materijali (dijagrami stanja)

Download Materijali (dijagrami stanja)

Post on 01-Feb-2016

128 views

Category:

Documents

9 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Materijali (dijagrami stanja)

TRANSCRIPT

  • 1MATERIJALI I

    Dijagrami stanja

    Dijagrami stanja

    Drugo ime: Fazni dijagrami (engl. Phase diagrams)Dijagrami stanja (njem. Zustandsdiagramme)

    Def: Dijagrami stanja su grafiki prikazi koji definiraju faze prisutne u materijalnim sustavima na razliitim temperaturama ( i tlakovima)

    Def: Faza je fizikalno i kemijski homogeni dio nekog materijalnog sustava koji se po strukturi i/ili kemijskom sastavu razlikuje od drugih dijelova

    Dijagrami stanja postoje i za iste metale, ali se u tehnici primjenjuju za prouavanje legura

    Ravnoteni dijagrami stanja vrijede za uvjete ugrijavanja i ohlaivanja uz prisustvo potpune ili gotovo potpune difuzije.

    Binarni dijagram stanja pokazuje stanje legure koja se sastoji od dvije komponente. Prva komponenta, koja je uvijek metal, u opem sluaju oznauje se s A a druga s B (moe biti metal ili nemetal).

  • 2Os apscisa: x, % B maseni udio komp. B

    Os ordinata: , C - temperatura

    Koordinatni sustav binarnog dijagrama stanja

    T tekua fazaK kruta faza

    a) isti metal b) leguraKrivulje hlaenja za sporo ohlaivanje

    L poetak skruivanja tS vrijeme zavretka skruivanja S zavretak skruivanja L temperatura poetka skruivanja tL vrijeme poetka skruivanja S temperatura zavretka skruivanja

    Def: Latentna toplina pri skruivanju je prikrivena ili pritajena toplinska energija koja se oslobaa pri skruivanju zbog nieg energetskog stanja atoma u kristalnoj reetki u odnosu na rastaljeno stanje.

  • 3a) b)Konstrukcija dijagrama stanja na temelju krivulja ohlaivanja

    a) reprezentativne krivulje hlaenja legura dvokomponentnog sustava A Bb) binarni dijagram stanja sustava legura A B

    Izomorfni dijagram stanja

    a) b)Konstrukcija dijagrama stanja legura Cu Ni

    a) reprezentativne krivulje hlaenjab) dijagram stanja sustava legura Cu - Ni

    PRAVILO POLUGE

    Binarni dijagram stanja meusobno potpuno topivihkomponenti A i B Izomorfni dijagram

  • 4Informacije iz dijagrama stanja:

    Faze ili konstituenti prisutni kod legura razliitog sastava na razliitim temperaturama;

    Meusobna topljivost komponenti;

    Temperature na kojima legure poinju i zavravaju skruivanje;

    Sastav faza ili konstituenata za razliite legure i temperature;

    Mogunosti raunskog odreivanja masenog udjela faza ili konstituenata.

    Eutektiki dijagram stanja

    a) b)a) Opi oblik eutektikog dijagrama stanja b) Karakteristine krivulje hlaenja

  • 5 XE : legura eutektikog sastava

    XXE : legure nadeutektikog sastava

    X2XE : legura nadeutektikog sastava

    U toki L3 zapoinje skruivanje, stvaranje kristala mjeanaca

    Na eutektikoj temperaturi E oba konstituenta dostiu graninu koncententraciju %B, za T je to XE a za XD, pa nastupa eutektika reakcija:

    T e + e = E

    Na sobnoj temperaturi ova legura sastoji se od: + (e + e )

  • 6XE : legura eutektikog sastava

    Na eutektikoj temperaturi E nastupa eutektika reakcija T e + e = E

    Na sobnoj temperaturi prisutna je samo pseudo faza eutektik E

    E Najnia temperatura skruivanja (i taljenja)!

    Shematski prikaz strukturnih stanja u eutektikom dijagramu

    Veliina kristala!e <

    e <

    Konstituent Faza Pseudo faza

    e

    E

    e

    Primjeri : Sn Pb, Al Si, itd.

  • 7EUTEKTOIDNI DIJAGRAM STANJA

    XXid : nadeutektoidne legure id + id = Eid - eutektoid

    Primarna kristalizacija

    Sekundarna kristalizacija

    Konstituent Faza Pseudo faza

    id

    E id

    id

    Fe C LEGURE

    Komponente legure:

    Fe eljezoeljezo je metal, iji atom ima ukupno 26 elektrona.

    2 vanjska elektrona

    RFe = 124 pm

    A = Fe, eljezoB = C, ugljik

  • 8Kemijski element eljezo:

    - poznato od ~2500. godine prije Krista- sivo-bijele boje- duktilno i mekano- srednje tvrdoe- magnetino- korodira u vlanoj okolini- isto eljezo oblikovljivo u toplom i hladnom stanju, zavarljivo

    eljezo je polimorfan metal, tj. pojavljuje se,ovisno o temperaturi, u razliitim kristalnim reetkama. Ta pojava naziva se polimorfija.

    Krivulje hlaenja i grijanja za isto eljezohlaenje grijanje

    Temperaturna histereza

  • 9 Fe na 1536 C kristalizira u Fe s BCC reetkom.

    Na 1392 C dolazi do prekristalizacije u Fe s FCC reetkom,a na 898 C prekristalizacija u Fe s BCC reetkom

    Na 770 C (Currie temperatura) eljezo pri hlaenju postaje,a pri grijanju prestaje biti magnetino

    Pri ugrijavanju je obrnut tijek promjene osim to prekristalizacija Fe Fe nastupa sa zakanjenjem od 13 C (temperaturna histereza)

    Promjene specifinog volumena istog eljeza tijekom zagrijavanja

    C ugljik

    Nemetal s ukupno 6 elektrona, od toga 4 u vanjskoj ljusci

    Alotropske modifikacije- amorfna- kristalna

    - grafit- dijamant- fuleren- grafen

    Rc = 77 pm

  • 10

    Grafit Kovalentna veza

    Van der Waals veza

    Dijamant

    Kovalentna veza

    Fuleren, Nobelova nagrada za kemiju 1996. godine

    C 60

  • 11

    Grafen, Nobelova nagrada za fiziku 2010. godine

    Ugljik se u Fe C legurama pojavljuje u vie oblika ovisno o tipu kristalizacije koja pak ovisi o brzini ohlaivanja

    Stabilna kristalizacija - ekstremno sporo ohlaivanje

    - ugljik ulazi u reetku eljeza - intersticijski kristali mjeanci - u obliku grafita Cg

    Metastabilna kristalizacija - realno sporo ohlaivanje

    - ugljik ulazi u reetku eljeza - intersticijski kristali mjeanci - sa eljezom se spaja u karbid Fe3C koji se naziva cementit

    Cementit

    - ima stalan kemijski sastav i sadri 6,67 % C

    - jedinina elija - komplicirana ortorombska reetka,

    - bez kliznih ravnina

    - tvrd i krhak

    C najvaniji dodatak Fe

    - povisuje vrstou i tvrdou eljeznih legura

  • 12

    1899. godine metalurg Sir William Chandler Roberts Austenkonstruirao Fe-C dijagram stanja za metastabilnu kristalizaciju

    Fe-C dijagram stanja za metastabilnu kristalizaciju

    Fe-C dijagram stanja za metastabilnu kristalizaciju

    Peritektiki sustavLikvidus linija A-B-E-CSolidus linija A-G-H-D-E-F

  • 13

    Fe-C dijagram stanja za metastabilnu kristalizaciju

    T + T + Fe3C'

    T Primarna kristalizacija

    Sekundarna kristalizacija

    Fe C DIJAGRAM ZA METASTABILNU KRISTALIZACIJU

    Eutektika toka L :1147C 4,3% C

    Eutektoidna toka P: 723C 0,8 % C

    210-7 0

    Adolf Ledebur

    T + T + T

    TT +

    ++++ ++++Fe3C

    ++++ P P++++Fe3C

    ++++( e ++++ Fe3Ce)++++ Fe3C

    T + Fe3CFe3C++++ ( e ++++ Fe3Ce)++++ Fe3C

    P++++ Fe3Ce ++++Fe3C P++++ Fe3C++++Fe3Ce

    ++++Fe3C

    Likvidus: A-D-L-HSolidus:A-B-C-F-L-G

    GGGG

    210-7 0

  • 14

    TT +

    ++++ ++++Fe3C

    ++++ P P++++Fe3C

    ++++( e ++++ Fe3Ce)++++ Fe3C

    T + Fe3CFe3C++++ ( e ++++ Fe3Ce)++++ Fe3C

    P++++ Fe3Ce ++++Fe3C P++++ Fe3C++++Fe3Ce

    ++++Fe3C

    Likvidus: A-D-L-HSolidus:A-B-C-F-L-G

    GGGG

    210-7 0

    Fe C DIJAGRAM ZA METASTABILNU KRISTALIZACIJU

    Eutektika toka L :1147C 4,3% C

    Eutektoidna toka P: 723C 0,8 % C

    elicipodeutekoidni

    nadeutektoidni

    bijeli ljevovipodeutektiki

    nadeutektiki

    210-7 0

    Fe C dijagram - faze

    Faza: Austenit, kristal mjeanac Fe (FCC) i C Cmax = 2,03% C na 1147C

    Konstituenti : i e

    Oktaedarskapraznina

    Austenitna faza oznauje se s A

  • 15

    Faza: Ferit, kristal mjeanac Fe (BCC) i C

    Cmax = 0,025%C na 723C

    Konstituenti : i id

    Tetraedarska praznina

    Feritna faza oznauje se s F

    Karbidna faza oznauje se s K

    Faza: Cementit, Fe3C eljezni karbid, konstantan udio ugljika 6,67 % C

    Konstituenti: Fe3C, Fe3Ce, Fe3C i Fe3C

    id

    Fe C dijagram Pseudofaze

    Ledeburit eljezno karbidni eutektik e + Fe3Ce, nastaje na 1147C i sadri 4,3 %C

    Perlit eljezno karbidni eutektoid id + Fe3C

    id, nastaje na 723C i sadri 0,8 %C

  • 16

    Brbavica

    Sedef Mother of pearl

    Konstituent Faza Pseudo faza

    A

    eL

    Fe3Ce

    Fe3C

    K

    Fe3C

    Fe3Cid

    P

    id

    F

  • 17

    ~0%C

    ++++P

    Podeutektoidnielik

    0,2%C

    Eutektoidni elik

    P

    0,8%C

  • 18

    Nadeutektoidni elik

    P +Fe3C

    1,8%C

    Bijeli lijev

    P +Fe3C+Fe3Ce

    3%C

  • 19

    Fe-C dijagram za stabilnu kristalizaciju

    Ekstremno sporo hlaenje(u pei)

    T

    T + T + Cg

    + + Cg

    + e + Cge + Cg e + Cge + Cg + Cg

    +

    id +

    Cgid

    id + Cgid + Cg

    id + Cgid + Cg+ Cge

    id + Cgid + Cg + Cge + Cg

    610-110 0,68

    usporedba metastabilna / stabilna kristalizacijametastabilna stabilna

    1147 E , C 1153

    723 id , C 7382,03 Xmax , %C 2,01

    0,025 Xmax , %C 0,0184,3 XE , %C 4,26

    0,8 Xid , %C 0,68

    Ledeburit eutektikum e + CgePerlit eutektoid id + Cgid

    6,67 Xmax , %C 100

    Neravnotene pretvorbe Fe C legura

  • 20

    Uz poveane brzine hlaenja poveava se temperaturna histereza pretvorbe :

    Utjecaj brzine ohlaivanja i sastava elika (%C) na pretvorbu elika

    Fe Clegure

    Poveanjem brzine ohlaivanja mijenjaju se granice pretvorbi u metastabilnom Fe C dijagramu.

    Granice pretvorbi A1,A3 i Acm(vrlo sporo ohlaivanje) prelaze u granice pretvorbi Ms i Mf (ekstremno brzo ohlaivanje - gaenje).

    Linije Ms i Mf povezuju temperature poetka i zavretka stvaranje MARTENZITA

    Ovaj dijagram se naziva UPTONOV dijagram