Lucr.6 Metalogr Otel

7/21/2019 Lucr.6 Metalogr Otel

1/9

Studiul metalografic al oelurilor carbon i al fontelor albe

51

L U C R A R E A N R . 6

S T U D I U L M E T A L O G R A F I C A LO E L U R I L O R C A R B O N I A L

F O N T E L O R A L B E . S T R U C T U R ID E E C H I L I B R U

Studiul structurilor de echilibru pentru aliajele unui sistem dealiaje, inclusiv pentru aliajele sistemului fier-carbon se face n bazadiagramei de echilibru (fig. 6.1).

6.1. Structuri de echilibru n oeluri carbon

Oelurile carbon sunt aliaje ale fierului cu carbonul,coninutul maxim n carbon admis fiind de 2,14% C.

Fig. 6.1. Diagrama de echilibru termodinamic Fe-C (Fe-Fe3C-sistemmetastabil i Fe-Cgr-sistem stabil)


2/9

Lucrri de laborator

52

n funcie de temperatur, fierul adoptuna din urmtoarelestri alotropice: Fe, pn la 912

oC; Fe, ntre 912o i 1394oC i

Fe, ntre 1394o i 1539oC. n strile alotropice i fierulcristalizeazn sistemul cubic, reea cubiccu volum centrat, CVC.n starea alotropic fierul cristalizeaz n sistemul cubic, reeacubiccu fee centrate, CFC.

Carbonul poate forma cu fierul soluii solide, caz n careocup poziii interstiiale la nivelul reelei de cristalizare a fierului,(, sau ), sau compui chimici(Fe3C la 6,67% C etc.).

Ferita delta, F, (exist la temperaturi mai mari de 1394oC)

este o soluie solid a carbonului dizolvat n Fe(fier delta).Cristalizeazn reea cubiccu volum centrat; este nemagneticipoate dizolva maximum 0,09% C la 1495oC. Se formeaz prin

transformare primar, din lichid, duplinia AB (fig. 6.1).Austenita, F, este soluia solid a carbonului n fierul (Fe ) i cristalizeazn sistemul cubic cu fee centrate. Provine dintransformarea primar a soluiei lichide, pe linia BC, printransformare peritectic, dup izoterma HJB de la 1495oC, sau carezultat al transformrii alotropice a feritei delta n intervalul detemperaturi 1495-1394oC. Austenita fiind cristalizatn reea CFC.are mai multe sisteme de alunecare i este cea mai plasticfazaaliajelor Fe-Fe3C. Poate dizolva maximum 2,11% C la temperaturade 1148oC.

La temperatura de 727oC, indiferent de coninutul n carbonal aliajului (oel sau font), austenita ajunge la un coninut n

carbon de 0,77% i poate suporta larcire ulterioar o transformare de tipeutectoid. n oelurile carbon i n fonteleobinuite n condiii de echilibru,austenita nu poate exista dect latemperaturi mai mari de 727oC, iar laaliajele fierului cu carbonul aliate cuelemente gamagene (Ni, Mn, Pt, etc),domeniul de stabilitate al austenitei seextinde chiar i sub temperaturamediului ambiant.

Microscopic, austenita apare sub formde gruni poliedricide culoare albuor geometrizai (fig. 6.2).

Ferita (ferit alfa-F i ferit delta-F) reprezint o soluiesolidde interstiie a carbonului dizolvat n fier cristalizat n reeaCVC. Ferita existent la temperaturi mai mari de 1394oC este

Fig. 6.2. Gruni de austenit(300:1)


3/9


53

cunoscutsub denumirea de ferit; ea este nemagnetici poatedizolva maximum 0,09% C la temperatura de 1495oC. Ferita care

exist la temperaturi mai mici de 912oC este cunoscut subdenumirea de ferit ; ea este magnetic sub temperaturi de770oC (punctul Curie al fierului) i dizolvmaximum 0,0218% C latemperatura de 727oC.

Cele dou ferite reprezintuna i aceeai faz, deosebindu-sentre ele doar prin parametrul reeleicristaline care este mai mare la ferita. Ferita delta se obine direct dinsoluia lichid, iar ferita alfa se obineprin transformarea alotropic, la

rcire, a fierului gama. Latemperatura ambiant ferita dizolv o cantitate foarte mic decarbon, de maximum 0,002%C.Proprietile feritei sunt foarte apropiate de cele ale fierului pur(Rm=30daN/mm

2; KCU=20daJ/cm2; HB=80daN/mm2; A=40% iZ=70%). Aceste proprieti confer oelurilor hipoeutectoideplasticitate i tenacitate ridicat. La microscopul optic, n urmaatacului cu nital ferita apare sub formde gruni poliedrici sau nreea, de culoare alb. Ferita alfa reprezint constituentulpredominant n structura oelurilor cu max. 0,4% C (fig. 6.3). noelurile cu 0,40,6% C ferita formeaz o reea grosolan i

sinuas, iar n oelurile cu 0,60,7% C o reea fin (fig. 6.4). noelurile cu 0,70,8% C ferita alfa captun aspect insular.Observaii:

-la atac prelungit cu nital ferita secoloreaz(nuane nchise).

Cementita (Ce) reprezintcompusul chimic format ntre fier icarbon, care corespunde formuleiFe3C i care conine 6,67% C i93,33% Fe. n funcie de modul deformare, cementita poate fi:

cementit primar (CeI) care

solidific din topitur dupsegmentul CD al liniei lichidus;

cementit secundar (CeII)care se formeaz din austenit dup linia ES care

Fig. 6.3. Oel cu 0,3-0,4%C.Structur: ferit+perlit(100:1)

Fig. 6.4. Oel cu 0,52-0,57%C.Structur: feritn reea i perlit

(500:1)


4/9

Lucrri de laborator

54

marcheazmicorarea solubilitii carbonului n fier de la2,06% C (1148oC) la 0,77% C (727oC);

cementit teriar(CeIII) care se separdin ferita alfa duplinia de variaie a solubilitii carbonului n fierul de la0,0218% C (727oC) la 0,002% C (20oC).Toate cele trei tipuri de cementit cristalizeaz n sistem

ortorombic, au aceeai compoziie chimic deosebindu-se doarprin gradul de dispersie (CeIfiind cea mai grosolan, iar CeIII fiindcea mai fin).

n aliajele Fe-Fe3C cementita se poate afla att n stareliberct i alturi de alte faze, n amestecuri mecanice.

La rcire, sub temperatura de 210oC (punctul Curie alcementitei), aceasta devine feromagnetic. Cementita este faza

cea mai dur (HB=750daN/mm

2

), cu rezisten mecanic redus(Rm=4daN/mm2) deci este cea mai fragil (imprim oelurilor

fragilitate). La microscop ea apare sub form de cmp, ace sau

reea de culoare alb, dup un atac cu nital, sau de culoarealbastr, dacatacul se face cu picrat de natriu (fig. 6.5).

Perlita(P) este un amestec mecanic bifazic format n urmadescompunerii totale a austenitei la temperatura de 727oC (reacieeutectoid) n feriti cementit:

77,067,6II0218,077,0 PCeFA =+ (6.1)Perlita se afl n echilibru numai la temperaturi de 727oC;

aliajul Fe-C cu 0,77%C conine 100% P i este de tip eutectoid.Proprietile mecanice ale perlitei au valori intermediare ntre eleale feritei i cementitei: HB=205 daN/mm2; Rm=85 daN/mm

2;A=15%; KCU=36 daJ/cm2. La microscop n urma atacului cu

Fig. 6.5. Oel carbon hipereutectoid, cu1,1%C. Structur: perlit+CeIIn reea

(250:1)

Fig. 6.6. Oel cu 0,8%C.Structur:perlitlamelar

(500:1)


5/9


55

nital, perlita apare sub forma unor insule ntunecate; la puteri demrire de peste 300:1 se poate distinge aspectul lamelar sau

globular al acesteia (fig. 6.6).n concluzie, la temperatura ordinar, n funcie de coninutul

n carbon, oelurile pot fi: oeluri hipoeutectoide, cu un coninut n carbon de pn la

0,77%. Structura oelurilor hipoeutectoide poate fi formatdin feriti perlit;

oeluri eutectoide, cu un coninut n carbon de 0,77% i custructurperlitic;

oeluri hipereutectoide, cu un coninut n carbon de0,772,14% carbon i cu structurperlito-cementitic.Obs.

- la microscop att ferita liber ct i cementita liber n urmaatacului cu nital sau picral, sunt de culoare alb. Pentru a lediferenia se recurge la un atac difereniat cu picrat de sodiu, atacn urma cruia cementita se coloreazn albastru.

6.2. Structuri de echilibru n fonte albe

Fontele sunt aliaje ale fierului cu carbonul n care coninutuln carbon este cuprins ntre 2,14% i 6,67%.

n funcie de modul de existenal carbonului, fontele pot fi: fonte albe, cnd ntregul coninut de carbon se afl legat

chimic sub formde carburde fier, Fe3C;

fonte cenuii, cnd o parte a carbonului se afl n starelibersub formde grafit, iar restul sub formde cementitn amestec mecanic cu ferita (perlit);

fonte pestrie, cnd n structur exist grafit pe lngcementitliber.Studiul structurilor de echilibru ale fontelor albe se face n

baza diagramei de echilibru fier-carbon, sistemul metastabil Fe-Fe3C (fig. 6.1).

Factorii care favorizeazobinerea fontelor albe sunt: vitezade rcire mare; coninuturi ridicate de Mn, Cr, S; coninutul sczutn siliciu, etc.

n funcie de coninutul n carbon, fontele albe se mpart n

trei grupe: fonte hipoeutectice, (2,144,3% C), cu structura formatdin

urmtorii constitueni: perlit (amestec mecanic sub formde eutectoid dispus sub form de insule), cementit


6/9

Lucrri de laborator

56

secundar, (zone albe), i ledeburit( amestec mecanic detip eutectic dispus sub forma unor zone punctate), (fig. 6.7).

fonte eutectice (4,3% C), cu structura format numai dinledeburit.Ledeburita (Le) reprezint eutecticul aliajelor Fe-Fe3C. n

funcie de temperatura la care se formeazea poate fi: ledeburitprimari ledeburitsecundar.

Ledeburita primar (LeI) este un amestec mecanic bifazicformat prin descompunerea soluiei lichide, conform reacieieutectice:

3,4I67,6I11,23,4 LeCeAL =+ (6.2)Ledeburita secundar(LeII) este un amestec mecanic format

prin descompunerea austenitei din LeI n ferit i cementit

secundar. Deci ledeburita secundareste compusdin perliticementitprimar. Aliajul Fe-C cu 4,3% C conine 100% ledeburiti este de tip eutectic.

Ledeburita este un constituent structural dur i fragil, cuturnabilitate bun. Deoarece provine dintr-o transformare primar,ledeburita prezinto structurmai grosolandect cea a perlitei.La microscop, apare sub formde insule mici de perlitdispuse peun fond alb de cementit. (fig. 6.8).

fonte hipereutectice, (4,36,67% C), cu structur deechilibru format din ledeburit i cementit primar (fig.

6.9).Cementita primar cristaliznd direct din lichid are

posibilitatea s se dezvolte sub forma unor fii albe ce strbatcmpul de ledeburit.

Fig. 6.7. Fontalbcu ~3%C. Structur:dendrite de perlit, ledeburiti carburi

(100:1)

Fig. 6.8. Fontalbcu 4,3%C.Structur: ledeburit(100:1)


7/9


57

Relativ la proprietile mecanice ale fontelor albe, prezenacementitei n cantitate mare determin o cretere important a

duritii i fragilitii ceea ce limiteaz foarte mult domeniile deutilizare ale acestor grupe de fonte: piese cu suprafa dur,semifabricate turnate supuse ulterior unui tratament termic demaleabilizare, etc.

6.3. Aparaturi materiale

n cadrul lucrrii practice se utilizeaz:-microscoape metalografice optice cu puteri de mrire100:1300:1;-eantioane din oeluri carbon (fig. 6.11fig. 6.20) cu structuri de

echilibru i din fonte albe, pregtite metalografic (lustruite iatacate chimic).

Fig. 6.9. Fontalbcu ~5%C.Structur: cristale primare,albe de

cementit; ledeburit(100:1)

Fig. 6.10. Fontpestri(100:1)

Fig. 6.13. OSC 8Perlitlamelar

500:1

Fig. 6.12. OLC 60Perlit+Ferit

500:1

Fig. 6.11. OLC 15Ferit+Perlit

250:1


8/9

Lucrri de laborator

58

6.4. Modul de lucru

Se vor studia la microscopul metalografic optic eantioaneledin oel carbon i fonte albe i se va identifica grupa creia iaparine eantionul.

6.5. Rezultate i concluzii

Se va reda grafic structura vizat la microscop i se vorindica constituenii metalografici existeni n fiecare prob.

Fig. 6.14. OSC 11Perlit+CeII

500:1

Fig. 6.15. OSC 11Perlit+CeII

1000:1(Atac cu picrat de sodiu)

Fig. 6.16.Perlit+CeII+Le

250:1

Fig. 6.17. OLC 10deformat la rece i

recristalizat 1h la 1000C100:1

Fig. 6.18. OLC 50 deformat plastic la cald100:1


9/9


59

Fig. 6.20. OLC 45structurn benzi

100:1

Fig. 6.19. OLC 50 turnat100:1

Lucr.6 Metalogr Otel

Documents

Transcript of Lucr.6 Metalogr Otel