Układy równowagi - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
pixel_80
pixel_8014 March 2013

Układy równowagi - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (468.8 KB)
11 strona
1000+Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: układy równowagi; reguła dźwigni, wpływ struktury na własności stopów
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 11
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
06_Uklady_rownowagi cz2.pdf

45 JW

Rys.3.9. Wykres równowagi z faz mi!dzymetaliczn krystalizuj c z fazy ciek"ej:

a) faza mi!dzymetaliczna o sta"ym sk"adzie stechiometrycznym,

b) faza mi!dzymetaliczna w postaci wtórnego roztworu sta"ego

Istniej uk"ady dwusk"adnikowe, w których wyst!puj dwie (lub wi!cej) faz;

mi!dzymetaliczne. Je#li wszystkie te fazy tworz si! bezpo#rednio z fazy ciek"ej dziel one

wykres na trzy, cztery lub wi!cej cz!#ci, z których ka$da mo$e by% rozpatrywana samodzielnie

(rys. 3.10).

Rys. 3.10. Wykres równowagi z dwoma fazami mi!dzymetalicznymi krystalizuj cymi

z fazy ciek"ej

Je#li faza mi!dzymetaliczna krystalizuje poni$ej temperatury pocz tku krzepni!cia stopu, to

powstaje ona zwykle w wyniku reakcji perytektycznej. Wykres równowagi typu V

odpowiadaj cy temu przypadkowi, mo$e mie% ró$n posta% w zale$no#ci od wzajemnego

docsity.com

46 JW

oddzia"ywania sk"adników stopu. Na rys. 3.ll a pokazano wykres równowagi dwóch sk"adników

nie rozpuszczaj cych si! wzajemnie w stanie sta"ym, a na rys. 3.1I b - wykres równowagi dwóch

sk"adników tworz cych roztwory graniczne.

W pierwszym przypadku faza mi!dzymetaliczna powstaje w wyniku reakcji perytektycznej

zgodnie ze wzorem

LD+B !AnBm,

gdzie: LD - ciecz o sk"adzie punktuD.

W drugim przypadku reakcja perytektyczna zachodzi wg wzoru

LD + "F ! AnBm

gdzie: LD - ciecz o sk"adzie punktuD,

"F roztwór sta"y A w B o sk"adzie punktu F

Rys. 3.11. Wykresy równowagi z faz mi!dzymetaliczn powstaj c w wyniku reakcji

perytektycznej: a) przy braku wzajemnej rozpuszczalno#ci sk"adników w stanie

sta"ym, b) przy ograniczonej rozpuszczalno#ci sk"adników w stanie sta"ym

Podobnie jak w przypadku wykresów równowagi typu IV, równie$ na wykresach równowagi

typu V faza mi!dzymetaliczna mo$e wyst!powa% w postaci roztworu wtórnego (rys. 3.12).

Rys.3.12. Wykres równowagi z faz mi!dzymetaliczn w postaci wtórnego roztworu

sta"ego , powstaj c w wyniku reakcji perytektycznej

Omówione dotychczas podstawowe wykresy równowagi dotyczy"y uk"adów

dwusk"adnikowych, w których nie wyst!powa"y $adne przemiany w stanie sta"ym. W

rzeczywistych uk"adach przemiany takie wyst!puj jednak do#% cz!sto i s zwi zane z

tworzeniem si! fazy mi!dzymetalicznej z innej fazy sta"ej, b d& z przemianami alotropowymi

jednego lub obu sk"adników stopu.

docsity.com

47 JW

Wykres równowagi z faz mi!dzymetaliczn tworz c si! w stanie sta"ym przedstawiono na

rys. 3.13. Ja wida%, dla pewnego zakresu sk"adów (od x1 do x2) przy obni$aniu temperatury

zachodzi przemiana roztworu sta"ego # w faz! mi!dzymetaliczn $, b!d c roztworem sta"ym

wtórnym obu sk"adników A i B w fazie mi!dzymetalicznej AnBm. W stopie o sk"adzie AnBm

przemiana ta zachodzi w sta"ej temperaturze t1, w pozosta"ych stopach podlegaj cych przemianie

— w pewnym zakresie temperatury

Rys.3.13. Wykres równowagi z faz mi!dzymetaliczn krystalizuj c z fazy sta"ej

Oprócz krystalizacji pierwotnej zwi zanej z krzepni!ciem stopu i krystalizacji; wtórnej

zwi zanej b d& ze zmian rozpuszczalno#ci sk"adników w funkcji temperatury, b d& z

tworzeniem si! w stanie sta"ym fazy mi!dzymetalicznej w niektórych stopach wyst!puje

przekrystalizowanie w stanie sta"ym, zwi zane z przemian alotropow przynajmniej jednego ze

sk"adników tworz cych stop. Warto przypomnie%, $e przemianom alotropowym podlegaj m.in.

$elazo, kobalt, mangan, tytan, cyrkon, cyna i inne.

Posta% wykresu równowagi zale$y w tym przypadku od rodzaju wzajemnego oddzia"ywania

mi!dzy poszczególnymi odmianami alotropowymi sk"adników. Najbardziej typowe odmiany

wykresów równowagi z przemianami alotropowymi zostan omówione poni$ej.

l. Przyjmuj c, $e sk"adnik A ma dwie odmiany alotropowe A# i A", a sk"adnik B odmian

alotropowych nie ma oraz $e odmiana A# (istniej ca w ni$szych temperaturach) i sk"adnik B s

izomorficzne, czyli mog tworzy% roztwór sta"y ci g"y, otrzymuje si! wykres równowagi

przedstawiony na rys. 3.14. Jak wida%, wszystkie stopy niezale$nie od ich sk"adu chemicznego w

temperaturze otoczenia maj budow! jednofazow #. Ró$ni si! jedynie sposobem powstania tej

fazy, a mianowicie: stopy o sk"adzie od A do x1 krzepn jako stopy ", a faza #powstaje w

wynika przemiany alotropowej w stanie sta"ym; w stopach o sk"adzie od x1 do x2 faza #

powstaje w wyniku reakcji perytektycznej; w stopach o sk"adzie od x2, do B faza # powstaje

bezpo#rednio z fazy ciek"ej.

2. Przyjmuj c, $e sk"adnik A ma dwie odmiany alotropowe A# i A", a sk"adnik B odmian

alotropowych nie ma oraz $e odmiana A" i sk"adnik B s izomorficzne. otrzymuje si! wykres

przedstawiony na rys. 3.15. W tym przypadku wszystkie stopy bezpo#rednio po skrzepni!ciu

sk"adaj si! z roztworu sta"ego ". Struktur! t! zachowuj do temperatury otoczenia jednak tylko

stopy o sk"adzie od x2 do B. Pozosta"e stopy podlegaj ca"kowicie (o sk"adzie od A do x1,) lub

cz!#ciowo o sk"adzie od x1 do x2) przemianie alotropowej " w . Dzi!ki temu w temperaturze

otoczenia, w zale$no#ci od sk"adu chemicznego, mo$na uzyska% jednofazowe: stopy #,

dwufazowe stopy # + " b d& jednofazowe stopy ".

3. Przyjmuj c, $e sk"adnik A ma dwie odmiany alotropowe A# i A", a sk"adnik B dwie

odmiany alotropowe B# i B" oraz $e odmiany A# i B# oraz odmiany A" i B". s izomorficzne,

otrzymuje si! wykres równowagi przedstawiony na rys. 3.16. Jak wida%, wszystkie stopy po

skrzepni!ciu maj struktur! B, wszystkie te$ podlegaj w ni$szych temperaturach przemianie

alotropowej " w #.

docsity.com

48 JW

Rys. 3.14. Wykres równowagi z przemian Rys. 3.15. Wykres równowagi z przemian

alotrotropow sk"adnika A (odmiana A# i alotropow sk"adnika A (odmiana A" i

sk"adnik B s izomorficzne) sk"adnik B s s izomorficzne

4. Przyjmuj c, $e sk"adnik A ma dwie odmiany alotropowe A# i A", a sk"adnik B dwie

odmiany alotropowe B# i B" oraz $e odmiany A# i B" s izomorficzne, a odmiany A# i tworz

roztwory sta"e graniczne, otrzymuje si! wykres równowagi przedstawiony na rys. 3.17. W tym

przypadku, bezpo#rednio po skrzepni!ciu wszystkie stopy maj równie$ struktur! ", ale w

temperaturze otoczenia ich struktura, zale$nie od sk"adu chemicznego, sk"ada si! b d& z

kryszta"ów roztworu sta"e-#1 sk"adnika B# w A#, b d& z kryszta"ów roztworu sta"ego #2

sk"adnika A# w B#, b d& z dwufazowej mieszaniny tych kryszta"ów. Temperatury pocz tku

przemiany alotropowej wyznacza linia RES, temperatury ko'ca tej przemiany - linia RMENS. W

temperaturze wyznaczonej lini MEN zachodzi rozk"ad roztworu sta"ego "o sk"adzie punktu E

na dwa roztwory sta"e graniczne #1 i #2, tworz ce mieszanin! zwan eutektoidem:

"E!#1 + #2

Reakcja tego rozk"adu nazywa si! reakcj eutektoidaln , sta"a temperatura tE, w której

zachodzi - temperatur eutektoidaln , a stop o sk"adzie e - stopem eutektoidalnym. Wszystkie

stopy o sk"adzie od A do e nazywaj si! stopami podeutektoidalnymi, a stopy o sk"adzie od e do

B stopami nadeutektoidalnymi

Rys. 3.16. Wykres równowagi z przemian alotropow obu sk"adników (odmiana A# i B# oraz A" i B" s izomorficzne)

Z powy$szego wynika, $e stopy podeutektoidalne o sk"adzie od A do m i nadeutektoidalne o

sk"adzie od n do B nie podlegaj reakcji eutektoidalnej, a roztwory #1 i #2 tworz si!

docsity.com

49 JW

bezpo#rednio z fazy " w odpowiednim zakresie temperatury. W stopach o sk"adzie od m do e z

fazy " wydzielaj si! najpierw kryszta"y faz #1, bogatej w sk"adnik A (o sk"adzie okre#lonym

lini RM), dzi!ki czemu faza " wzbogaca si! w sk"adnik B do momentu, gdy osi gnie sk"ad

punktu E. Wtedy reszta fazy " ulega eutektoidalnemu rozk"adowi na mieszanin! bardzo

drobnych kryszta"ów #1 i #2. Podobnie w stopach od e do n, z fazy " wydzielaj si! najpierw

kryszta"y fazy #2, bogatej w sk"adnik B (o sk"adzie okre#lonym lini SN) dzi!ki czemu faza "

ubo$eje w sk"adnik B do momentu, gdy osi gnie sk"ad punktu E i ulegnie eutektoidalnemu

rozk"adowi.

Zawarto#% eutektoidu w stopie zmienia si! liniowo, od 0 dla stopów o sk"adzie m i n do 100%

dla stopu eutektoidalnego.

Przedstawiony na rys. 3.17 wykres równowagi dotyczy przypadku sta"ej rozpuszczalno#ci A# w

B# i odwrotnie. W rzeczywisto#ci zwykle rozpuszczalno#% ta zmienia si! z temperatur i wtedy

wykres równowagi przybiera posta% pokazan na rys. 3.18.

Rys. 3.17. Wykres równowagi z przemian alotropow obu sk"adników (odmiany A" i B"

s izomorficzne, a odmiany A# i B# tworz roztwory sta"e graniczne o

niezmiennej rozpuszczalno#ci)

Na wykresie tym podano równie$ schematy struktur stopów podeutektoidalnych,

eutektoidalnego i nadeutektoidalnych.

Spotykane w praktyce wykresy równowagi uk"adów dwusk"adnikowych rzadko odpowiadaj

omówionym typowym uk"adom prostym, z regu"y b!d c kombinacj dwóch lub wi!cej typów

uk"adów. Sk"ad procentowy stopów na wykresach równowagi wyra$a si! zwykle w procentach

wagowych, co w przypadku stopów technicznych jest korzystniejsze. Niekiedy jednak,

zw"aszcza w badaniach strukturalnych, wygodniej jest przedstawi% uk"ad chemiczny stopów w

procentach atomowych. Zale$no#% mi!dzy procentami wagowymi a procentami atomowymi

okre#laj wzory:

% 100

2211

11

1 GaGa

Ga C

%&%

%% '

docsity.com

50 JW

gdzie: C1 - zawarto#% sk"adnika A w % wagowych,

C2 - zawarto#% sk"adnika B w % wagowych,

#1, - zawarto#% sk"adnika A w % atomowych,

#2 - zawarto#% sk"adnika B w% atomowych,

G1- ci!$ar atomowy sk"adnika A,

G2 - ci!$ar atomowy sk"adnika B.

Rys. 3.18. Wykres równowagi z przemian alotropow obu sk"adników (odmiany A" i B"

s izomorficzne, a odmiany A# i B# tworz roztwory stale graniczne o zmiennej

rozpuszczalno#ci) oraz schematy struktur poszczególnych grup stopów.

3. 4. Regu a d!wigni

W procesie krystalizacji zarówno pierwotnej, jak i wtórnej (w stanie sta"ym zmienia si! nie

tylko sk"ad poszczególnych faz, ale i ilo#% ka$dej fazy. W dowolnym punkcie wykresu

równowagi mo$na w obszarze jednoczesnego wyst!powania) dwóch faz okre#li% ich ilo#% oraz

ich sk"ad chemiczny. Wykorzystuje si! do tego celu tzw. regu"! d&wigni.

Przyk"ad zastosowania regu"y d&wigni podano na rys. 3.19. Jak wida%, aby okre#li% sk"ad

chemiczny wspó"istniej cych faz w danej temperaturze ty, nale$y dla tej temperatury

przeprowadzi% lini! równoleg" do osi sk"adów. Rzuty punktów przeci!cia tej linii z krzywymi

ograniczaj cymi obszar dwufazowy na o# sk"adów, okre#laj sk"ad faz. Na rysunku przez x

oznaczono sk"ad stopu, przez x1 sk"ad fazy sta"ej #, a przez x2- sk"ad fazy ciek"ej.

Ilo#ciowy stosunek faz okre#la si! za pomoc wzorów:

% 100

2211

22

2 GaGa

Ga C

%&%

%% '

bc

ab

r

r

s

c ' ac

ab

r

rc ' ac

bc

r

rs '

docsity.com

51 JW

gdzie: rc — ilo#% fazy ciek"ej,

rs - ilo#% fazy sta"ej,

r = rc + rs — ogólna ilo#% stopu,

ab, bc i ac — odcinki wyznaczone przez lini! ty oraz likwidus i solidus

Rys. 3.19. Przyk"ad zastosowania regu"y d&wigni w przypadku uk"adu równowagi o

nieograniczonej rozpuszczalno#ci w stanie sta"ym

3. 5. Budowa stopów potrójnych

Budowa stopów potrójnych jest znacznie bardziej skomplikowana ni$ stopów podwójnych i

aby graficznie przedstawi% zale$no#% struktury od sk"adu chemicznego i temperatury, trzeba

operowa% modelem przestrzennym albo jego rzutami na p"aszczyzn! podstawy. Podstaw! tego

modelu stanowi trójk t równoboczny, zwany trójk tem Gibbsa, którego wierzcho"ki

przedstawiaj czyste sk"adniki uk"adu potrójnego A, B i C, boki odpowiadaj sk"adom stopów

uk"adów podwójnych A-B, B-C i C-A, a punkty wewn trz trójk ta reprezentuj sk"ady stopów

uk"adu potrójnego A-B-C (rys. 3.20).

Na osiach prostopad"ych do podstawy oznaczona jest temperatura. Aby okre#li% sk"ad

dowolnego punktu N podstawy, przeprowadza si! z niego równoleg"e do dwóch boków trójk ta

a$ do przeci!cia z trzecim; wówczas odcinek CD odpowiada procentowej zawarto#ci sk"adnika

B, odcinek DF — sk"adnika A i odcinek FB -sk"adnika C. Na rysunku 3.20b punkt N

przedstawia stop trzysk"adnikowy o sk"adzie: 50% A, 25% B i 25% C.

W uk"adach potrójnych, zamiast linii likwidusu i solidusu, wyst!puj powierzchnie likwidusu

i solidusu, a zamiast poziomej linii eutektycznej — p"aszczyzna eutektyczna odpowiadaj ca

potrójnej eutektyce, której temperatura topnienia jest ni$sza od ka$dej z trzech eutektyk

dwusk"adnikowych. Poniewa$ sk"adniki uk"adów potrójnych mog parami tworzy% rozmaite

przypadki, ilo#% mo$liwych typów uk"adów jest bardzo du$a.

Wynika st d, $e przestrzenne wykresy równowagi uk"adów trzysk"adnikowych s niezbyt

przejrzyste i st d niewygodne w praktycznym stosowaniu. Dlatego zwykle wykorzystuje si!

ró$ne ich rzuty na p"aszczyzn! trójk ta Gibbsa. Najcz!#ciej stosowany jest tzw. p"aski wykres

równowagi, powstaj cy przez przeci!cie wykresu przestrzennego p"aszczyznami izotermicznymi

(równoleg"ymi do podstawy, odleg"ymi od siebie o sta" liczb! stopni Celsjusza, np. 25 lub 50) i

zrzutowanie otrzymanych izoterm na powierzchni! likwidusu i solidusu, jak równie$

ewentualnych krzywych i punktów eutektycznych, perytektycznych itp., na p"aszczyzn! trójk ta

Gibbsa. Dla wi!kszej przejrzysto#ci wykresu najcz!#ciej zaznacza si! na nim tylko izotermy

likwidusu. Przyk"adowy p"aski wykres równowagi trzysk"adnikowy z zaznaczonymi izotermami

likwidusu oraz rzutami eutetyki przedstawiono na rys. 3.20c.

Trzeba jednak podkre#li%, $e p"askie wykresy trzysk"adnikowe podaj tylko warunki zmiany

stanu skupienia, tj. warunki topnienia i krzepni!cia stopów, nie odtwarzaj c przemian fazowych

w stanie sta"ym. Oczywi#cie, stopy cztero- i wi!cej sk"adnikowe maj budow! jeszcze bardziej

z"o$on .

docsity.com

52 JW

Rys. 3.20. Wykres równowagi trzech sk"adników: a) przestrzenny, b) na p"aszczy&nie z

k"adami wykresów równowagi dwusk"adnikowych, c) p"aski

3.6. Wp yw struktury na w asno"ci stopów

Jak wynika z omówionych uk"adów równowagi fazowej, struktura stopów mo$e by%

jednofazowa, czyli z"o$ona z ziarn jednego rodzaju, lub mo$e stanowi% mieszanin! dwóch lub

wi!cej faz (w stopach wielosk"adnikowych).

W przypadku stopów o budowie jednofazowej g"ównymi czynnikami wp"ywaj cymi na ich

w"asno#ci s :

a) sk"ad chemiczny ziarn,

b) wielko#% i kszta"t ziarn,

c) budowa granic ziarn,

d) rodzaj, ilo#%, wielko#%, kszta"t i rozmieszczenie zanieczyszcze'.

W stopach dwu- i wielofazowych oprócz powy$szych czynników o w"asno#ciach decyduj :

( sk"ad chemiczny wspó"istniej cych faz,

( w"asno#ci tych faz,

( udzia" procentowy poszczególnych faz,

( wzajemne usytuowanie faz.

Rola wymienionych czynników w kszta"towaniu poszczególnych w"asno#ci stopów jest

ró$na. Na przyk"ad w"asno#ci fizyczne, a wi!c m.in. przewodno#% elektryczna i cieplna, g!sto#%,

ciep"o w"a#ciwe i rozszerzalno#% cieplna, zale$ przede wszystkim od sk"adu chemicznego faz i

ich w"asno#ci oraz udzia"u procentowego faz w stopie.

W"asno#ci mechaniczne s funkcj nie tylko czynników charakteryzuj cych struktur!, ale

równie$ wielko#% ziarn i ich kszta"tu, sposobu roz"o$enia faz itd.

docsity.com

53 JW

Innym czynnikiem istotnie wp"ywaj cym na w"asno#ci mechaniczne stopów jest wielko#%

wydziele' fazy mi!dzymetalicznej. Im s one drobniejsze i bardziej równomiernie roz"o$one,

tym bardziej stop jest wytrzyma"y i twardy. Na przyk"ad twardo#% stali w!glowych w miar!

zmniejszania si! grubo#ci p"ytek cementytu od 2 do 0,5 µm wzrasta od 220 do 350 HB.

W przypadku sferoidalnych wydziele' cementytu twardo#% stali w!glowych wzrasta od 190 do

400 HB, w miar! zmniejszania si! ich #rednicy od 2 do 0,2 µm. Podobnie wzrasta wytrzyma"o#%

tych stali, jednocze#nie pogarsza si! ich plastyczno#%.

W"asno#ci mechaniczne stopu zale$ tak$e od kszta"tu wydziele' fazy mi!dzymetalicznej.

Wiadomo na przyk"ad, $e stop zawieraj cy wydzielenia twardej i kruchej fazy mi!dzymetali-

cznej w postaci sferoidów jest mniej wytrzyma"y i twardy, ale bardziej plastyczny, ni$ stop, w

którym ta sama faza wyst!puje w postaci p"ytek albo siatki na granicach ziarn.

Istotnym zagadnieniem w przypadku stopów dwu- i wielofazowych jest anizotropia

w"asno#ci, wywo"ana ukierunkowanym roz"o$eniem jednej z faz. Na rysunku 3.21 pokazano

struktur! stali niskow!glowej, w której perlit tworzy wyra&nie pasma u"o$one zgodnie z

kierunkiem przeróbki plastycznej. Wytrzyma"o#% na rozci ganie tej stali jest mniejsza w

kierunku zgodnym z u"o$eniem pasm perlitu, wi!ksza w kierunku prostopad"ym. Natomiast

plastyczno#% zmienia si! odwrotnie

Rys. 3.21. Pasmowa struktura stali niskow!glowej, wywo"ana przeróbk plastyczn .

Widoczne jasne ziarna ferrytu i ciemne perlitu (traw. 5% HN03), 100x

W niektórych przypadkach osnowa stopu wielofazowego jest bardziej twarda i wytrzyma"a od

fazy tworz cej wydzielenia. Równie$ i wtedy wytrzyma"o#% stopu jest zwi zana z wielko#ci i

kszta"tem tych wydziele'. Przyk"adem mo$e tu by% $eliwo szare, w którym wydzielon faz!

stanowi grafit. Im drobniejsze i bardziej zbli$one kszta"tem do kulistych s wydzielenia grafitu,

tym bardziej $eliwo jest wytrzyma"e, niezale$nie od rodzaju struktury osnowy (ferrytycznej,

ferrytyczno-perlitycznej, czy perlitycznej). Wytrzyma"o#% grafitu w porównaniu z

wytrzyma"o#ci osnowy mo$na przyj % za zerow , tote$ jego wydzielenia zmniejszaj ogóln

wytrzyma"o#% stopu, gdy$ zmniejszaj czynny przekrój. Ponadto dzia"aj jako koncentratory

napr!$e', tym gro&niejsze, im bardziej ró$ni si! kszta"tem od kuli.

Powa$ny wp"yw na w"asno#ci mechaniczne metali i stopów wywieraj tak$e wszelkie defekty

materia"owe, jak pory gazowe, za$u$lenia, wtr cenia niemetaliczne, mikrop!kni!cia itd.

Stanowi one nieci g"o#ci materia"u zmniejszaj ce czynny przekrój elementów konstrukcyjnych,

os"abiaj c ogóln wytrzyma"o#%, a w wielu przypadkach stanowi ce bardzo gro&ne

koncentratory napr!$e' mog ce doprowadzi% do przedwczesnego zniszczenia cz!#ci maszyn

przy obci $eniach nie przekraczaj cych dopuszczalnych.

W metalach i stopach obok ró$nych sk"adników i zanieczyszcze' wyst!puj równie$ gazy.

Nawet metale o wysokiej czysto#ci zawieraj niewielkie ilo#ci azotu, tlenu i wodoru, a w wielu

przypadkach nawet te niewielkie ilo#ci istotnie wp"ywaj na niektóre w"asno#ci fizyczne i

mechaniczne metalu. Na przyk"ad, ju$ 0,015% tlenu wyra&nie obni$a przewodnictwo

elektryczne i plastyczno#% miedzi.

Gazy dostaj si! do metalu zarówno podczas metalurgicznych procesów jego wytwarzania,

obróbki cieplnej w atmosferach utleniaj cych, obróbki chemicznej i elektrochemicznej czy

spawania, jak i podczas eksploatacji w #rodowiskach agresywnych, zw"aszcza przy

podwy$szonych ci#nieniach i temperaturach. Mog one tworzy% roztwory sta"e i zwi zki

docsity.com

54 JW

chemiczne, mog te$ wype"nia% p!cherze, pory lub inne wewn!trzne wady materia"owe. W stali

w temperaturze otoczenia tlen i azot rozpuszczaj si! w niewielkim stopniu, tworz natomiast

liczne tlenki i azotki. Wodór w stali równie$ rozpuszcza si! w niewielkim stopniu, a jego

nadmiar powoduje powstawanie p!cherzy.

Gazy rozpuszczone w metalu przewa$nie podwy$szaj jego wytrzyma"o#%, a obni$aj

plastyczno#%. Dla przyk"adu, atomy azotu rozpuszczonego w $elazie zwykle grupuj si! wokó"

dyslokacji, tworz c tzw. atmosfery Cottrella. Atmosfery te unieruchamiaj dyslokacje,

zwi!kszaj c tym samym wytrzyma"o#% metalu.

Tlenki i azotki stanow tzw. wtr cenia niemetaliczne. Nazwa ta okre#la znajduj ce si! w

ka$dej stali produkty reakcji fizykochemicznych, zachodz cych podczas jej wytapiania (oprócz

tlenków i azotków nale$ tu siarczki i krzemiany) oraz wtr cenia materia"ów ogniotrwa"ych

u$ywanych do wy"o$enia pieców stalowniczych, kadzi itp. Ilo#%, wielko#%, sk"ad chemiczny i

fazowy oraz roz"o$enie wtr ce' niemetalicznych wp"ywaj na wiele w"asno#ci u$ytkowych stali,

a zale$ m.in. od metody wytopu, rodzaju i ilo#ci u$ytych odtleniaczy, temperatury procesu

stalowniczego, zawarto#ci siarki i fosforu w stali itd.

a) b)

Rys. 3.22. Z"o$one wtr cenia niemetaliczne w stali: a) siarczkowo-tlenkowe, b) siarczko-

wo-tlenkowe z wrostkami azotków, c) krzemianowe (nietrawione). Powi!ksz. 500x

Wtr cenia niemetaliczne bardzo rzadko s prostymi zwi zkami chemicznymi. Najcz!#ciej

stanowi z"o$one zwi zki lub mieszaniny zwi zków prostych (rys. 3.22). Szczególnie szkodliwe

s wtr cenia twarde i kruche, b!d ce z"o$onymi spinelami lub zawieraj ce du$o tlenku krzemu.

Te ostatnie cz!sto maj kszta"t zbli$ony do kuli (rys. 3.23). Szkodliwo#% wtr ce'

niemetalicznych wzrasta ponadto przy ich nierównomiernym rozmieszczeniu w metalu i jest tym

wi!ksza, im s one wi!ksze (rys. 3.24)

Równie$ wodór obecny w stali jest sk"adnikiem zdecydowanie szkodliwym. Jak wspomniano,

tylko niewielkie ilo#ci wodoru rozpuszczaj si! w $elazie mi!dzyw!z"owe, reszta gromadzi si! w

postaci gazowej na wszelkiego rodzaju defektach strukturalnych, takich jak granice ziarn,

granice faz, dyslokacje czy skupienia wakansów, wywo"uj c porowato#%, powstawanie i rozwój

p!cherzy i p!kni!%, rozwarstwianie metalu, pojawianie si! lokalnych odkszta"ce' sieci

krystalicznej oraz stref metalu o zmienionym sk"adzie chemicznym, powstawanie p"atków

#nie$nych itd. Wszystkie te wady materia"owe mog powstawa% zarówno w procesie

wytwarzania stali i jej przetwórstwa, jak i w czasie jej eksploatacji w #rodowiskach

agresywnych, zw"aszcza przy podwy$szonych ci#nieniach i temperaturach. Prowadz one do

gwa"townego spadku w"asno#ci plastycznych stali, co ogólnie okre#la si! terminemkrucho ci

wodorowej.

Jak wida% z powy$szego, krótkiego zreszt przegl du, liczba czynników strukturalnych

kszta"tuj cych rzeczywiste w"asno#ci metali i stopów jest olbrzymia. Poznanie tych czynników i

umiej!tne nimi kierowanie jest podstawowym warunkiem uzyskiwania optymalnych dla danego

zastosowania w"asno#ci materia"ów.

docsity.com

55 JW

Rys. 3.23. Globularne wtr cenia z"o$one (zawieraj ce g"ównie tlenek krzemu): a)

widoczne na zg"adzi% metalograficznym, b), c) i d) ujawnione na prze"omie

stalowej próbki udarno#ciowej (SEM - nietrawione. Powi!ksz. 500x

Rys. 3.24. Wtr cenia niemetaliczne ró$nej wielko#ci i o ró$nym roz"o$eniu: a) bardzo

drobne tlenki i siarczki roz"o$one mniej wi!cej równomiernie, b) ró$nej

wielko#ci tlenki i siarczki roz"o$one nierównomiernie, c) pojedyncze du$e

wtr cenia siarczkowe wyd"u$one w czasie przeróbki plastycznej oraz nieliczne

drobne wtr cenia niemetaliczne roz"o$one równomiernie, nie trawione).

Powi!ksz. 200

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome