Ijzer-Koolstof Fasediagram uitgelegd: Belangrijke Inzichten voor Staal en Gietijzer

Ijzer-Koolstof Fasediagram

Het ijzer-koolstof fasediagram wordt breed gebruikt om de verschillende fasen van staal en gietijzer te begrijpen. Zowel staal als gietijzer zijn een mengsel van ijzer en koolstof. Beide legeringen bevatten ook een klein aantal sporelementen.

De grafiek is tamelijk complex, maar aangezien we onze verkenning beperken tot Fe3C, zullen we ons alleen richten tot 6,67 gewichtsprocent koolstof.

Dit ijzer-koolstof fasediagram is uitgezet met de koolstofconcentraties per gewicht op de X-as en de temperatuurschaal op de Y-as.

Fig. toont het Fe-C evenwichtsdiagram waarin diverse structuren (verkregen tijdens verwarmen en afkoelen), fasen, en microscopische bestanddelen van diverse soorten staal en gietijzer afgebeeld zijn. De hoofdstructuren, de betekenis van de verschillende lijnen en kritieke punten worden hieronder besproken.

Structuren in Fe-C-diagram

De belangrijkste microscopische bestanddelen van ijzer en staal zijn als volgt:

• Austeniet
• Ferriet
• Cementiet
• Perliet

1. Austeniet

Austeniet is een vaste oplossing van vrije koolstof (ferriet) en ijzer in gamma-ijzer. Bij verwarmen van het staal, na de bovenste kritische temperatuur, voltooit de vorming van de structuur tot austeniet, wat hard, duktil en niet-magnetisch is.

Het kan een grote hoeveelheid koolstof oplossen. Het ligt tussen de kritieke of transformatiebereiken tijdens verwarmen en afkoelen van staal. Het ontstaat wanneer staal koolstof bevat tot 1,8% bij 1130°C. Bij afkoeling onder 723°C begint het te transformeren in perliet en ferriet. Austenitische stalen kunnen niet gehard worden door gewone warmtebehandelingsmethoden en zijn niet-magnetisch.

2. Ferriet

Ferriet bevat zeer weinig of geen koolstof in ijzer. Het is de naam gegeven aan zuivere ijzerkristallen die zacht en duktil zijn. De langzame afkoeling van laag-koolstofstaal onder de kritieke temperatuur produceert een ferrietstructuur. Ferriet verhardt niet bij snelle afkoeling. Het is erg zacht en sterk magnetisch.

3. Cementiet

Cementiet is een chemische verbinding van koolstof met ijzer en bekend als ijzercarbide (Fe3C). Gietijzer met 6,67% koolstof bezit de complete structuur van cementiet. Vrije cementiet wordt gevonden in alle stalen met meer dan 0,83% koolstof. Het neemt toe met toenemend koolstofpercentage zoals weerspiegeld in het Fe-C evenwichtsdiagram. Het is extreem hard.

De hardheid en brosheid van gietijzer worden toegeschreven aan de aanwezigheid van cementiet. Het verlaagt de treksterkte. Dit ontstaat wanneer koolstof definite combinaties vormt met ijzer in vorm van ijzercarbiden die extreem hard van aard zijn. De brosheid en hardheid van gietijzer worden voornamelijk gecontroleerd door de aanwezigheid van cementiet. Het is magnetisch onder 200°C.

4. Perliet

Perliet is een eutectoïde legering van ferriet en cementiet. Het treedt met name op in medium- en laag-koolstofstalen in de vorm van een mechanisch mengsel van ferriet en cementiet in de verhouding 87:13. De hardheid neemt toe met de verhouding van perliet in ferro-materiaal.

Perliet is relatief sterk, hard en duktil, terwijl ferriet zwak, zacht en duktil is. Het is opgebouwd uit afwisselende lichte en donkere platen.

Deze lagen zijn afwisselend ferriet en cementiet. Wanneer bekeken met een microscoop, heeft het oppervlak een uiterlijk als een parel, vandaar de naam perliet. Harde stalen zijn mengsels van perliet en cementiet, zachte stalen zijn mengsels van ferriet en perliet.

Naarmate het koolstofgehalte stijgt boven 0,2%, daalt de temperatuur waarop ferriet voor het eerst uit austeniet wordt afgeschoten, totdat, bij of boven 0,8% koolstof, geen vrije ferriet meer wordt afgeschoten uit de austeniet. Dit staal heet eutectoïde staal, en het is een perlietstructuur in samenstelling.

Als ijzer met diverse % koolstof (tot 6%) verhit en afgekoeld wordt, zullen de volgende fasen die de lijnen vertegenwoordigen, vertellen over de structuur van ijzer, hoe het verandert.

Betekenis van Transformatielijnen

1. Lijn ABCD

De lijn ABCD geeft aan dat boven deze lijn smelting voltooid is tijdens verwarmen van het ijzer. Het vloeibare metaal is puur in de liquidusvorm. Onder deze lijn en boven lijn AHJECF is het metaal deels vast en deels vloeibaar.

Het vaste metaal is bekend als austeniet. Dus de lijn ABCD vertegenwoordigt temperaturen waarop smelting als voltooid wordt beschouwd. Boven deze lijn is het metaal volledig in vloeibare toestand. Het is geen horizontale lijn; de smelttemperatuur varieert met koolstofgehalte.

2. Lijn AHJECF

Deze lijn vertelt ons dat het metaal op deze temperatuur begint te smelten. Deze lijn is niet horizontaal en dus zullen de smelttemperaturen veranderen met koolstofgehalte. Onder deze lijn en boven lijn GSEC is het metaal in vaste vorm en heeft een austenietstructuur.

3. Lijn PSK

Deze lijn treedt op bij ongeveer 723°C en is een horizontale lijn en bekend als de lagere kritische temperatuurlijn, omdat de transformatie van staal begint op deze lijn. Koolstof% heeft geen invloed erop; staal met verschillende % koolstof transformeren op dezelfde temperatuur.

Het bereik boven de lijn tot GSE is bekend als het transformatiebereik. Deze lijn vertelt ons dat staal met koolstof tot 0,8% begint te transformeren van ferriet en perliet naar austeniet tijdens verwarmen.

4. Lijn ECF

Het is een lijn bij temperatuur 1130°C die aangeeft dat voor gietijzer met % C van 2% tot 4,3%. Onder deze lijn en boven lijn SK zal gietijzer austeniet + ledeburiet en cementiet + ledeburiet hebben.

Veelgestelde vragen

Wat is het ijzer-koolstofdiagram?

Het Fe-C diagram (ook wel ijzer-koolstof fasediagram of evenwichtsdiagram genoemd) is een grafische voorstelling van de respectieve microstructuurtoestanden van de legering ijzer-koolstof (Fe-C) afhankelijk van temperatuur en koolstofgehalte. Om dit diagram te verklaren, moet een inleiding over metaalstructuren en zuiver ijzer gedaan worden.

Hoe leest u een ijzer-koolstofdiagram?

Waarom heet het ijzer-koolstofdiagram evenwichtsdiagram?

Het ijzercarbide wordt de metastabiele fase genoemd. Daarom kan het ijzer-ijzercarbidediagram, hoewel het technisch metastabiele voorwaarden vertegenwoordigt, beschouwd worden als voorstellend voor evenwichtsveranderingen, onder voorwaarden van relatief langzaam verwarmen en afkoelen.

Wat zijn de fasen in het ijzer-koolstof fasediagram?

Voor het ijzer-koolstof fasediagram zijn de fasenvelden van belang: ferriet, cementiet, austeniet, ferriet + cementiet, ferriet + austeniet, en austeniet + cementiet fasenvelden.

Wat is het koolstof evenwichtsdiagram?

Het ijzer-koolstof evenwichtsdiagram (ook wel ijzer-koolstof fasediagram genoemd) is een grafische voorstelling van de respectieve microstructuurtoestanden van de legering ijzer-koolstof (Fe-C) afhankelijk van temperatuur en koolstofgehalte.

Wat is het percentage koolstof in eutectoïde staal?

Staal met 0,8% C wordt eutectoïde staal genoemd. Het evenwichtsmicrostructuur van eutectoïde staal verkregen bij kamertemperatuur is perliet.

Wat is zacht staal (mild steel)?

Zacht staal is een ferrometaal gemaakt van ijzer en koolstof. Het is een laaggeprijs materiaal met eigenschappen die geschikt zijn voor de meeste algemene ingenieursapplicaties. Laag-koolstof zacht staal heeft goede magnetische eigenschappen door het hoge ijzergehalte; het is daarom gedefinieerd als 'ferromagnetisch'.

Waaruit bestaat staal?

staal, legering van ijzer en koolstof waarin het koolstofgehalte loopt tot 2 procent (bij hoger koolstofgehalte wordt het materiaal gedefinieerd als gietijzer). Het is verreweg het meest gebruikte materiaal voor de wereldinfrastructuur en industrieën, gebruikt om alles te fabriceren van naalden tot olietankers.

Wat is de betekenis van A0 temperatuur in het ijzer-ijzercarbidediagram?

De A1 lijn is de eutectoïde-temperatuurlijn en is de laagste temperatuur waarop f.c.c. ijzer kan bestaan onder evenwichtsvoorwaarden. Net boven de A1 lijn bestaat de microstructuur uit ongeveer 25 procent austeniet en 75 procent ferriet.

Wat is kritische temperatuur in het ijzer-koolstofdiagram?

Dus is het de temperatuur corresponderend met gamma + alpha/gamma fasengrens voor hypo-eutectoïde staal en is een functie van het koolstofgehalte van het staal, afnemend van 910 graden C bij 0% C tot 727 graden C bij 0,76% C. Het wordt ook de bovenste kritische temperatuur van hypo-eutectoïde stalen genoemd.

Wat is eutectoïde temperatuur in het ijzer-koolstofdiagram?

De eutectoïde reactie beschrijft de fasetransformatie van één vast in twee verschillende vasten. In het Fe-C systeem is er een eutectoïde punt bij ongeveer 0,8 wt% C, 723°C. De fase net boven de eutectoïde temperatuur voor gewone koolstofstalen is bekend als austeniet of gamma.

Wat is het belang van het ijzer-koolstofdiagram?

Het ijzer-koolstof fasediagram wordt breed gebruikt om de verschillende fasen van staal en gietijzer te begrijpen. Zowel staal als gietijzer zijn een mengsel van ijzer en koolstof. Ook bevatten beide legeringen een kleine hoeveelheid sporelementen.

Is koolstof een FCC?

Koolstof is meer oplosbaar in de FCC-fase, die gebied 'γ' op het fasediagram bezit, dan in de BCC-fase. Het percentage koolstof bepaalt het type ijzerlegering dat gevormd wordt bij afkoeling van de FCC-fase, of van vloeibaar ijzer: alpha-ijzer, koolstofstaal (perliet), of gietijzer.

Hoe weet u of het BCC of FCC is?

Het meest directe verschil tussen FCC en BCC kristallen zit in de atoomrangschikking. De vlakgecentreerde kubieke structuur heeft een atoom op alle 8 hoekposities, en in het midden van alle 6 vlakken. De lichaamgecentreerde kubieke structuur heeft een atoom op alle 8 hoekposities, en nog een in het midden van de kubus.

Is staal BCC of FCC?

De alfa-fase heet ferriet. Ferriet is een veelvoorkomende bestanddeel in stalen en heeft een Lichaamgecentreerde Kubieke (BCC) structuur [wat minder dicht gepakt is dan FCC].

Wat is het ijzer-koolstof evenwicht?

Onder evenwichtsvoorwaarden zal pro-eutectoïde ferriet vormen in ijzer-koolstoflegeringen met tot 0,8% koolstof. De reactie vindt plaats bij 910°C in zuiver ijzer, maar treedt op tussen 910°C en 723°C in ijzer-koolstoflegeringen.

Wat is perliet in het ijzer-koolstofdiagram?

Perliet is het eutectoïde mengsel van cementiet en ferriet. Ijzer-koolstof evenwichtsdiagram: Het fasediagram van Fe-Fe3C is geen waar evenwicht omdat het ijzercarbide een onstabiele fase is die na verlengde warmtebehandeling uiteenvalt in ijzer en koolstof (de grafietvorm).

Wat is ferriet in het ijzer-koolstofdiagram?

Ferriet is bekend als α vaste oplossing. Het is een interstitiële vaste oplossing van een kleine hoeveelheid koolstof opgelost in α (BCC) ijzer. De maximale oplosbaarheid is 0,025% C bij 723°C en het lost slechts 0,008% C op bij kamertemperatuur. Het is de zachtste structuur die op het diagram voorkomt.

Wat is de bijna zuivere ijzerfase?

Zuiver ijzer (α-ijzer, of 'ferriet') ondergaat een verandering in kristalstructuur bij verwarmen boven 910°C, vormend γ-ijzer, of 'austeniet'.

Waarom is ACM lijn steiler dan A3 lijn?

Acm lijn is veel steiler dan A3 lijn, wat hoewel betekent dat de hoeveelheid pro-eutectoïde cementiet in commerciële stalen erg klein is, betekent ook dat verwarmen tot te hoge temperaturen gedaan moet worden om deze cementiet op te lossen voor complete homogenisatie van austeniet.