structuri echilibru

1.

PRINCIPIUL LUCRĂRII

1.1. Tipuri de constituenţi

În aliajele cu fierul, carbonul se poate găsi în două stări: carbon 1egat în compusul definit carbură de fier Fe3C numit cementită şi carbon liber sub formă de grafit. Când transformările la răcire au loc astfel încât carbonul este 1egat, sistemul este metastabil, cementita fiind nestabilă, şi descompunându-se prin încălzire. Dacă transformările au loc astfel încât se produce separarea carbonului sub formă de grafit, sistemul este stabil.

Fig. 1 Diagrama metastabilă Fe-Fe3C

În figura 1 se prezintă ambele diagrame de echilibru, cea cu linie continuă fiind diagrama metastabilă Fe-Fe3C, iar cea cu linie punctată diagrama stabilă FeC. Se menţionează că transformările după diagrama stabilă sunt posibile numai la fonte (C > 2,11 %). Constituenţii structurali care pot apare în aliajele din sistemele de aliaje fier-carbon (metastabil şi stabil) sunt prezentaţi în continuare.

A. Constituenţi monofazici

Ferita (F) este o soluţie solidă intercristalină a carbonului în Fea. Este predominantă în structura oţelurilor cu până la 0,4 % C (constituie masa metalică de bază) şi se separă sub formă de reţea la oţelurile cu 0,5 - 0,8 % C. Are foarte bune proprietăţi de plasticitate şi tenacitate, rezistenţa mecanică şi duritate scăzute. Cementita este un compus chimic definit (Fe3C) cu 6,67 % C. Apare sub următoarele forme distincte:

Cementita primară (Fe3CI), - separată direct din topitură prin solidificare;

LUCRAREA NR. 8STRUCTURI DE ECHILIBRU ALE

ALIAJELOR DIN SISTEMUL Fe – Fe3C

Universitatea Petrol – Gaze din Ploieşti

cementita secundară (Fe3CII) separată ca urmare a scăderii solubilităţii Feg după linia ES din diagramă; cementita terţiară (Fe3CIII) separată ca urmare a scăderii solubilităţii Fea de-a lungul liniei PQ din diagramă.

Este o fază dură şi fragilă cristalizată în sistemu1 ortorombic. Este magnetică la temperatura ambiantă, dar îşi pierde magnetismul 1a 215 0C, iar la temperaturi mai înalte se descompune în fier şi grafit.

Grafitul este carbon cristalizat în sistemu1 hexagonal şi apare în structură sub următoarele forme: lamelară în fontele cenuşii, sferoidal în fontele nodulare şi glomerular (“în cuiburi”) în fontele maleabile. Nu posedă practic rezistenţă mecanică, reprezentând întreruperi ale masei metalice de bază.

B. Constituenţi bifazici (neomogeni)

Perlita (P) este un amestec mecanic eutectoid de ferită (88%), cementită (12%) rezultat din

descompunerea austenitei prin reacţia eutectoidă: A0,77 % C F + Fe3C. Are aspect lamelar,

dimensiunile lamelor depinzând de viteza de răcire. Cu cât răcirea este mai lentă cu atât lamele sunt de dimensiuni mai mari. Conferă oţelurilor rezistenţă mecanică şi elasticitate. În cazul aplicării unor tratamente de recoacere, poate apare sub formă globulară, adică formaţiuni mai mult sau mai puţin rotunjite de cementită, într-o masă de bază de ferită.

Ledeburita (Led) este un amestec mecanic de austenită şi cementită format prin solidificarea lichidului

cu 4,3 % C (reacţia eutectică): L4,3 % C A + Fe3C. Ca urmare a transformării eutectoide, pe care o

suferă austenita, la temperatura ambiantă ledeburita este constituită din perlită şi cementită, numindu-se din această cauză ledeburită transformată. Cantitatea mare de cementită din ledeburită imprimă fontelor albe în structura cărora se găseşte, o duritate şi o fragilitate pronunţată.

1.2. Structuri de echilibru ale oţelurilor carbon

Fierul tehnic pur cu C £ 0,015 % are în structură numai ferită ce se prezintă la microscop sub forma unei reţele poligonale cu marginile rotunjite. Eventualele incluziuni nemetalice apar ca zone de culoare închisă, la marginile grăunţilor de ferită. Cementita terţiară (Fe3CIII) ce se separă la marginile unor grăunţi, este aproape nesesizabilă.

Oţelurile hipoeutectoide (0,02 % < C < 0,77 %) au structura formată din doi constituenţi: ferita şi perlita. Până la 0,4% C predomină ferita constituind masa de bază de culoare deschisă, iar perlita apare la marginea grăunţilor feritei, ca zone de culoare închisă aşa cum se prezintă în figura 2.

Fig. 2 Oţel hipoeutectoid / mărire x 100 / constiuienţi: ferită şi perlită / atac: nital 2 %

La conţinuturi de 0,5 … 0,8 % C, preponderentă devine perlita, iar ferita apare la marginea coloniilor de perlită sub forma unor mici insule de culoare deschisă, sau sub formă de reţea.

Îndrumar de laborator – Ştiinţa şi Ingineria Materialelor

Oţelul eutectoid C = 0,77 % C are structura formată numai din perlită lamelară. În urma atacului cu nital, se dizolvă lamele de ferită astfel că la microscop apare o alternanţă de zone de culoare închisă (ferita) şi zone de culoare deschisă (cementita) cu aspect lamelar conform figurii 3. Examinarea trebuie făcută la o mărire de cel puţin 500X.

Fig. 3 Oţel eutectoid / mărire x 500 / constiuienţi: perlită lamelară / atac: nital 2 %

Oţelurile hipereutectoide (0,8 % < C < 2,11 %) prezintă la temperatura ambiantă o structură alcătuită din perlită lamelară şi cementită secundară aşa cum se prezintă în figura 4. Separarea cementitei secundare începe la limitele grăunţilor de austenită pe care-i înconjoară, astfel că la temperatura ambiantă apare sub forma unei reţele ce marchează limitele foştilor grăunţi de austenită transformaţi în perlită. Reţeaua de cementită apare de culoare deschisă la atacul cu nital şi de culoare brun închis la atacul cu picrat de sodiu.

Fig. 4 Oţel hipereutectoid / mărire x 500 / constiuienţi: perlită şi cementită / atac: nital 2 %

1.3. Structura fontelor albe

Fontele albe sunt fontele care au tot carbonul legat sub forma cementitei aşa cum se prezintă în figura 5. Datorită durităţii ridicate nu se pot prelucra prin aşchiere.

Fontele albe hipoeutectice (2,11 % < C < 4,3 %) au structura la temperatura ambiantă alcătuită din: perlită, cementită secundară şi ledeburită transformată.

Perlita apare la microscop sub forma unor zone de culoare închisă, iar ledeburita transformată sub forma unor zone cu aspect zebrat. Cementita secundară se depune pe formaţiunile existente de cementită ledeburitică, astfel că nu poate fi pusă în evidenţă separat la microscop.


Fig. 5 Fontă albă hipoeutectică / mărire x 250 / constituienţi: ledeburită, perlită şi cementită / atac: nital 2%

Fonta albă eutectică (C = 4,3 %) are la temperatura ambiantă structura complet ledeburitică. În urma atacului cu nital, ledeburita transformată are aspect prezentat în figura 6, zonele de culoare închisă fiind zonele cu perlită iar cele de culoare deschisă cu cementită.

Fig. 6 Fontă albă eutectică / mărire x 400 / constituienţi: ledeburită / atac: nital 2%

Fontele albe hipereutectice (4,3 % < C < 6,67 %) au la temperatura ambiantă structura formată din ledeburită transformată şi cementită primară. Cementita primară separată direct din lichid, va apare la microscop sub forma unor lamele de dimensiuni mari, într-o masă de ledeburită aşa cum se arată în figura 7.

Se constată că în cazul transformărilor după diagrama metastabilă toate aliajele au ca faze ferita şi cementita iar constituenţii diferă după conţinutul de carbon.

Fig. 7 Fontă albă hipereutectica / mărire x 500 / constituienţi: ledeburită şi cementită primară / atac: nital 2%

1.4. Structura fontelor cenuşii şi nodulare


În cazul acestor aliaje transformarea eutectică se produce după diagrama stabilă, iar transformarea eutectoidă se poate face atât după diagrama stabilă cât şi după cea metastabilă. Întrucât fontele cenuşii diferă de fontele nodulare doar prin forma grafitului structurile vor fi prezentate împreună. Obţinerea grafitului nodular se realizează prin adăugarea unor elemente (ceriu, magneziu, calciu, litiu în fonta lichidă având compoziţia corespunzătoare unei fonte cenuşii. Grafitul nodular are influenţă mult mai puţin defavorabilă asupra caracteristicilor de rezistenţă ale materialului, întrucât întreruperea masei metalice de bază este mai redusă decât în cazul fontelor cenuşii unde lamelele de grafit acţionează ca nişte crestături.

Fontele cenuşii feritice şi nodulare feritice au structura formată dintr-o masă de bază feritică, în care se găsesc formaţiuni de grafit lamelar la cele cenuşii şi globular la cele nodulare (fig. 8). Grafitizarea este completă, transformările decurgând numai după diagrama stabilă.

Fig. 8 Fontă cu grafit nodular feritică / mărtire : x 400 / constituienţi : grafit nodular şi ferită / atac : nital 2 %

Fontele cenuşii perlitice şi nodulare perlitice au masa metalică formată din perlită în care se găsesc formaţiunile de grafit (fig. 9). În cazul acestor fonte reacţia eutectică decurge după diagrama stabilă, iar reacţia eutectoidă după diagrama metastabilă. Structura masei metalice le conferă caracteristici bune de rezistenţă mecanică, obţinute direct din turnare.

Fig. 9 Fontă cenuşie perlitică cu steadit / mărire: x 250 / constituienţi: grafit lamelar, perelită şi steadit / atac: nital 2 %

Fontele cenuşii şi nodulare ferito-perlitice au masa metalică formată din perlită şi ferită în care se găsesc formaţiunile de grafit. Grafitizarea nu este completă, reacţia eutectoidă producându-se parţial după diagrama stabilă şi parţial după diagrama metastabilă. Astfel formaţiunile de grafit sunt incorporate de insule de ferită, în masa metalică existând şi perlită lamelară (fig. 10).


Fig. 10 Fontă cu grafit nodular ferito-perlitică / mărire: x 65 / constituienţi: grafit nodular, ferită şi perlită / atac : nital 2 %

2. CONŢINUTUL ŞI SCOPUL LUCRĂRII

Lucrarea cuprinde cercetarea metalografică a constituenţilor structurali la temperatura ambiantă din oţeluri carbon şi fonte, când transformările cu decurs în condiţii de echilibru.

Scopul lucrării îl constituie însuşirea cunoştinţelor de bază privind structurile acestor aliaje, precum şi legătura dintre structură şi proprietăţi.

3. MODUL DE LUCRU ŞI APARATURA NECESARĂ

Studenţii vor cerceta câte o probă metalografică din fiecare tip de oţel şi fontă. Examinarea se face la microscopul metalografic, pe probe atacate cu nital, alegându-se mărirea microscopului 1a care structura este cel mai bine pusă în evidenţă.

4. CONŢINUTUL REFERATULUI

Referatul va cuprinde:

denumirea aliajului cercetat; schiţa structurii; reactivul folosit pentru atac şi mărirea de examinare; constituenţii aliajului, constituenţii metalografici; fazele aliajului; proprietăţile mai importante şi domeniul de utilizare.

UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIEŞTI


FACULTATEA: I.M.E. CATEDRA T.C.U.P.DISCIPLINA: STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR DATA ...............................

FIŞA LUCRĂRII NR. 8

Tema: Structuri de echilibru ale aliajelor din sistemul Fe-C (oţeluri carbon, fonte albe, fonte cu grafit în structură).Schiţele structurilor analizate la microscopul metalografic:

Fier tehnic Oţel hipoeutectoid Oţel hipoeutectoid Compoziţie:………….Mărire:….. Compoziţie:…..…..….Mărire:…… Compoziţie:………..…Mărire:.……

Oţel eutectoid Oţel hipereutectoid Fontă albă hipoeutectică Compoziţie:………….Mărire:….. Compoziţie:…..…..….Mărire:…… Compoziţie:………..…Mărire:.……

Fontă albă eutectică Fontă albă hipereutectică Fontă nodulară feritică Compoziţie:………….Mărire:….. Compoziţie:…..…..….Mărire:…… Compoziţie:………..…Mărire:.……

Fontă cenuşie perlitică Fontă cenuşie ferito-perlitică Fontă nodulară ferito-perlitică Compoziţie:………….Mărire:….. Compoziţie:…..…..….Mărire:…… Compoziţie:………..…Mărire:.……

Întocmit: Verificat:Nume ................Prenume ............Grupa..................Semnătura............

0,25 % C 0,6 % C

0,6 % C

structuri echilibru

Documents