Otázka: Tepelné zpracování
Předmět: Strojírenská technologie
Přidal(a): David Veselík
Všechny kovy jsou složeny z krystalů, jejich uspořádání říkáme struktura. Základům strukturálním prvkem krystalických látek jsou atomy, které jsou uspořádány podle přesné krystalické mřížky.
Vlastnosti oceli jsou dány převážně obsahem. Vlastnosti se však dají ve velkém (počtu) rozsahu měnit tepelným zpracováním.
Tepelné uspořádání má 3 stádia:
- 1) Ohřev
- 2) prodleva
- 3) ochlazení
Zahřívání oceli do 723 stupňů C:
- Struktura oceli se skládá z jednotlivých krystalů. Při zahřívání až na teplotu 723 stupňů C jsou možné následující struktury:
- Částečka hmoty čistého Fe tvoří krychlový-prostorově středěný krystal, který se jmenuje ferit (Fe-Alfa)
- Jednotlivý krystal se skládá z devíti iontů Fe (atomů železa)
- Fe a C tvoří krystaly karbidu železa (Fe3C), které se nazývají cementit. Čím více uhlíku ocel obsahuje, tím větší je podíl Fe3C (cementitu) v ocelové struktuře.
- Krystaly feritu a cementitu tvoří směs (krystalovou směs), která se vyskytuje v lamelární (mnohonásobně) páskované formě. Tato směs se nazývá perlit.
Struktura – složení:
- Se stoupajícím obsahem C v ocelové struktuře se nacházejí pouze krystaly feritu a perlitu.
- Při obsahu 0,765 % uhlíku se všechny krystaly feritu smíchaly s krystaly cementitu. Mluvíme o eutektoidním složení s nejnižší teplotou přeměny ze všech slitin Fe s C. Má jemnější lamelární, stejnoměrnou strukturu, která se podobně jako perleť skládá ze samých jemně navrstvených pásečků (lamel), z perlitů. Střídá se vždy jedna vrstva krystalu Fe (feritu) S jednou vrstvou krystalů karbidu Fe cementitu)
- U struktury s více než 0,765 % C se vylučují nadbytečné krystaly karbidu Fe (cementitu), který nenachází žádné krystaly feritu k vytvoření perlitických zrn, nazývají se segregační karbidy. Struktura se skládá z perlitu a cementitu. Se stoupající obsahem C se stávají tyto segregační karbidy Fe stále častější a dosahují nejvyššího obsahu při 2,14 % C. Podle obsahu C, rozlišujeme podeutektoidní ocel (ferit a perlit) s méně než 0,765 % C, eutektoidní ocel (perlit) s obsahem 0,765 % C a nadeutektoidní ocel (perlit a cementit) s více než 0,765 % C.
Eutektikum
- Velmi jemná směs 2 nebo více krystalů, které jsou vzájemně v pevném stavu nerozpustné např. Fe a C, při kterém má směs nejnižší možný bod tání (eutektoidní bod, bod S).
- Eutektoid je např. ocel s obsahem 0,765 % C. P-S-K přímka v grafu je označována jako eutektoidní přímka. Slitiny vlevo a vpravo od bodu S se nazývají pod- popř. eutektoidní.
Zahřívání oceli nad 723 stupňů C:
- Při zahřívání ocelové struktury nad teploty 723 stupňů C dochází ve sktruktuře ke změnám. (Fe alfa se mění na Fe gama, Atomy C se uvolňují od krystalů Karbidu Fe a rozdělují se stejnoměrně mezi všechny krystaly. Prostorově středěná mřížka se mění na plošně středěnou.
- Současně se mění tvar krystalové mřížky. Ta se stává krychlově-plošně středěná se 14 ionty Fe. Tato struktura z tuhého roztoku se nazývá austenit. Při dalším zahřívání se krystalová zrna stále zvětšují – rostou.
Diagram
- vyjadřuje vzájemnou závislost teploty, chemického složení a druhu struktury.
Vzniká austenit – tuhý roztok C a Fe (gama)
- Různé struktury:
- Existuje-li čistě perlitická struktura s 0,765 % C, se přeměňují při teplotě 723 stupňů C všechna zrna do struktury austenitické. Je-li obsah C pod 0,765 % C, se přeměňuje do austenitické podoby pouze odpovídající podíl perlitu. Podíl feritu zůstává především jako krystaly Fe ve struktuře. Tak vzniká směs austenitu a feirit.
- Je-li obsah uhlíku nad 0,765, tvoří se kolem krystalů tvrdé síťoví segregačního karbidu Fe. Struktura se skládá ze směsi austenitu a cementitu. Všechna zrna (feritická resp. Cementit) se mění v austenit teprve při vyšších teplotách nad křivkami GSE-linií. V tomto teplotním rozsahu vzniká ocel s jednotnou strukturou austentických krystalů. Ta je odolná proti korozi, měkká, tvárná, nemagnetická.
Zpětná přeměna krystalů při pomalém ochlazování:
- Zpětně se vytváří původní struktura. Na GSK- křivce z plošně středěných krystalů (Fe-gama) opět prostorově středěné krystaly (Fe-alfa).
- V závislosti na obsahu C to mohou být zrna feritu, perlitu, nebo cementitu.
- Pod teplotou 723 stupňů se opět všechny atomy uhlíku uvolnily z plošně středěných mřížek austenitické struktury.
Zpětná přeměna krystalů při rychlém ochlazování:
- Potlačuje se tvoření perlitu (z austenitu). Probíhá sice přeměna formy z plošně středěné do prostorově středěné mřížky, přesto však atomy uhlíku jsou pevně uvězněny na svém místě, které zaujímaly ještě v austenitu.
- Protože je ale prostorově středěná mřížka objemově menší než plošně středěná mřížka, atomy uhlíku ji deformují, protože nemůže proběhnout difuze.
- Následkem tohoto zdeformování mřížky je vznik tvrdé, křehké, pevné a jehlovité struktury, která se nazývá martenzit. Výsledkem je zakalená ocel – kalení oceli.
