

s

t

Izduenje

Suenje


Mehanike osobine za ugljenini elik

vrstoa raste a duktilnost opada sa poveanjem % C

i

l

a

v

o

s

t

T

v

r

d

o

a

H

B

Sastav, %C Sastav, %C

G

r

a

n

i

c

a

t

e

e

n

j

a

i

z

a

t

e

z

n

a

v

r

s

t

o

a

Granica teenja

Zatezna vrstoa

Tvrdoa HB

ilavost

D

u

k

t

i

l

n

o

s

t

Izduenje

Suenje


Kako uslovi procesa utiu na svojstva?

Fini perlit

grubi perlit

Bejnit

Produenozagrevanje

Sferoidizacija

Brzo hlaenje: visoka vrstoa, niska duktilnost.Sporo hlaenje: niska vrstoa, visoka duktilnost.


Sferoidizacija (sferoidno arenje):

- kristali sa sferinim Fe3C- grejanje bejnita ili perlita dugo

10 103 105time (s)10-1

400

600

800

T(C)Austenite (stable)

200

P

B

TE

0%

100%

50%

A

A

Spheroidite100% spheroidite

100% spheroidite

60 m

(ferit)

Fe3C (cementit)


Fini Perlit i Martenzit:

Tvrdoa: finiog perlita


PerlitGranica teenja 200 - 800 MPa Zatezna vrstoa 600 - 1200 MPa

BejnitGranica teenja 800 - 1300 MPa Zatezna vrstoa 1300 - 1400 MPa

MartenzitGranica teenja 500 - 1800 MPa

Svojstva razliitih struktura elika


Mehanika svojstva

Martenzit Otputeni martenzit Bejnit Fini perlit Grubi perlit

v

r

s

t

o

a

D

u

k

t

i

l

n

o

s

t

Podeutektoidni, eutektoidni i nadeutektoidni eliciHlaenje austenitaMorfologija perlitaDobijanje dijagram Izotermikog Razlaganja Austenita (IRA dijagram)IRA dijagram za legirani elikPrimer za vebu:Transformacija pri kontinualnom hlaenjuKonstrukcija dijagrama Kontinualnog Hlaenja - KH dijagramaKH dijagram za legirani elikMikrostrukture kod KH dijagramaMehanike osobine za ugljenini elikKako uslovi procesa utiu na svojstva?Mehanika svojstva

fazne promene kod celika

Documents