2. Kolokvij Skripta PDF

2.1 UVOD Pojmovi koji bi se mogli pojaviti Dijagrami stanja – grafički prikazi koji definiraju strukturna stanja nekog sustava legura na različitim temperaturama 2.2 BINARNI DIJAGRAMI STANJA Nacrtajte krivulje hlađenja za č...

2.1 UVOD Pojmovi koji bi se mogli pojaviti Dijagrami stanja – grafički prikazi koji definiraju strukturna stanja nekog sustava legura na različitim temperaturama 2.2 BINARNI DIJAGRAMI STANJA Nacrtajte krivulje hlađenja za čisti metal i za leguru, označite karakteristične točke i objasnite razliku. Kristalizacija oslobađa latentnu toplinu koja može poništiti odvođenje topline za vrijeme hlađenja, zato je temperatura kod čistih metala konstantna prilikom skrućivanja. Kod legura je oslobođena latentna toplina nedovoljna da nadoknadi odvedenu toplinu, temperatura nije konstantna za vrijeme skrućivanja nego lagano pada zato jer kod legura postojanje druge komponente ometa proces kristalizacije prve komponente i obrnuto. Pojmovi koji bi se mogli pojaviti Faza – fizikalno i kemijski homogeni dio sustava legura koji se po strukturi i/ili kemijskom sastavu razlikuje od drugih dijelova Likvidus – granica koja označuje početke skrućivanja za sve legure nekog sustava. Iznad likvidus granice sve legure su u rastaljenom stanju Solidus – granica koja označuje završetke skrućivanja za sve legure nekog sustava. Ispod solidus granice sve legure su u krutom stanju Pseudofaza – ima neka obilježja prave faze (prosječni sastav, mikrotvrdoća), ali nije prava faza jer se sastoji od raznovrsnih konstituenata. Pseudofaze su eutektikum i eutektoid Konstituent – sastavni dio faze  2.2.1. ; 2.2.2. Pravilo poluge ; Izomorfni dijagram stanja Nacrtajte opći oblik izomorfnog dijagrama stanja. Za proizvoljno odabranu leguru, između likvidus i solidus temperature, odredite sastavne dijelove strukture (faze) i postavite polužno pravilo. Pojmovi koji bi se mogli pojaviti Izomorfni dijagram stanja – imaju legure s potpunom topljivošću komponenata u rastaljenom i u krutom stanju, npr. Cu-Ni, Cu-Au, Ni-Au Pravilo poluge 2.2.3. Eutektički dijagram stanja Eutektički dijagram stanja – imaju legure s potpunom topljivošću komponenata u rastaljenom stanju, a djelomičnom topljivošću u krutom stanju, npr. Sn-Pb, Si-Al, Cu-Ag Eutektička kristalizacija – je primarna, tj. pretvorba iz rastaljenje u krutu fazu. Odvija se na eutektičkoj temperaturi Nacrtajte opći oblik eutektičkog dijagrama stanja. Za proizvoljno odabranu podeutektičku leguru, u dvofaznom području ispod eutektičke temperature, odredite sastavne dijelove strukture (faze) i postavite polužno pravilo. Po čemu se legura eutektičkog sastava razlikuje od ostalih? Ima najniže skrutište i talište od svih legura toga sustava. Ne pojavljuju se primarni kristali mješanci, nego se skrućivanje sastoji samo od eutektičke kristalizacije na eutektičkoj temperaturi. Nakon skrućivanja, legura se sastoji samo od eutektikuma: E = αe + βe Koja su obilježja eutektičke kristalizacije i strukture? Kristalizacija eutektikuma ima obilježje kristalizacije čistog metala (temperatura stoji) jer je zbog istobnog stvaranja α i β-kristala oslobođena latentna toplina dovoljna za nadoknađenje odvedene topline. Legura se sastoji samo od eutektikuma: E = αe + βe 2.2.4. Eutektoidni dijagram stanja Eutektoidna kristalizacija – je sekundarna, tj. pretvorba iz jedne krute faze u drugu ili druge krute faze. Odvija se na eutektidnoj temperaturi Koja je razlika između eutektikuma i eutoktoida? Kod eutektikuma se radi o pretvorbi iz tekućeg u kruto stanje, a kod eutektoida o pretvorbi u krutom stanju, tj. prekristalizaciji  2.3 LEGURE ŽELJEZO-UGLJIK Što znate o cementitu? - Intermetalni spoj, željezni karbid (Fe3C) - Nastaje u primarnoj (Fe3C' i Fe3Ce) i sekundarnoj (Fe3C'' i Fe3Cid) kristalizaciji - Ima 6,67% C i kompliciranu ortorombsku rešetku, bez kliznih ravnina - Tvrd i krhak Grafički prikaz alotropskih modifikacija željeza krivuljom hlađenja ; Pretvorbe kod Fe, polimorfija, temperaturna histereza Pojmovi koji bi se mogli pojaviti Alotropske modifikacije željeza - α Fe (BCC), g Fe (FCC), d Fe (BCC) Currie temperatura – temperatura na kojoj (770 °C) pri zagrijavanju željezo prestaje biti magnetično, a pri hlađenju na toj temperaturi postaje magnetično Alotropske modifikacije ugljika – ugljen (amorfan), grafit, dijamant, fuleren (kristalni)  2.3.1. Fe-C dijagram stanja za metastabilnu kristalizaciju Metastabilna kristalizacija – Fe-C legura nastupa pri realno sporom hlađenju. Veći dio ugljika spaja se sa željezom u cementit (Fe3C), a manji dio čini mješance sa željezom Što znate o feritu? Ferit - Intersticijski kristal mješanac ugljika i α željeza - Ima deformiranu BCC rešetku jer je atom ugljika puno veći od raspoloživih praznina - Nastaje u sekundarnoj kristalizaciji kao primarni (α') ili eutektoidni (αid) ferit - Maksimalna topljivost – 0,025% C na 723 °C ili 2×10-7% C na 20 °C d ferit - -||- - -||- - Primarna kristalizacija - Maksimalna topljivost – 0,09% C na 1495 °C Što znate o austenitu? - Intersticijski kristal mješanac ugljika i g željeza - Ima deformiranu FCC rešetku jer je atom ugljika veći od raspoloživih praznina - Nastaje u primarnoj kristalizaciji kao primarni (g') ili eutektički (ge) austenit - Maksimalna topljivost – 2,03% C na 1147 °C, 0,8% C na 723 °C Što znate o perlitu? - Eutektoid metastabilno kristaliziranih legura Fe-C - Ima 0,8% C, a sastoji se od eutektoidnog ferita (αid) i eutektoidnog cementita (Fe3Cid) - Nastaje sekundarnom kristalizacijom od austenita (i g' i ge) na eutektoidnoj temperaturi 723 °C - U perlitu su lamele αid i Fe3Cid naizmjenično poredane - Veći udio pripada αid (oko 88% mase), a manji udio Fe3Cid (oko 12% mase) - Perlit je pseudofaza Čelik s 0,5% C nalazi se na 20 °C. Koji su sastavni dijelovi njegove mikrostrukture i njihovi maseni udjeli? Čelik s 1.5% C nalazi se na 20 °C. Koji su sastavni dijelovi njegove mikrostrukture i njihovi maseni udjeli?  Skicirajte mikrostrukturu čelika s 0,2% (0,8 ; 1,0) C na 20 °C i označite konstituente, faze i pseudofazu. 2.3.2. Fe-C dijagram za stabilnu kristalizaciju Stabilna kristalizacija – nastupa pri ekstremno sporom hlađenju. Veći dio ugljika izlučuje se kao grafit a manji dio čini mješance sa željezom Po čemu se razlikuju stabilna i metastabilna eutektoidna kristalizacija Fe-C legura? - Temperatura eutektoidne pretvorbe je 738 °C (stabilna) umjesto 723 °C (metastabilna) - Eutektoidni sastav je 0,68% C umjesto 0,8% C Eutektička kristalizacija - Temperatura eutektičke pretvorbe je 1153 °C (stabilna) umjesto 1147 °C (metastabilna) - Eutektički sastav je 4,26% C umjesto 4,3% C  Pojmovi koji bi se mogli pojaviti Ledeburit: - Eutektikum metastabilno kristaliziranih Fe-C - Ima 4,3% C, a sastoji se od eutektičkog austenita (ge) i eutektičkog cementita (Fe3Ce) - Nastaje primarnom kristalizacijom taline na eutektičkoj temperaturi 1147 °C - Raspad ledeburita počinje čim se temperatura spusti ispod 1147 °C jer se na granicama eutektičkog austenita (ge) izlučuje sekundarni cementit (Fe3C'') - Ledeburit je pseudofaza Čelici - Metastabilno kristalizirane Fe-C legure s više od 0% C, a manje od 2,03% C - Podeutektoidni (0 < X < 0,8% C), eutektoidni (X = 0,8% C), nadeutektoidni (0,8 < X < 2,03% C) - Podeutektoidni čelici se primjenjuju uglavnom kao konstrukcijski, a eutektoidni i nadeutektoidni kao alatni čelici Bijeli lijevovi - Metastabilno kristalizirane Fe-C legure s više od 2,03% C, a manje od 6,67% C - Podeutektički (2,03 < X < 4,3% C), eutektički (X = 4,3% C), nadeutektički (4,3 < X < 6,67% C) 2.3.3. Neravnotežne pretvorbe Fe-C legura Skicom i opisom definirajte stupanj tetragonalnosti rešetke martenzita. Omjer izdužene stranice tetragona (cM) i bazne stranice (aM) jedinične ćelije martenzita. On je uvijek veći od 1 i povećava se s povećanjem udjela ugljika 2.3.3.1. Optimalna temperatura austenitizacije Koje su optimalne temperature austenitizacije pri kaljenju podeutektoidnih čelika? Zašto? Nešto iznad granice A3 q = A3 + (30 – 70) °C Nadkritičnim hlađenjem s te temperature se dobiva 100% M u čeliku. Vrijedi samo za podeutektoidne čelike s manje od 0,6% C, za one s više od 0,6% C je potrebno gašenje na temperaturu nižu od sobne Koje su optimalne temperature austenizacije pri kaljenju nadeutektoidnih čelika? Zašto? Nešto iznad granice A1 q = A1 + (50 – 70) °C Zato jer se gašenjem iz područja A + K dobiva M + K + Az K je željezni karbid – cementit visoke tvrdoće (1000 HV) pa na taj način doprinosi visokoj tvrdoći Što je zaostali austenit, kod kojih čelika se pojavljuje i kako se može eliminirati? Austenit koji se nakon nadkritičnog gašenja do sobne temperature nije pretvorio u martenzit. Pojavljuje se kod nadeutektoidnih čelika. Za njegovu eliminaciju (završetak pretvorbe u martenzit) potrebno je duboko hlađenje (do Mf temperature) Skica  2.3.3.2. TTT dijagrami (Time-Temperature- Transformation) Nacrtajte kontinuirani TTT dijagram za podeutektoidni čelik. Ucrtajte gornju kritičnu krivulju gašenja (do 20 °C) i navedite postignutu mikrostrukturu. Nacrtajte kontinuirani TTT dijagram za nadeutektoidni čelik. Ucrtajte gornju kritičnu krivulju gašenja (do 20 °C) i navedite postignutu mikrostrukturu. Nacrtajte kontinuirani TTT dijagram za čelik s 0.7% C. Ucrtajte nadkritičnu krivulju gašenja do 20 °C i navedite postignutu mikrostrukturu. Nacrtajte kontinuirani TTT dijagram za čelik s više od 1,4% C. Ucrtajte donju kritičnu krivulju hlađenja (do 20 °C) i navedite postignutu mikrostrukturu. Što znate o bainitu? - Nelamenarni eutektoid Fe-C legura - Sastoji se od eutektoidnog ferita i eutektoidnog cementita - Tvrđi je od perlita, a mekši od martenzita - Pojavljuje se samo kod podeutektoidnih čelika  TTT, skica za eutektoidni čelik Pojmovi koji bi se mogli pojaviti Martenzit - Prezasićeni kristal mješanac ugljika i a željeza koji nastaje brzim hlađenjem (gašenjem) austenita - Zbog onemogućene difuzije, ugljik ostaje zarobljen u oktaedarskim prazninama BCC rešetke - Rešetka je toliko deformirana da se označuje kao BCT (prostorno centrirana tetragonalna rešetka) - Zbog odsustva kliznih ravnina (slično kao cementit), martenzit je tvrd i krhak Granica Ms – temperaturna granica na kojoj počinje pretvorba iz pothlađenog austenita (Ap) u martenzit (M). Što čelik ima više ugljika, Ms temperatura je niža Granica Mf – temperaturna granica na kojoj završava pretvorba iz pothlađenog austenita (Ap) u martenzit (M). Što čelik ima više ugljika, Mf temperatura je niža. Za čelike s više od 0,6% C Mf temperatura je niža od sobne temperature pa za dovršenje pretvorbe Ap -> M treba hladiti do granice Mf, tj. ispod sobne temperature Kaljenje, zašto – postupak toplinske obrade čelika koji se sastoji od grijanja na temperaturu gdje je prisutan austenit, zadržavanja na toj temperaturi određeno vrijeme i vrlo brzog (nadkritičnog) hlađenja, tj. gašenja čelika kako bi se atomi ugljika „zarobili“ unutar oktaedarskih praznina kako bi nastao martenzit, tj. čelik visoke tvrdoće Gornja kritična brzina gašenja – najmanja brzina gašenja s kojom se još postiže 100% martenzita pod uvjetom da se hladi do Mf granice  Donja kritična brzina gašenja – najveća brzina gašenja kod koje izostaje pretvorba u martenzit TTT dijagram – premošćuje zbivanja pri hlađenju od realno sporog hlađenja (Fe-C dijagram) do vrlo brzog hlađenja (Uptonov dijagram) Uptonov dijagram – pokazuje strukturne faze prisutne u čelicima na različitim temperaturama u ovisnosti o sadržaju ugljiku za vrlo brzo hlađenje Razlika TTT i Uptonovog dijagrama – Uptonov za vrlo brzo hlađenje, tj. gašenje, a TTT kombinacija Fe-C dijagrama (realno sporo hlađenje) i Uptonovog dijagrama