129

MODULUL 6. STRUCTURA I PROPRIETILEALIAJELOR FIER CARBON

Timpul mediu necesar pentru studiu: 210 minute.

Obiective educaionalen urma parcurgerii acestui modul vei ti:- s dai definiia oelurilor i a fontelor albe;

- s cunoatei diagrama de echilibru Fe-C;- s facei deosebirea ntre diagrama metastabil Fe-Fe3C;

- s cunoatei particularitile diagramei Fe-Fe3C;- s cunoatei constituenii din diagrama Fe-Fe3C, i diagrama acestor constitueni;

- s calculai procentul constituenilor unui aliaj din diagrama Fe-Fe3C;- s luai cunotin cu formarea structuri interne a oelurilor carbon i a fontelor albe;

- s cunoatei transformrile de faz care au loc n diagrama Fe-Fe3C.

Cuvinte cheie:Diagrama Fe-Fe3C, oeluri, fonte albe, particulariti ale diagramei Fe-Fe3C, transformri

n oeluri, transformri n fontele albe

Cuprinsul Modului:6. STRUCTURA I PROPRIETILE ALIAJELOR FIER CARBON6.1. Diagrama de echilibru a sistemului de aliaje fier-carbon.6.2. Transformri de faz n diagrama metastabil Fe-Fe3C.

ntrebri de autoevaluareBibliografie

130

EXPUNEREA DETALIAT A TEMEIAliajele fierului cu carbonul, oelurile i fontele, n primul rnd oelurile, sunt cele mai

importante produse metalurgice i formeaz baza construciei de maini i utilaje industriale.

Ponderea lor este foarte mare, varietatea utilizrii lor se justific prin proprietile mecanice

superioare, posibilitile largi de prelucrare prin deformare plastic, prin achiere, bune

posibiliti de sudare, pre de cost redus n comparaie cu alte materiale, .a.

n funcie de modul de legare a carbonului se prezint diagrama de echilibru al ale

aliajelor Fe-C, iar n acest modul cu precdere diagrama Fe-Fe3C (numit i diagrama Fe-Cementit). Sunt prezentate liniile i punctele care alctuiesc diagrama, constituenii structurali ai

diagramei cu proprietile lor. n continuare se prezint diagrama constituenilor diagramei Fe-Fe3C i modul de trasare a ei, apoi un exemplu de calcul al cantitilor constituenilor pentru patru

tipuri de aliaje din diagrama Fe-Fe3C.Formarea structurii oelurilor i a fonelor albe, n funcie de coninutul de carbon, n

diagrama Fe-Fe3C, va consolida cunotinele despre structura n echilibru al oelurilor i fonteloralbe.

Cunoaterea transformrilor de faz care au loc la rcirea i nclzirea oelurilor i

fontelor albe n diagram de echilibru, vor constitui bazele teoretice ale tratamentelor termice

pentru cele dou tipuri de materiale.

6. STRUCTURA I PROPRIETILE ALIAJELOR FIER CARBON

6.1. Diagrama de echilibru a sistemului de aliaje Fier Carbon

6.1.1. Forme de separare ale carbonului n aliaje Fe C

Elementul principal de aliere al fierului este carbonul, care se poate ntlni n acest aliajsub dou forme:

- carbon legat sub form de compus chimic carbur de fier Fe3C cunoscut subdenumirea de cementit, care corespunde echilibrului metastabil;

- carbon liber sub form de grafit, corespunztor echilibrului stabil.a) Cementita este o carbur de fier Fe3C cu 6,67%C. Punctul de topire nu este cunoscut,

ea este sub cea de topire a fierului pur, cristalizeaz n sistemul ortorombic. Datorit

131

complexitii reelei i a forelor de legtur cementita se caracterizeaz prin duritate foarte mare

HB700 800 daN/mm2 i fragilitate ridicat. La temperaturi joase sub 2100C are proprietimagnetice, punctul Curier al cementitei se noteaz cu A0. Cementita poate forma soluii solide pe

baz de compus (FeX)3C cu metale ca: Mn, Cr, W, aa numita cementit aliat. Cementita nu este

un compus stabil, n anumite condiii se descompune cu formare de carbon liber (grafit), iar n

altele se recompune:

CFe3CFe3 (6.1)b) Carbonul liber sub form de grafit se ntlnete numai n structura fontelor cenuii.

Grafitul se prezint sub form de reea hexagonal stratificat. Atomii sunt legai ntre ei cu treilegturi covalente, iar a patra face legtura metalic, care asigur conductibilitatea electric.

Grafitul are temperatura de topire peste 3727C, este refractar, are rezisten mecanic redus.

6.1.2. Diagrama de echilibru fier carbon

Avnd n vedere cele dou forme n care exist carbonul n aliajul FeC, diagrama deechilibru al sistemului se reprezint sub dou forme (fig. 6.1): diagrama: fier cementit(echilibru metastabil trasat cu linie continu) i diagrama fier grafit(echilibru stabil trasat culinie discontinu subire). Pe diagram se reprezint constituenii metalografici ai diagramei

metastabile Fe Fe3C.

6.1.3. Diagrama de echilibru fier cementit (Fe Fe3C)

6.1.3.1. Particularitile diagramei Fe Fe3C

Dac nu se ine seama de transformrile alotropice, diagrama poate fi considerat de tipul

unei diagrame cu solubilitate total n stare lichid, solubilitate parial n stare solid cu

transformare de eutectic.Diagrama FeFe3C n totalitatea ei este alctuit din trei diagrame: o diagram cu

transformare peritectic, o diagram cu transformare eutectic i o transformare eutectoid.

Semnificaia liniilor i punctelor n diagrama Fe Fe3C sunt:- linia ABCD linia lichidus;

132

Fig. 6.1. Diagrama de echilibru fazic a sistemului Fe C (Metals Handblook ASM, 1973)a) diagrama sistemului metastabil fier-cementit (Fe-Fe3C); b) diagrama de constitueni a

sistemului Fe-Fe3C

- linia AHJECFD linia solidus;- linia GS reprezint toate punctele de transformare A3 (transformare alotropic a

austenitei n ferit);

- linia SE reprezint toate punctele de transformare Acem (temperatur la care se separ

cementita secundar n austenit);

- linia GPQ reprezint linia solubilitii soluiei solide a carbonului n Fe i temperaturilela care se termin transformarea austenitei n ferit;

133

- linia PSK reprezint toate temperaturile de transformare A1 eutectoide a austenitei

sA feritp+cemk;- linia PQ reprezint temperaturile la care ncepe separarea cementitei teriare- linia MO reprezint temperatura de transformare a feritei magnetice n ferit

nemagnetic;

- linia ECF - reprezint temperatura de transformare a eutectic LCp+CeF;- linia NJ reprezint temperaturile la care se termin transformarea alotropic a feritei de

nalt temperatur () n austenit;- linia NH reprezint temperaturile la care ncep transformrile alotropice a feritei n

austenit;

- linia HJB reprezint temperaturile de transformare peritectic:

LB+HaustenitE; (6.2)Punctele caracteristice ale diagramei Fe Fe3C:- A punct de topire a Fe pur; 1538C i 0%C;

- B punct de tranziie 14950C i 0,50%C;

- J punct de transformare peritectic 1495C: LB+HaustenitE i 0,16%C;- N punct de transformare alotropic FeFe 1394C i 0%C ;- H punct de solubilitate maxim n carbon a Fe 1495C i 0,09%C;

- E punct de saturare a Fe n carbon la 1148C i 2,11%C;- C punct eutectic a sistemului stabil 1148C i 4,3%C;

- C - punct eutectic sistem stabil la 1154C i 4,26%C ;- D punct de topire a cementitei nedeterminat la 6,67%C;

- F punct de tranziie (se termin solidificarea cementitei I LECe I) cu 6,67%C;

- G punct detransformare a Fe n Fe la 9120C i 0%C;- S - punct de transformare eutectoid AusteritS Feritp + CeII la 727C i

0,77%C (Feritp+Ce II=perlit);

- S - punct eutectoid 738C i 0,68%C;- P punct de tranziie corespunztor coninutului maxim de carbon (0,0218%C) n

Fe la 727C;

- K punct de tranziie la727C i 6,67%C;

134

- Q punct corespunztor saturaiei maxime n carbon a Fe la 20C i 0,002%C;- L punct de tranziie 100% cementit cu 6,67%C la 20C;

- N - temperatura corespunztoare transformrilor A0 a CemmagCemnemag la 2100C;- M 770C, punct Curie a Feritei ;- O 770C, punct Curie a oelului ferito - austenitic.

6.1.3.2. Constituenii de echilibru al aliajelor Fe Fe3C

n diagrama FeFe3C apar urmtorii constitueni metalografici:a) Ferita este o soluie solid de carbon n fierul cu reea cubic cu volum

centrat, dizolv maximum de 0,0218% C la temperatura de 727C corespunztor punctului P din

diagram i 0,002% C la 20C corespunztor punctului Q.

Reeaua fierului neavnd interstiii unde s se plaseze atomi de carbon, acetia seplaseaz n locurile libere provocate de existena defectelor reticulare, n special la limitele

grunilor.

Proprietile mecanice ale feritei sunt: duritatea 80 HB, rezistena la rupere r=30

daN/mm2, alungirea la rupere A=35%, densitatea 7,86 g/cm3, pn la 7700 C ferita este magnetic(punctul critic A2), numit i punct Curie. Ferita este un constituent moale i plastic.

b) Austenita este o soluie solid a carbonului n Fe cu reea cubic cu feecentrate, numit soluie solid . Cantitatea maxim de carbon, dizolvat n soluia solid , estedat de punctul E i corespunde concentraiei de 2,11% C.

Austenita este stabil numai la temperaturi ridicate cuprinse ntre 727C i 1495 (punctele

S i J). Prezena austenitei la temperaturi mai joase este influenat de prezena elementelor de

aliere, acestea lrgesc domeniul soluiei solide .Austenita este un constituent plastic uor deformabil, ea este paramagnetic, are greutatea

specific cea mai mare dintre constitueni, duritate i rezistena mecanic mai mare dect ferita.

c) Cementita este un compus chimic Fe3C coninnd 6,67% C. Are o reeaortorombic, cu posibiliti reduse de alunecare, fragilitate ridicat, duritate mare 750800 HB.Din punct de vedere magnetic cementita este feromagnetic sub punctul A0 corespunztor

temperaturii de 210C.d) Perlita este eutectoidul diagramei Fe Fe3C, fiind un amestec mecanic format la

135

727C i 0,77% C, rezultat din descompunerea austenitei n soluie solid (ferit) i cementitsecundar. Aceast transformare se produce n punctul S de pe diagrama Fe Fe3C.

Perlita va avea proprieti intermediare ntre cele ale feritei i cele ale cementitei: are

duritatea cuprins ntre 185250 HB, rezistena la rupere r=55110 daN/mm2, alungireaA=1025%.

Cementita i ferita sunt dispuse n structura perlitei sub form de lamele numit i perlit

lamelar. Cu ct lamelele vor fi mai fine cu att proprietile mecanice vor fi mai ridicate. n

anumite condiii aceti doi constitueni pot aprea i sub form globular n masa perlitei, numit

perlit globular. Perlita este feromagnetic, iar din punctul de vedere al tenacitii, aceasta este

influenat n mod benefic de forma globular.

e) Ledeburita este eutecticul diagramei Fe Fe3C format la 1148C i 4,3% Crezultat n urma separrii din lichid al cementitei primare i austenitei, corespunztor punctului

C din diagram. Ledeburita are o duritate mare 700 HB, fragil, apare la microscop sub form

pestri, format din insule de culoare nchis de perlit pe fond de cementit de culoare deschis.

Ledeburita este feromagnetic.

6.1.3.3. Diagrama constituenilor sistemului Fe Fe3C

Din diagrama constituenilor (fig. 6.1, b) se poate determina cantitativ constituenii structuralila toate aliajele cuprinse n sistemul Fe Fe3C.

Aliajul cu 0,002% C conine ferit n proporie de 100%, aliajul eutectoid cu 0,77% Cconine 100% perlit, aliajul eutectic cu 4,3% C conine 100% ledeburit, iar aliajul cu 6,67% C

conine n proporie de 100% cementit (Fe3C).Pentru aliajele intermediare, legea prghiei ne indic variaii liniare, trasndu-se dreapta

ab care desparte domeniul feritei de cel al perlitei. Pentru reprezentarea ledeburitei s-a trasat, ncadrul acestei diagrame triunghiul cde, cu vrful d n dreptul eutecticului C (4,3%C), iar celelaltedou vrfuri n dreptul extremitilor orizontalei eutectice, pn la care apare n structur

eutecticul ledeburit. Latura cd a acestui triunghi separ domeniul ledeburitei de cel al perlitei,

iar latura de, separ domeniul ledeburitei de cel al cementitei primare.Pentru ca diagrama constituenilor s fie complet mai trebuie reprezentate triunghiurile

care despart domeniile austenitei de cele ale cementitei secundare (triunghiul bgd) i cel al feritei

136

de cementit teriar (CeIII).Pentru reprezentarea triunghiului care reprezint cementita secundar (bgd) se unete

printr-o dreapt punctul b, care este situat n dreptul concentraiei de 0,77% C, cu punctul e, situat

n dreptul concentraiei de 6,67% C. Intersecia dreptei be cu verticala dus n dreptul

concentraiei de 2,11% C, ne va da punctul g, care reprezint unul dintre din vrfurile triunghiului

cementitei secundare. Celelalte dou vrfuri vor fi situate n punctul b i d, corespunztoare

concentraiilor de 0,77% C i respectiv 4,3% C.

Triunghiul care reprezint separarea cementitei teriare (CeIII) din ferit va avea unul din

vrfuri la concentraia de 0,002% C, cellalt la concentraia de 0,77% C, respectiv punctul b, iar

vrful pe dreapta vertical din dreptul concentraiei de 0,0218% C, respectiv n dreptul punctuluia.

Exemplu : Considernd aliajul I cu 3,7% C este format din 70% Le+30%Pe+CeII sau 70%Le+20Pe+10CeII.

Pentru aliajul II cu 5,5% C 50Le+50CeI.

6.1.3.4. Calculul cantitativ al constituenilor structurali ntr-un aliaj Fe Fe3C

Pentru a putea face aprecieri asupra proprietilor unui aliaj aparinnd sistemului

FeFe3C este necesar s se cunoasc raportul cantitativ n care se gsesc diferiii constitueni n

structura aliajului respectiv.innd seama de faptul c aliajele FeC sunt utilizate n majoritatea cazurilor la

temperatur joas diagrama lor se poate reprezenta simplificat ca n figura 6.2. Pentru

determinarea raportului cantitativ dintre constitueni aflai n structura aliajelor se va utiliza legea

prghiei n schema din fig. 6.2.Exemplu: Se consider aliajul I cu 0,45% C. Aplicnd legea prghiei vom avea :

%;4,5810077,045,0 Pe %;5,41100

77,045,077,0 Fe

Aliajul II cu 1,2% C este alctuit din Pe i CeII. Conform cu legea prghiei vom avea :

%;7,9210077,067,62,167,6

Pe %;28,710077,067,6

77,02,1 Ce

Aliajul III cu 3% C este format din Pe+CeII+Le. Conform cu legea prghiei vom avea:

137

%;63,4010011,23,4

11,23 Le %;37,59

11,23,433,4

IICePe

- Aliajul IV cu 5,5% C este format din ledeburit i cementit primar :

%;37,491003,467,65,567,6

Le %.63,501003,467,6

3,45,5 ICe

Fig. 6.2. Schi a diagramei FeFe3C pentru calculul cantitilor constituenilor

6.1.3.5. Formarea structurii oelurilor carbon i a fontelor albe n diagrama FeFe3C

A. Formarea structurii oelurilorOelurile sunt aliaje ale Fe cu C, caracterizate prin plasticitate i avnd coninutul de

carbon la temperatura ambiant cuprins ntre 0,002% i 2,11% C. Sub concentraia de 0,002% C

se consider c exist fierul tehnic. Oelurile se pot prelucra bine prin deformare plastic la cald

i rece (forjare, laminare, ambutisare, ct i prin achiere).

ntruct transformarea alotropic de la temperaturi nalte care duce la formarea feritei nuinflueneaz structurile pe care oelurile le au la temperatura ambiant, diagrama cu transformare

peritectic poate fi neglijat i poate fi considerat diagrama FeFe3C simplificat (fig. 6.3).

La toate oelurile exist un interval de cristalizare primar cuprins ntre liniile lichidus i

138

solidus i toate au structura primar alctuit din austenit.

n raport cu punctul eutectoid S, oelurile se mpart n:

- oeluri hipoeutectoide cu un coninut cuprins ntre 0,002% C i pn la 0,77% C; care la

temperatur ambiant au structura format din ferit+cementit+perlit;

- oeluri eutectoide cu un coninut de 0,77% C, care au n structur numai perlit;

- oeluri hipereutectice cu un coninut cuprins ntre 0,77% C i 2,11% C, structura la

temperatura obinuit este format din perlit i cementit secundar.

Un oel cu un coninut de carbon cuprins ntre 0,002% i 0,0218% la temperatura curbei

GS se va gsi sub form de austenit, cnd la aceast temperatur ncepe transformarea alotropic

a austenitei n ferit i care se va termina la temperatura corespunztoare curbei GP. Ferita se

rcete pn la temperatura PQ, cnd se depune cementit teriar(CeIII) sub form de separridiscontinue, la limitele grunilor de ferit,.

Un oel hipoeutectoid cu 0,2% C, la rcire din domeniul austenitei pn la temperatura

curbei GS va ncepe transformarea alotropic a austenitei n ferit, cu scderea temperaturii,

compoziia i va termina transformarea la atingerea segmentului PS, astfel c la temperatura

ambiant constituenii vor fi ferit i perlit (ferit + cementit secundar fig. 6.3, b).Oelul eutectoid cu 0,77% C se va gsi n stare de austenit pn la 7270C cnd se va

produce transformarea eutectoid, austenita se va descompune ntr-un amestec mecanic de feriti cementit secundar i care formeaz un nou constituent numit perlit. Transformarea este zero

variant (v=0).

Un oel hipereutectoid (1,2% C) va fi n stare de austenit pn la temperatura la care seproduce intersecia ordonatei cu curba ES, cnd pe marginea grunilor de austenit ncepe

separarea cementitei secundare (CeII) sub form de reea. La atingerea segmentului SK seproduce transformarea eutectoid a austenitei n perlit. La temperatura ambiant acest oel vaavea structura format din perlit (perlit lamelar sau globular) i cementit secundar.

B. Formarea structurii fontelor albeFontele albe sunt aliaje ale Fe C, cu un coninut de carbon cuprins ntre 2,11% C i

6,67% C, ele sunt aliaje lipsite de plasticitate. Se numesc fonte albe pentru c ele sunt obinutedirect din rcirea aliajului de prim fuziune (obinute direct prin rcirea fontei obinute n furnal).

n raport cu punctul eutectic (C=4,3% C) fontele se mpart n:- fonta alb hipoeutectic cu un coninut de carbon cuprins ntre 2,11% i 4,3% C,

139

format la temperatura ordinar din perlit, cementit secundar i ledeburit (eutectic);

- fonta alb eutectic cu un coninut de 4,3% C, avnd ca i constituent ledeburita,

format din dou faze solide: austenita i cementita primar. La temperatur ambiant

constituentul este ledeburita transformat i cementita primar (Letr = Perlit + CeII + CeI);

Fig. 6.3. Diagrama Fe Fe3C: a diagrama simplificat; b diagrama constituenilor

O font alb hipoeutectic cu 3,5% C, pn la temperatura corespunztoare curbei

lichidus AC este n stare de lichid omogen. La aceast temperatur, din lichid ncepe cristalizarea

dendritelor de austenit, cu scderea temperaturii la 11480 C, corespunztor liniei EF, din lichidcristalizeaz simultan austenita de compoziie E i constituentul ledeburit (format din cementit

primar cu 6,67% C i austenit de compoziie 2,11% C).Cu scderea temperaturii din austenita primar i austenita din ledeburit se separ

cementita secundar. La 727C se produce transformarea eutectoid; austenita de compoziie S

(0,77% C) se transform n perlit (ferit i cementit secundar). Deci la temperatura ambiant

fonta alb hipoeutectic va avea n structur : perlit+CeII+Le tr..

Fonta alb eutectic cu 4,3% C pn la temperatura de 1148C este n stare de lichid

140

omogen. La aceast temperatur se produce transformarea eutectic: din lichid cristalizeaz

simultan austenita i cementita (CeI), adic amestecul mecanic numit ledeburit. Cu scderea

temperaturii din austenit, din ledeburit se precipit cementita secundar, iar cu scderea sub

727C, austenita cu 0,77% C va trece n perlit. Deci la temperatura mediului ambiant ledeburitava fi transformat, fiind format din perlit i cementit secundar.

O font alb hipereutectic cu 5,5% C pn la curba CD se gsete sub form de lichid

omogen. La temperatura corespunztoare curbei CD ncepe cristalizarea cementitei primare. Cuscderea temperaturii, compoziia lichidului ajunge la 4,3% C la 11480 C cnd se producetransformarea eutectic, cu formarea ledeburitei. Din austenit, din ledeburit cu scderea

temperaturii sub 7270 C se separ cementit secundar.La temperatura mediului ambiant structura fontelor hipereutectice va fi format din

cementit primar i ledeburit transformat cu aspect punctiform.

6.2. Transformri de faz n diagrama metastabil Fe Fe3C

Cele trei varieti alotropice ale fierului dau n diagrama de echilibru fazic Fe Fe3C trei

domenii corespunztoare soluiilor solide: Ferita de nalt temperatur ( - domeniul AHN);austenita () (domeniul NJESG) i ferita de joas temperatur ( - domeniul GPQ).

Prezena carbonului dizolvat scindeaz temperatura transformrilor n dou temperaturi

distincte: de nceput i de sfrit de recristalizare fazic : transformarea se produce ntreliniile NH i NJ ale diagramei, iar transformarea se produce ntre liniile GS i GP alediagramei i o transformare eutectic n punctul C. Toate aceste transformri se produc prin

reacii ntre diferite faze sau prin descompunerea altora.

6.2.1. Reacii care au loc n domeniul oelurilor

n regiunea oelurilor diagrama de echilibru, conine dou orizontale corespunztoare unorreacii zerovariante: orizontala HJB corespunztoare reaciei peritectice i orizontala PSK

corespunztoare reaciei eutectoide.

a) Reacia peritectic (fig. 6.4) se produce la temperatura de 1495C n oelurile cuconinutul de carbon cuprins ntre 0,1 i 0,5% i are expresia:

141

0,09+L0,50,16 (6.3)Interpretnd reacia peritectic n sensul descompunerii austenitei la nclzire, se constat

c punctul cu reacie peritectic total (punctul J din diagrama de echilibru fazic) rezult din

interferena a dou fenomene :

(a) - ridicarea temperaturii transformrii alotropice la creterea coninutului decarbon (linia NJ a diagramei de echilibru fazic);

(b) - micorarea solubilitii carbonului n austenit la ridicarea temperaturii (linia EJa diagramei de echilibru fazic).

Ca urmare, la intersecia celor dou curbe n punctul J (0,16% C, 14950 C) fierul esteincapabil s dizolve n continuare coninutul de carbon care i-ar fi necesar pentru mpiedicarea

transformrii sale alotropice n fier i n lichid conform reaciei amintite.Transformrile peritectice (de temperaturi nalte) care implic participarea feritei sunt

neglijate, deoarece la temperaturi mai joase (sub 13000 C) nu mai este implicat, considerndu-sec oelurile au o structur primar constituit din austenit.

Fig. 6.4. Regiunea reaciei peritectice

Prezena feritei este important n explicarea structurii i proprietilor oelurilor naltaliate din categoria oelurilor feritice. Aceste oeluri conin cantiti importante de elemente de

aliere cu aciune feritogen. Elementele Cr, Si, Al, Mo, W, V, P, Sn, coboar temperatura

transformrii alotropice A4 i ridic temperatura transformrii alotropice A3, lrgind n acest mod

domeniul de existen al soluiilor solide cu reea C.V.C. (ferita i ferita ) i ngustnddomeniul existenei soluiei cu reea C.F.C. (austenita ).

142

b) Reacia eutectoidCu excepia oelurilor feritice, toate oelurile au la temperaturi nalte o constituie integral

austenitic. Ca urmare a depresiunii punctului de transformare alotropic A3, produs de prezena

carbonului austenita i menine stabilitatea la temperaturi din ce mai joase pe msur ce

coninutul de carbon crete (linia GS a diagramei de echilibru fazic fig. 6.5).Sub temperaturile indicate de linia GS a diagramei de echilibru, austenita sufer

fenomenul de recristalizare fazic, transformndu-se n ferit. Punctul S (0,77% C, 727C)reprezint temperatura minim de stabilitate a austenitei n condiii de echilibru. Peste acest punct

depresiunea temperaturii de transformare alotropic nu se mai produce, ca urmare aimposibilitii dizolvrii n continuare a carbonului necesar n acest scop.

Fig. 6.5. Regiunea reaciei eutectoide

Se observ, n diagram c punctul S se afl la intersecia liniei GS de nceput de

recristalizare fazic a austenitei, cu linia ES de saturaie n carbon a austenitei. Ca urmare, npunctul S austenita sufer o descompunere constnd dintr-o transformare prin recristalizare fazic

n ferit saturat, concomitent cu o precipitare a excesului de carbon sub form de cementit

(numit cementit secundar). Aceast transformare constituie o descompunere eutectoid

exprimat prin reacia:

0,77 C7270 (0,0218+Ce II 2,11) (6.4)6.2.2. Reacii care au loc n domeniul fontelor albe

Reacia eutectic

n domeniul fontelor are loc reacia eutectic, ea avnd loc la temperatura orizontalei ECF

din diagrama de echilibru (fig. 6.6).

143

Fig. 6.6. Regiunea reaciei eutectice

Reacia eutectic se exprim prin relaia:

L4,3 C01148 (2,11+CeI6,67) (6.4)Eutecticul rezultat se numete ledeburit (Le). Aliajul de compoziia punctului C din

diagram reprezint o font eutectic, a crei solidificare se produce n totalitate prin reacie

eutectic; ca urmare aceast font are temperatura de topire cea mai sczut dintre toate aliajelesistemului FeFe3C. Fontele albe cu coninut de carbon situate ntre punctele E i C alediagramei, i ncep solidificarea la temperaturi mai nalte (indicate de linia lichidus BC) cu

formarea de cristale de austenit i i sfresc solidificarea prin reacie eutectic. Fontele cu

coninut de carbon situat ntre punctele C i F ale diagramei, i ncep solidificarea la temperaturi

care urc rapid cu coninutul de carbon (temperaturi indicate de linia lichidus CD), cu formarea

de cristale de cementit primar, iar sfritul solidificrii se produce i n acest caz prin reaciaeutectic.

La rcire ntre temperatura eutectic (1148C) i temperatura eutectoid (727C)

coninutul de carbon ale austenitei scade de la 2,11% la 0,77%; excesul de carbon precipit ca

cementit secundar care nu se separ n formaiuni distincte ci se contopete cu cementita

eutectic. Ca urmare a acestor transformri n stare solid, la temperatura eutectoid ledeburita

conine mai mult cementit i mai puin austenit. Aceast ledeburit cu proporii i compoziie

modificat a fazelor se numete ledeburit transformat (LetrI).La temperatura eutectoid (727C) austenita cu 0,77% C se transform n perlit. Ca

urmare a acestei transformri ledeburita sufer o nou modificare i ca atare este numit

ledeburit transformat (LetrII).

144

Datorit temperaturii nalte de formare din topitur, ledeburita are o microstructur grob

i cu puternic tendin de disociere a fazelor eutecticului (fig. 6.7).

Fig. 6.7. Microstructura unei fonte albe (2,96% C) ledeburit transformat, cementit secundar,perlit

ntrebri de autoevaluare

1. Care sunt aliajele Fe-C?2. n ce tip de diagram sunt reprezentate oelurile i fontele albe?

3.Care sunt liniile importante n diagrama Fe-Fe3C? Dar punctele caracteristice?4. Care sunt constituenii diagrama Fe-Fe3C? Dai definiie i principalele proprieti.

5.Ce reprezint diagrama constituenilor i la ce folosete?

6. Cum se formeaz structura unui oel hipereutectoid la rcire din faza lichid pn la

temperatura ambiant? Dar a unui oel eutectoid?

7. Cum se foermeaz structura unei fonte albe hipoeutectice la rcire din faza lichid pn

la temperature ambiant?

8. Ce reprezint transformarea peritectic? Scriei relaia.

9. Ce reprezint transformarea eutectoid? Scriei relaia.

10. Ce reprezint transformarea eutectic? Scriei relaia.

11. Desenai diagrama Fe-Fe3C i reprezentai pe diagram constituenii.

145

RezumatOelurile i fontele sunt aliaje ale fierului cu carbonul, ele se regsesc n diagrama de

echilibru Fe-C. Diagrama Fe-C este o diaagram complex. n funcie de modul de legare acarbonului aceast diagram apare sub dou forme: o diagram fier-cementit carbonul seregsete sub form de compus chimic, numindu-se i diagram de echilibru metastabil trasat culinii continui i ntrerupte groase i o diagram fier-grafit trasat cu linii ntrerupte subiri,

carbonul regsindu-se n stare liber cristalizat sub form de grafit (sistem cristalin hexagonal

multistrtificat).n diagrama de echilibru fier cementit (Fe Fe3C) de la 0,0022,11 %C sunt

reprezentate oelurile cu constituenii i transformrile de faz n echilibru care apar n structura

lor la nclzirei rcire de la temperatura mediului ambiant pn n stare lichid, iar de la

2,116,67 % C fontele albe cu constituenii i transformrile de faze n echilibru la nclzire ircire.

Constituenii care apar n structura oelurilor sunt n funcie de concentraia n carbon i

temperatura la care se consider aliajul la un moment dat. n domeniul oelurilor se ntlnesc

urmtorii constitueni: ferita de joas temperatur (), perlita (Pe), cementita secundar (CeII),austenita (), i ferita de nalt temperatur (). n domeniul fontelor albe apar constituenii:perlit, cementit secundar, ledeburit (Le), cementit primar (CeI) i austenit.

Deasupra liniei lichidus (ABCD) toate aliajele din diagram se regsesc n faz lichid,iar

sub lina solidus (AHJECFD) n faz solid. ntre cele dou curbe aliajele Fe Fe3C sunt n sterebifazic: o faz solid i o faz lichid.

Diagrama constituenilor permite calculul procentual al fiecrui constituent dintr-un aliajconsiderat n diagrama Fe Fe3C.

n diagrama Fe Fe3C se pot urmri formarea structurii oricrui tip de aliaj Fe Creprezentat de concentraia de carbon aferent.

Constituenii prezeni n structura oelurilor i fontelor albe au anumite proprieti

mecanice i tehnologice n funcie de concentraia de carbon i temperatura la care se regsesc,

proprieti care se transfer oelului sau fontei. Proprietile mecanice cele mai mult influenate

de structur sunt duritatea, alungirea, fragilitatea, rezistena mecanic la rupere, plasticitatea, iar

dintre cele tehnologice forjabilitatea, ambutisarea, turnabilitatea, sudabilitatea, achiabilitatea.

146

Temperaturile i concentraiile importante de reinut sunt cele care conduc la transformri

de structur n stare solid n special n cazul oelurilor. Transformrile care au loc n domeniul

oelurilor sunt transformarea peritectic (1495oC i 0,16% C) i transformarea eutectoid (727 oCi 0,77 C), iar n domeniul fontelor albe transformarea eutectic. De menionat c aceste

transformri au loc la viteze de rciri i nclziri mici ( rciri i nclziri lente). Cea mai

important transformare este transformarea eutectoid din domeniul o din domeniulelurilor, ea

constituind baza tratamentelor termice ale oelurilor.

Bibliografie1. Moga Ioan - tiina i Ingineria Materialelor, Curs, Atelierul de multiplicat alUniversitii din Oradea, 297pg., 20052. Carp V., Ungur P. - Studiul Materialelor, E.D.P., Bucureti, 2003.3.Colan, H.,.a. - Studiul metalelor, E.D.P., Bucureti, 1983.4.Gdea, S., Petrescu,M. - Metalurgie fizic i studiul materialelor, vol. II, E.D.P.,Bucureti, 1981.