Poznámky z přednášky: Fázový diagram železo-uhlík

Úvod

• Zaměření na fázový diagram železo-uhlík, klíčový pro vědce z oblasti materiálů.
• Důležitost: Poskytuje vhled do formování oceli.

Klíčové reakce v fázovém diagramu železo-uhlík

Eutektická reakce

• Místo: Při 4.3 hm% uhlíku, chladnuto při 1147°C.
• Reakce: Kapalina → Gama (austenit) + Fe3C (cementit).

Peritektická reakce

• Místo: Pravý horní roh při 1493°C.
• Reakce: Kapalina + Delta → Austenit.

Eutektoidní reakce

• Místo: Při 0.76 hm% uhlíku.
• Reakce: Gama (austenit) → Alfa (ferit) + Fe3C.

Složení oceli a železa

Hypoeutektoidní a hypereutektoidní

• Hypoeutektoidní: Méně než 0.76% uhlíku.
• Hypereutektoidní: Více než 0.76% uhlíku.

Čisté železo

• Velmi nízký obsah uhlíku (<0.008 hm%).
• Tvárné, flexibilní (používá se pro železné dráty).

Ocel

• Obsah uhlíku mezi 0.008 a 2.14 hm%.
• Oblasti:
  • Nízkouhlíková ocel: Více tvárná, méně tvrdá.
  • Středně uhlíková ocel: Rovnováha mezi tvárností a pevností.
  • Vysokouhlíková ocel: Pevná, ale méně tvárná.
  • Ultra vysokouhlíková ocel: Velmi pevná, křehká, často v litinách.

Lité železo

• Vyšší obsah uhlíku (až 6.7 hm%, typicky kolem 4.5).
• Méně tvárné, více křehké.

Transformace mikrostruktury

Tvorba lamelární struktury

• Dochází pod 727°C po eutektoidní reakci.
• Kombinace feritu a cementitu.
• Hypoeutektoidní: Ferit se tvoří podél hranic zrn.
  • Důvod: Snižuje energii nahrazením stávajících povrchů hran zrn.
• Hypereutektoidní: Fe3C se tvoří místo feritu.

Proces chlazení

• **Nad eutektoidním: ** Austenit se tvoří všude.
• Pod eutektoidním: Objevuje se směs feritu a cementitu, vytvářející lamelární strukturu.

Pre-eutektoidní a eutektoidní fáze

• Pre-eutektoidní fáze: Ferit se tvoří před eutektoidní transformací.
• Eutektoidní fáze: Tvorba lamelární struktury v austenitu.

Praktické důsledky

• Nízkouhlíkové ocele: Nízké náklady, snadné tvarování, ne příliš tvrdé.
• Středně uhlíkové ocele: Dobrá odolnost proti opotřebení.
• Vysokouhlíkové ocele: Velmi pevné, používané pro aplikace vyžadující vysokou pevnost.

Závěr

• Fázový diagram železo-uhlík ilustruje transformace a vlastnosti slitin železa a oceli na základě obsahu uhlíku.
• Budoucí témata: Kinetika a variace mikrostruktury jako perlitu, bainitu a sféroiditu.