Stop żelaza z węglem – stopy, w których węgiel rozpuszczany jest w żelazie. Węgiel może występować w nich w postaci węgla czystego – grafitu, roztworu stałego w sieci krystalicznej ferrytu lub austenitu albo jako węglik żelaza, np. Fe3C, zwanego cementytemMateriały dydaktyczne Politechniki Szczecińskiej ; bibliografia: , , , .
Stopy zawierające poniżej 2,11% (według norm polskich, zaś europejskich 1,75%) węgla to stale lub staliwo, a powyżej tej zawartości to żeliwo.
Wraz ze wzrostem udziału węgla struktura stopu żelaza z węglem przybiera odmienne formy: przy bardzo niewielkiej zawartości węgla, poniżej 0,0218% udaje się uzyskać niemal czyste żelazo α zwane ferrytem, przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy podeutektoidalne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu, przy zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu, stopy w zakresie 0,77% do 2,11% – stale nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu i cementytu, stopy o zawartości węgla powyżej 2,11% (żeliwo), są mieszaninami ledeburytu przemienionego i perlitu (do 4,3% węgla) lub cementytu (powyżej 4,3% węgla). W przypadku stosunkowo wolnego chłodzenia w stopach tych może także wystąpić grafit, przy zawartości węgla 4,3%, w krzepnącym stopie, powstaje ledeburyt, który w czasie dalszego chłodzenia w temperaturach poniżej 727 °C przekształca się w ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektyką.
Wykres równowagi układu żelazo-węgiel – jest to wykres fazowy węgla w stopie z żelazem. Pierwszą, najczęściej wykorzystywaną i omawianą część wykresu nazywa się także wykresem żelazo – cementyt. Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w stopie, na osi pionowej temperatura. Z wykresu można odczytać jaką strukturę posiada stop, przy założeniu równowagowego procesu wytwarzania. Przy, na przykład, szybkim chłodzeniu stop może zachowywać się w inny sposób (na przykład granica rozpuszczalności węgla w ferrycie wzrasta wraz z wielkością przechłodzenia).
Należy zaznaczyć, że jest to tylko fragment wykresu równowagi układu żelazo-węgiel (zwany wykresem żelazo-cementyt), zawarty pomiędzy 0% a 6,69% (czasem mówi się 6,67%) węgla. Nazwa pochodzi od nazwy faz na granicach wykresu – z lewej jest żelazo (Fe), a z prawej cementyt (Fe3C). Jest on najbardziej istotny ze względów praktycznych, gdyż większe stężenie węgla powoduje zbyt dużą kruchość stopu.
thumb|center|600px|Wykres równowagi stabilnego układu żelazo-węgiel i metastabilnego żelazo-cementyt
Charakterystyczne punkty wykresu. Układ metastabilny żelazo – cementyt Układ stabilny żelazo – węgiel Punkt stężenie węgla przy temp. Punkt stężenie węgla przy temp. A 0% C 1538 °C A 0% C 1538 °C H 0,09% C 1495 °C H 0,09% C 1495 °C J 0,17% C 1495 °C J 0,17% C 1495 °C B 0,53% C 1495 °C B 0,53% C 1495 °C N 0% C 1394 °C N 0% C 1394 °C D 6,67% C 1227 °C D′ ∞(?)% C ∞(?) °C C 4,3% C 1148 °C C′ 4,26% C 1154 °C E 2,11% C 1148 °C E′ 2,08% C 1154 °C F 6,67% C 1148 °C F′ 6,67% C 1154 °C G 0% C 912 °C G 0% C 912 °C M 0,0168% C 770 °C M 0,0168% C 770 °C O 0,45% C 770 °C O 0,45% C 770 °C P 0,0218% C 727 °C P′ 0,0205% C 738 °C S 0,77% C 727 °C S′ 0,68% C 738 °C K 6,67% C 727 °C K′ 6,67% C 738 °C Q 0,008% C 20 °C Q 0,008% C 20 °C
Charakterystyczne linie wykresu. linia stan skupienia przemiana opis AB Likwidus Początek wydzielania fazy α(δ) Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania fazy α(δ) BC Likwidus Początek wydzielania fazy γ Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania fazy γ CD Likwidus Początek wydzielania cementytu pierwotnego z roztworu ciekłego Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania cementytu AH Solidus Koniec krzepnięcia fazy α(δ) Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w kryształach fazy α(δ) HJB Linia przemiany perytektycznej ciecz (B) + roztwór α(δ)(H)CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór γ (J) JE Solidus Koniec krzepnięcia fazy γ Odpowiada stężeniu węgla w kryształach roztworu γ ECF Linia przemiany eutektycznej ciecz (C) CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór γ (E) + cementyt (F) HN Początek przemiany alotropowej roztworu α(δ) w wyniku tworzenia się kryształów roztworu γ JN Koniec przemiany roztworu α(δ) w roztwór γ Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ w wyniku przemiany α(δ) w γ oraz γ w α(δ) ES Początek wydzielania cementytu wtórnego w roztworze stałym Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ GOS Początek przemiany alotropowej roztworu γ w roztwór α Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze γ w wyniku tworzenia się kryształów roztworu α MO Linia przemiany magnetycznej roztwór paramagnetyczny CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór α ferromagnetyczny GMP Koniec przemiany alotropowej roztworu γ w roztwór α Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze α PSK Linia przemiany eutektoidalnej roztwór γ (S) CHŁODZENIE/NAGRZEWANIE roztwór α (P) + cementyt (K) PQ Początek wydzielania cementytu trzeciorzędowego Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w roztworze α
Zobacz też perytektyk przemiana fazowa reguła faz
Przypisy
Kategoria:Stopy żelaza Kategoria:Przemiany fazowe