Porozumění diagramu fází železo-uhlík

Apr 22, 2025

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.