MECHANIKA, 46
ANDRZEJ BYLICA
WPŁYW KRZEMU I MANGANU URAZ SZYRKUŚGI GRZANIA I CHŁUDZENIA NA TEMPERATURY PRZEMIANY A,
W ŻELIWIE SFERUIUALNYM
P O L I T E C H N I K A Ś L Ą S K A
ZESZYT NAUKOWY Nr 329 - GLIWICE 1972
POLITECHNIKA ŚLĄSKA
ZESZYTY N A U K O W E Nr 329
ANDRZEJ BYLICA
WPŁYW KRZEMU I MANGANU ORAZ SZYBKOŚCI GRZANIA I CHŁODZENIA NA TEMPERATURY PRZEMIANY Ai
W ŻELIWIE SFEROIDALNYM
PRACA HABILITACYJNA Nr 113
Data otw arcia p r z e w o d u h ab ilitacyjn ego 22. II. 1972 r.
G L I W I C E 1 9 7 2
REDAKTOR NACZELNY ZESZYTÓW NAUKOWYCH POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ
I w o P olio
REDAKTOR DZIAŁU J a n A d a m c z y k
SEKRETARZ REDAKCJI
W i t o l d G u ż k o w s k i
Dział W ydawnictw Politechniki Śląskiej Gliwice, ul. Kujawska 2
N a k ł . 5 0 + 1 7 5 A r k . w y d . 5 A r k . d r a k . 5,61 P a p i e r o f f s e t o w y k l . 111,70X 100, 8u g O d d a n o d o d r u k u 7. 2.1972 P o d p i s , d o d r u k u 19. 5.1972 D r u k u k o ń c z o n o w m a j u 1972
Z a m . 245 3 2. 1972 R-23 C e n a z ł 7,—
Skład, fotokopie, druk i oprawę
wykonano w Zakładzie Graficznym Politechniki Śląskiej w Gliwicach
SPIS TREŚCI
S t r .
1. W s t ę p ... 5
2 . P rz e g lą d p i ś m i e n n i c t w a ... 7
2 . 1 . Wykresy równowagi f a z ... 7
2 . 2 . przem ian a A1 w s t a l i i ż e l i w i e ... 15
2 . 2 . 1 . P rzem ian a A , ... 18
c1 2 . 2 . 2 . P rzem ian a A Ą ... 24
r i 2 . 2 . 3 . Rozpad c e m e n ty tu ... 31
3« B adania w łasn e ... 36
3 .1 . C el i z a k r e s b a d a ń ... 36
3 .2 . W arunki przep ro w ad zo n y ch d o św iad czeń o ra z w y n ik i b a d a ń . 39 4 . Omówienie wyników badań ... 46
4 . 1 . Omówienie wyników b ad a ń te m p e r a tu r y p o c z ą tk u g r a f i t y z a - c j i ż e liw a s f e r o i d a l n e g o ... 46
4 . 2 . Omówienie wyników badań te m p e r a tu r przem iany A1 w ż e l i wie s f e r o i d a l n y m ... 49
5 . W n i o s k i ... 79
Wykaz l i t e r a t u r y ... 82
*5
1 . wsTęp
Rozwój k rajo w eg o p rz e m y słu budowy maszyn i u rz ą d z e ń te c h n ic z n y c h wymaga sto s o w a n ia w c o ra z szerszy m z a k r e s i e w y sokojakościow ych g a tu n ków ż e liw a , do k tó ry c h w pierw szym r z ę d z i e n a le ż y z a l i c z y ć ż e liw o s f e - r o i d a l n e . W z ra s ta ją c y u d z i a ł w ysokojakościow ych gatunków te g o tw o rzy wa w św ia to w e j p r o d u k c ji odlewów j e s t w ynikiem w ysokich w ła s n o ś c i wy
trz y m a ło ś c io w y c h o ra z k o rz y s tn y c h w ła ś c iw o ś c i fiz y c z n y c h ,c h e m ic z n y c h i te c h n o lo g ic z n y c h [ i - 3 j* S z e ro k ie z a s to s o w a n ie ż e liw a s f e r o id a ln e g o w ynika ta k ż e ze względów n a tu r y ekonom icznej [4 - 5 ] . W rozw oju te c h n o l o g i i p r o d u k c ji ż e liw a s f e r o id a ln e g o d o n io s łe z n a c z e n ie p o s ia d a z a g a d n ie n ie po d w y ższen ia w ła s n o ś c i odlewów na dro d ze o b ró b k i c i e p l n e j . D la te g o t e ż w w ię k s z o ś c i p rz o d u ją c y c h zakładów przem ysłow ych obróbka c i e p l n a ż e liw a s f e r o i d a l n e g o , p o d o b n ie j a k i s t a l i , s t a j e s i ę obowią
zu jącym elem entem składowym t e c h n o l o g i i otrzym yw ania ja k o śc io w y c h od
lewów.
P raw idłow e o p raco w an ie schematów o b ró b k i c i e p l n e j ż e liw a s f e r o i d a l nego uwarunkowane j e s t p rz e d e w szy stk im d o k ła d n ą z n a jo m o śc ią tem p era
t u r przem iany ( .ry s . 1 ) . P rz e d s ta w io n a p r a c a ma na c e lu u m o żliw ie
n i e d o k ład n eg o w y zn aczen ia te m p e r a tu r przem iany A^ w ż e liw a c h s f e - r o i d a l n y c h . R o zw iązan ie te g o z a g a d n ie n ia u m o żliw i praw idłow e w ykorzy
s t a n i e ż e liw a ą f e r o id a ln e g o o ra z s z e r s z e n iż d o ty c h c z a s z a s to s o w a n ie te g o now oczesnego tw orzyw a k o n s tr u k c y jn e g o .
R ys. 1 . Schem aty o b ró b k i c i e p l n e j ż e liw a s f e r o id a ln e g o [6 - 12]
a ) 1 - h a r to w a n ie , 2 - h a rto w a n ie z p rz e m ia n ą iz o te r m ic z n ą , 3 - norm a- liz o w a n ie , b) 1 - o d p u s z c z a n ie , 2 - w y ż a rz a n ie o d p r ę ż a ją c e , c ) 1 - wy
ż a r z a n ie g r a f i t y z u j ą c e je d n o s to p n io w e , d) 1 - w y ż a rz a n ie g r a f i t y z u j ą c e d w usto p n io w e, 2 - w y ż a rz a n ie g r a f i t y z u j ą c e m etodą k o n tro lo w an eg o c h ło
d z e n ia , T - p o c z ą te k g r a f i t y z a c j i ż e liw a g r
2 . PRZEGLĄD PIŚMIENNICTWA
2 . 1 . W ykresy równowagi f a z
K r y s t a l i z a c j a w s t a n i e sta ły m wywołana j e s t tym , że nowy u k ła d j e s t w d anych w arunkach b a r d z i e j s t a b i l n y , t j . ma m n ie js z y z a só b e n e r g i i . S ta n e n e rg e ty c z n y u k ła d u z ło ż o n e g o z w i e l k i e j l i c z b y o b ję ty c h ruchem c ie p ln y m c z ą s t e k o k r e ś la f u n k c ja term odynam iczna P , zwana e n e r g i ą swo
b o d n ą .
E n e r g ia swobodna F = U - TS, g d z ie U o zn acza e n e r g ię w ew nętrzną u k ła d u , T - te m p e r a tu r ę b e z w z g lę d n ą , S - e n t r o p i ę . Im w ię k sz a e n e r g ia swo
bodna u k ła d u , tym m n ie js z a j e s t je g o tr w a ło ś ć i j e ś l i t o t y l k o j e s t mo
ż l i w e , t o w u k ła d z ie z a j d ą t a k i e zm iany, by w nowym s t a n i e e n e r g ia u - k ła d u b y ła m n ie js z a . Aby k r y s t a l i z a c j a mogła s i ę r o z p o c z ą ć , n ie z b ę d n e j e s t , by p r o c e s t e n o d p o w iad ał pod względem term odynam icznym u k ład o w i i aby to w a rz y s z y ło mu z m n ie js z e n ie s i ę e n e r g i i swobodnej u k ła d u .
W o k re ś lo n y c h w arunkach, atomy j a -
R y s. 2 . Krzywe c h ło d z e n ia i n a g rz e w a n ia m e ta lu p o d le g a ją c e g o p rz e m ia n ie a l o t r o p o -
wej
Ozas
k ie g o ś p i e r w i a s t k a mogą u tw o rz y ć j e d y n ie t a k i ty p s i e c i , k t ó r a b ę d z ie po
s i a d a ł a n a jm n ie js z ą e n e r g ię swobodną.
Na tym p ra w ie o p ie r a s i ę z ja w is k o a l o t r o p i i . P rz em ian a je d n e j odmiany a l o - tro p o w e j w d ru g ą p o d c z a s n a g rz e w a n ia z w iąz an a j e s t z p o c h ła n ia n ie m c i e p ł a i p r z e b ie g a p rz y s t a ł e j te m p e r a tu r z e . P o d c z a s c h ło d z e n ia n a s tę p u je w y d z ie la n i e s i ę c i e p ł a p rz e m ia n y , t e o r e t y c z n i e p rz y t e j samej te m p e ra tu rz e co i p rz y n a g rz e w a n iu , w r z e c z y w i s t o ś c i je d n a k p rz y te m p e r a tu rz e n ie c o n i ż s z e j , a t o na s k u te k p r z e c h ło d z e n ia [ r y s . 2 ) .
7
P rzem ian a A1 w s to p a c h ż e la z a z węglem zw iązan a j e s t b e z p o ś re d n io z p rz e m ia n ą a lo tro p o w ą Pe^» F ey .
C z y s te ż e la z o ma dw ie te m p e ra tu ry p rzem ian a lo tro p o w y c h : 910 i 1400°C ( r y s . 3 ) . P o n iż e j 910°C ż e la z o i s t n i e j e w odm ianie cc, a p rz y 910°C sie ć r e g u l a r n a p r z e s t r z e n n i e c e n tro w a n a F e^, p rz e m ie n ia s i ę w s i e ć r e g u l a r n ą ś c i e n n i e c e n tro w a n ą F e y , k t ó r a p rz y 1400°C p r z e k s z t a ł c a s i ę ponow
n i e w s i e ć r e g u l a r n ą p r z e s t r z e n n i e c e n tro w a n ą . P rzem ianie^-«-O C tow arzy- szy z m n ie js z e n ie s i ę lic z b y k o o rd y n a c y j
n e j z 12 do 8 o ra z z w ię k s z e n ie o b j ę t o ś c i o 1%. N a le ż y t u z a z n a c z y ć , że n a p r ę ż e n ia s t r u k t u r a l n e wywołane zw ięk szen iem s i ę o b j ę t o ś c i ż e la z a s ą zn aczn e i m ają w p r a k ty c e duże z n a c z e n ie .
P r a k ty c z n ie p rzem ian a zacz y n a s i ę przy o kreślonym p r z e c h ło d z e n iu lu b p r z e g r z a n i u w s to s u n k u do t e o r e t y c z n e j tem p era
t u r y k r y s t a l i z a c j i ( r y s . 4 ) . Zgodnie ze schematem przed staw io n y m na r y s . 4 p r z e g r z a n ie lu b p r z e c h ło d z e n ie u k ła d u j e s t tym w ię k s z e , im w ię k sz a j e s t szy b k o ść n a
g rz e w a n ia lu b c h ło d z e n ia , p rz y czym sk ło n n o ść do p r z e c h ło d z e n ia j e s t w ięk sza n iż do p r z e g r z a n i a . W w arunkach r z e c z y w is ty c h p rzem ian a p r z e b ie g a w każdym u - k ł a d z i e w pewnym z a k r e s i e te m p e r a tu r . W r a z i e w ię k sz e j s z y b k o ś c i na
g rz e w a n ia lu b c h ło d z e n ia z a k r e s t e n odpow iednio s i ę z w ię k sz a .
Nowe odm iany a lo tro p o w e p o w s ta ją p rz e z tw o rz e n ie s i ę zarodków i w z r o s t k r y s z ta łó w a n a lo g ic z n ie do k r y s t a l i z a c j i ze s ta n u c ie k łe g o . Po
d a n a p rz e z Tammanna z a le ż n o ś ć s z y b k o ś c i k r y s t a l i z a c j i i lic z b y z a ro d ków k r y s t a l i z a c j i od p r z e c h ło d z e n ia ( r y s . 5) w y stę p u je naw et w tymprcsy- padku w y r a ź n ie j, n i ż w o d n ie s ie n iu do k r y s t a l i z a c j i p ie r w o t n e j . Na p ro c e s zaro d k o w an ia wpływa ró w n ież p r z e g r z a n i e . W zrost p r z e g r z a n ia zw ięk
s z a r ó ż n ic ę e n e r g i i f a z y p o w s ta łe j i z a n i k a j ą c e j , p r z y s p ie s z a ją c tym samym p rzem ian ę 0 0 -
Temperatura, °C R ys. 3 . Z a le ż n o ść e n e r g i i sw obodnej od te m p e ra tu r y d l a s i e c i o c i w ż e l a z i e
0 3 ]
R ys. 4 .
a - d la
Ż eliw o o p ró cz w ęgla z a w ie ra s z e r e g in n y c h p ie rw ia s tk ó w w y stę p u ją c y c h ja k o s k ł a d n i k i stopow e i z a n ie c z y
s z c z e n ia . Z p ie rw ia s tk ó w t y c h domi
n u ją c e z n a c z e n ie p o s ia d a k rz e m ,k tó r y w sposób z a s a d n ic z y wpływa na
s t r u k t u r ę te g o ty p u stopów ż e la z a o ra z na i c h w ła s n o ś c i. Z te g o t e ż w zględu ż e liw o n a le ż y ro z p a try w a ć ja k o w ie lo sk ła d n ik o w y s to p ż e la z a z węglem, krzemem i in n y m i p i e r w i a s t kam i. J a k k o lw ie k do a n a l i z y s k ła d ników s t r u k t u r a l n y c h ż e liw a w y s ta r
c z a w ykres dw uskładnikow y ż e la z o - w ę g ie l, t o do ś l e d z e n i a zarów no s ta n u równowagi p o s z c z e g ó ln y c h f a z j a k i p rz em ian fazow ych n ie z b ę d n y s t a j e s i ę ju ż co n a jm n ie j w ykres t r ó j sk ład n ik o w y ż e la z o - w ę g ie l - krzem M . P odobnie j a k d la u k ła d u pod
w ójnego ż e la z o - w ę g ie l, d l a u k ła d u p o tr ó jn e g o z krzemem i s t n i e j ą dwie odmiany w ykresu rów now agi5 s t a b i l n y i n i e s t a b i l n y ( r y s . 6 , 7 ) . Odmiana s t a b i l n a u k ła d u c h a r a k te r y z u je s i ę występow aniem w ęgla w s t a n i e wolnym, n a to m ia s t m e t a s t a b i l n a w s t a n i e zw iązanym . O g ó ln ie b i o r ą c , w u K ła d z ie
t
- j 's stopień przechtodzenia p, °C R ys. 5* Szybkość w z ro s tu k ry s z ta łó w ( s . k ) i l i c z b a z a ro d ków k r y s t a l i z a c j i ( l . z j w za
l e ż n o ś c i od s to p n ia p r z e c h ło - d z e n ia
Szybkość nagrzewania lub chtodzenia
Szybkość nagrzewania lub chtodzenia
Wpływ s z y b k o ś c i n a g rz e w a n ia lu b c h ło d z e n ia na te m p e r a tu r y p r z e miany a lo tro p o w e j 0 5 ]
u k ła d u m ającego l i c z b ę s t o p n i swobody rów ną z e r o , b - d l a u k ła du o l i c z b i e s t o p n i swobody rów nej je d e n lu b dwa
9
s ta b iln y m l i n i e p rz e m ia n p r z e b i e g a j ą w w yższych te m p e ra tu r a c h n i ż w u k ł a d z i e m e ta s ta b iln y m . Wiąże s i ę z tym wyższa te m p e r a tu r a punktów S, E o ra z C. P u n k ty t e z n a jd u ją s i ę p rz y tym p rz y n ie c o m n ie js z y c h zaw ar
t o ś c i a c h w ęgla «Również, w ię k sz o ść p ie rw ia s tk ó w stopow ych przesuw a punk-*
t y S i E w ykresu n a lew o, t j . w k ie ru n k u m n ie js z y c h z a w a r to ś c i w ęgla ( r y s . 8 ) .
1
R ys. 6 .
Węgiel, %
U kład Pe - C - S i p rz y z a w a r to ś c i 2,4% S i 0 6 ]
Zawartość węgla, %
R ys. 7« U kład Pe - Pe^C - S i p rz y z a w a r to ś c i 2,5% S i [17]
10
I
W p r a k ty c e p rz y k r y s t a l i z a c j i stopów te c h n ic z n y c h z a c h o d z i b a rd z o c z ę s t o n a k ła d a n ie s i ę obu odmian u k ła d u , t o zn aczy w y s tę p u ją obok s i e b i e zarów no s t r u k t u r y u k ła d u s t a b i l n e g o , j a k i m e ta s ta b iln e g o . Typo
wym p rz y k ła d e m s ą t u t a j ż e liw a s z a r e , g d z ie z r e g u ły k r y s ta liz a c ja p i e r w otna p r z e b ie g a w u k ła d z ie s ta b iln y m , n a to m ia s t w tó rn a w m e t a s t a b i l - nym. P i e r w i a s t k i stopow e w chodzące w s k ła d n ie sto p o w y c h ż e liw s f e r o -
R ys. 8 . Wpływ
i d a ln y c h mogą r o z p u s z c z a ć s i ę w ro z tw o ra c h ż e la z a o ra z w ę g lik a c h . Roz
d z i e l a j ą s i ę one w ięc m iędzy t e dwie f a z y ( f a z a w ęglikow a i ro z tw o ry s t a ł e OC,y ) w o k re ślo n y m s to s u n k u , zależnym p rz e d e w sz y stk im od zaw ar
t o ś c i p i e r w i a s t k a stopow ego i w ęg la 0 8 - 27] . R ozkład p ie rw ia stk ó w sto powych pom iędzy s k ł a d n i k i s t r u k t u r a l n e osnowy ż e liw a s f e r o id a ln e g o po
k a z a n o n a r y s . 9« P r z e b ie g krzyw ych w y k azu je, i ż ro z p u s z c z a ln o ś ć man
g a n u i chrom u w p e r l i c i e i w ę g lik a c h j e s t n a jw ię k s z a . N a to m ia st krzem r o z p u s z c z a s i ę p r z e d e w szy stk im w f e r r y c i e .
W sz y stk ie p i e r w i a s t k i r o z p u s z c z a ją c e s i ę w ż e l a z i e , w pływ ają na z a k r e s i s t n i e n i a odmian a lo tro p o w y c h ż e la z a ( r y s . 1 0 ) . W iększość p i e r w iastk ó w a lb o podw yższa te m p e ra tu rę A. i o b n iż a te m p e r a tu r ę A,
4 1 »
j- wsku- t e k cze g o r o z s z e r z a s i ę o b s z a r i s t n i e n i a odmiany y ( r y s . 10a) - a lb o t e ż o b n iż a te m p e r a tu r ę A. a podw yższa A. , , z a w ę ż ają c4
11j
o b sza r i s t n i e n i a odm iany y ( r y s . 1 0 b ). Wykresy na r y s . 1,0 d a j ą je d y n ie schem at k l a s y f i k a c y jn y wpływu ró ż n y c h p ie rw ia s tk ó w stopow ych na przem iany alotropow e*
7** 6
f 5
■1
4
i 3
«
I 2
I0
c, %
p ie rw ia s tk ó w stopow ych n a p o ło ż e n ie punktów S i E wykre
su Pe - C
11
Rys.
12
. Z aw arto ść p ie rw ia s tk ó w stopow ych w s k ła d n ik a c h s t r u k t u r a l n y c h ż e liw a s f e r o id a ln e g o \2Z ]
ż e l a z a w je g o s to p a c h podw ójnych z różn y m i p ie r w ia s tk a m i. W c e l u do
k ła d n e g o w y ja ś n ie n ia wpływu o k re ś lo n e g o p i e r w i a s t k a stopow ego na p r z e m iany a lo tro p o w e ż e la z a w ż e l i w i e n a le ż a ło b y ro z p a try w a ć odpow iednie u k ła d y p o t r ó j n e .
a) b)
R ys. 1 0 . Schem at wykresów równowagi układów ż e la z o - p i e r w i a s t e k s t o powy
R o z p a tr u ją c wpływ p ie rw ia s tk ó w stopow ych na p r o c e s tw o rz e n ia s i ę sk ła d n ik ó w s t r u k t u r a l n y c h ż e liw w ygodnie j e s t p o słu g iw a ć s i ę i z o t e r - m icznym i p r z e k r o ja m i układów równowagi 0 1 » 1 2 ]. P rzy pomocy wykresów iz o te r m ic z n y c h można w yznaczyć z a k r e s te m p e r a tu r p rzem iany A1 » s k ła d chem iczny a u s t e n i t u o ra z o k r e ś l i ć k ie r u n e k zm iany k o n c e n t r a c j i p i e r w iastk ó w stopow ych n a m ięd zy fazo w ej p o w ie rz c h n i r o z d z i a ł u w p r o c e s ie w z r o s tu nowej f a z y C2eD* P rz y równowadze a u s t e n i t u z g r a f i t e m , w sz y st
k i e p i e r w i a s t k i sk o n c en tro w an e s ą w a u s t e n i c i e . Z w ię k sz e n ie z a w a r to ś c i p ie r w ia s tk ó w stopow ych, s z c z e g ó ln ie t a k i c h , j a k : krzem , alum inium , n i k i e l , k t ó r e zw ykle s p r z y j a j ą g r a f i t y z a c j i , b ę d z ie z m n ie js z a ć równoważ
n ą z a w a rto ś ć w ęgla w a u s t e n i c i e , t j . b ę d z ie p rzesu w ać l i n i ę równowagi CL, „w lew ą s t r o n ę ( r y s . 1 1 a ) . A n a lo g iczn y wpływ w ykazują i in n e p i e r - w i a s t k i stopow e t y l k o s t o p i e ń p r z e s u n i ę c i a l i n i i równowagi c y_*.g b i d z ie w t y c h p rz y p a d k a c h z n a c z n ie m n ie js z y .
W arunki równowagi t r z e c h f a z o k r e ś la t r ó j k ą t konod, k tó re g o k ą ty od
p o w ia d a ją równoważnym składom ty c h f a z p rz y d a n e j te m p e r a tu r z e . Równo
wagę t r z e c h f a z : a u s t e n i t u z f e r r y t e m i g r a f ite m można zaobserwować w e u te k to id a ln y m z a k r e s ie s ta b iln e g o układu p o tr ó jn e g o ż e la z o - w ęgiel -
13
p i e r w i a s t e k stopow y ( r y s . 11b i c ) . I s t o t n e z n a c z e n ie p rz y u ło ż e n iu s i ę t r ó j k ą t a konod b ę d z ie m ieć wpływ p i e r w i a s t k a stopow ego na te m p e ra tu ry p r z e m ia n y c c s t^ . W s to p a c h p o tr ó jn y c h ż e la z o - w ę g ie l - p i e r w i a s t e k s t o powy równowagę t r z e c h f a z : a u s t e n i t u z f e r r y te m i w ę g lik ie m (K) można za
obserwować w z a k r e s i e e u t e k t o i d a l - nym u k ła d u m e ta s ta b iln e g o ( r y s . 1 2 ) . J e ś l i p i e r w i a s t e k stopow y o b n iż a e u - t e k t o i d a l n y z a k r e s te m p e r a tu r t o t r ó j k ą t k o n c e n t r a c j i p o ło żo n y j e s t t a k , że z a w a r to ś ć p i e r w i a s t k a stopow ego w a u s t e n i c i e j e s t zaw sze w yższa n iż w f e r r y c i e ( r y s . 12a i b ) .P r z y obecno
ś c i p i e r w i a s t k a stopow ego podw yższa
ją c e g o e u t e k to id a ln y z a k r e s te m p e ra t u r z a w a rto ś ć te g o p ie r w ia s tk a w f e r r y c i e j e s t zaw sze wyższa n i ż w a u s te n i c i e ( r y s . 12c i d ) . Podane wykre
sy pom agają o k r e ś l i ć c h a r a k t e r zm ia
ny s k ła d u sk ład n ik ó w s t r u k t u r a l n y c h p rz y z a ł o ż e n i u , że w k a ż d e j te m p e ra t u r z e p o w s ta je w s t o p i e s ta n b l i s k i rów now agi. P rzem ian a A1 p rz y g r z a n iu lu b c h ło d z e n iu z różnym i p r ę d k o ś c ia mi z a c h o d z i d ro g ą tw o rz e n ia s i ę po
czątkow o nierów now ażnych według s k ła du f a z . Omawiane z a l e ż n o ś c i s ą b ez
w z g lę d n ie s łu s z n e d la końcowych etapów p rz e m ia n y , k ie d y badany u k ła d z b l i ż a s i ę do s ta n u rów now agi.
Zawartość węgla, %
Rys* 1 1 . Iz o te rm ic z n e p r z e k r o j e p o tr ó jn e g o u k ła d u rów
n o w ag i p rz e c h o d z ą c e p rz e z o b s z a r równowagi dwu f a z : a u s t e n i t u i g r a f i t u (a ) i ob
s z a r równowagi t r z e c h f a z : a u s t e n i t u , f e r r y t u i g r a f i t u , k ie d y p i e r w i a s t e k s t o powy o b n iż a te m p e ra tu ry p r z e - m ia n y c C s t^ b ) i podwyższa t e m p e ra tu ry p rz emiany O Ci^Y
(c ) [ 2 8 3
14
Zawartość węgla, %
R ys. 1 2 . I z o te r m ic z n e p r z e k r o j e p o tr ó jn e g o u k ła d u równowagi p rz e c h o d z ą ce p r z e z o b s z a r rów now agi t r z e c h f a z : f e r r y t u , w ę g lik a i a u s t e n i t u a - p i e r w i a s t e k stopow y n i e tw o rz ą c y w ęglików i o b n iż a ją c y te m p e ra tu ry przem ianyectjf, b - p i e r w i a s t e k stopow y w ę g lik o tw ó rc z y i o b n iż a ją c y tem p e r a t u r y p rz e m ia n y « s r} 1, c - p i e r w i a s t e k stopow y n i e tw o rz ą c y w ęglików i p o d w y ż sz a ją c y te m p e r a tu r y przem ianycM r^, d - p i e r w i a s t e k stopow y wę
g lik o tw ó r c z y i p o d w y ższ ają cy te m p e r a tu r y p rz e m ia n y o c sffy
2 . 2 . P rz e m ia n a w s t a l i i ż e liw ie
W p u b l i k a c j a c h n a te m a t wpływu s k ła d u chem icznego o ra z s z y b k o ś c i g r z a n i a lu b c h ło d z e n ia n a p rze m ia n ę n a j c z ę ś c i e j s p o tk a ó można a n a l i z ę te g o z a g a d n ie n ia w o d n i e s i e n i u do s t a l i . P oniew aż i s t n i e j e d a le k o id ą c e p o d o b ie ń stw o te g o z a g a d n ie n ia w s t a l i i w ż e liw ie ,o m a w ia n o j e z a równo n a p r z y k ła d z ie s t a l i ja k i ż e liw a .
P rz e m ia n a A1 p o le g a n a p rz e m ia n ie p e r l i t u w a u s t e n i t p rz y g r z a n iu lu b a u s t e n i t u w s t r u k t u r y p e r l i t y c z n e p rz y c h ło d z e n iu . P rz em ian a A^
j e s t w ynikiem t e g o , że w sk u te k zm iany te m p e r a tu r y , je d e n s t a n s t a j e s i ę m n ie j tr w a ły w s e n s i e tennodynam icznym n i ż d r u g i ( r y s . 1 3 ) . W czystym ż e l a z i e p rz e m ia n a F e ^ - ^ - F e y z a c h o d z i w te m p e r a tu r z e 910°C.W s to p a c h ż e l a z a z węglem z i a r n a f e r r y t u w p e r l i c i e s ą w k o n ta k c ie z cem entytem i t a m ie s z a n in a p r z e m ie n ia s i ę w F e ^ w te m p e r a tu r z e 723°C . P rzem ian a
15
t a j e s t m o żliw a w ta k n i s k i e j te m p e r a tu r z e d z i ę k i k o n ta k to w i z cemen
ty te m i z a c h o d z i n a p o w ie rz c h n i p ł y t e k f e r r y t - c e m e n ty t. J e ż e l i zatem p rz e m ia n a F e ^ —»-Fe,y w p e r l i c i e mo
że z a c h o d z ić w te m p e r a tu r z e n i ż s z e j n i ż 910°C d z i ę k i i s t n i e n i u m ięd zy fazo w ej p o w ie rz c h n i f e r r y t - c e m e n ty t, t o zaro d k o w an ie m usi od
bywać s i ę w ła ś n ie na t e j p o w ierz
c h n i . Poniew aż p o w ie rz c h n ia s ty k u f e r r y t - cem en ty t w p e r l i c i e ^ j e s t b a rd z o duża (2000 - 10000 — j) pow-
mm Temperatura
R y s. 1 3 . Zmiana e n e r g i i swobod
n e j a u s t e n i t u (F ) , m a r te n z y tu ( F .J i p e r l i t u (F -J w z a le ż n o -
M r
s ta w a n ie zarodków a u s t e n i t u j e s t u ła tw io n e [ i 5] . J a k wspom niano, p rze m ian a A1 zac z y n a s i ę p o p rzez ś c i od te m p e ra tu ry (sch em at)
z a ro d k o w a n ie , a n a s tę p n ie r o z r o s t u tw o rzo n y ch z a ro d k ó w .P ro ceso w i z a ro dkow ania to w a rz y sz y f l u k t u a c j a e n e r g i i i f l u k t u a c j a s k ła d u c h e m icz n eg o , w wyniku czeg o p o w s ta je z a ro d e k nowej f a z y . J e ż e l i do ja k ie g o ś m ie js c a na m iędzyfazow ej g r a n ic y z o s t a n i e d o s ta r c z o n a w w yniku f l u k t u a c j i e n e r g ia w ię k sz a od e n e r g i i k r y t y c z n e j o ra z w w yniku f l u k t u a c j i k o n c e n t r a c j i m ie js c e t o p o s ia d a o d pow iedni s k ła d chem iczny, wówczas s ą w aru n k i do p o w sta n ia z a ro d k a no
wej f a z y .
P rz e m ia n a a u s t e n i t u w p e r l i t (w u k ła d z ie ż e la z o - w ę g ie l) może z a j ś ć t y l k o w te m p e r a tu r z e n i ż s z e j n i ż 723°C , k ie d y PA > Pp , a p rz em ian a p e r l i t u w a u s t e n i t mo
że z a j ś ć t y l k o w te m p e ra tu rz e wyż
s z e j n i ż 7 2 3°C, k ie d y P^> PA (ry s . 13)* Jed n a k ż e sama t y l k o r ó ż n ic a e n e r g i i swobodnej n i e w y s ta rc z a aby atomy mogły p r z e j ś ć w nowe po- R ys. 14. P o ło ż e n ie b a r i e r y e n e r - , . , , , .
g e ty c z n e j Q {29} ł o ż e n i e . Muszą one pokonać b a r i e -
■ 6
r ę e n e r g e ty c z n ą Q o w ię k s z e j e n e r g i i sw obodnej ( r y s . 1 4 ) . Aby atomy mogły pokonać t ę b a r i e r ę , m uszą o trz y m ać dodatkow o pewną dawkę e n e r g i i , n a j c z ę ś c i e j c i e p l n e j . Z arodkam i nowej f a z y mogą być c z ą s t k i p o s i a d a j ą c e e n e r g ię rów ną lu b w ię k s z ą od b a r i e r y e n e r g e ty c z n e j Q ,e n e r g ię t ę o - trz y m u je z a ro d e k w w yniku f l u k t u a c j i . 0 w ie lk o ś c i e n e r g i i Q mówi e - n e r g i a z a ro d k o w a n ia . O prócz e n e r g i i , n a p r o c e s zaro d k o w an ia nowej f a zy wpływa ró w n ież f l u k t u a c j a k o n c e n t r a c j i . Aby mogły p o w stać z a r o d k i now ej f a z y , m uszą one p o s ia d a ć s k ła d chem iczny o d p o w iad ający nowej f a z i e u z y sk an y d ro g ą f l u k t u a c j i .
P o w s ta łe z a r o d k i z w ię k s z a ją sw oje wymiary w w yniku d y f u z j i . P r o c e s d y fu z y jn e g o w z ro s tu nowej f a z y p r z e b ie g a w w yniku d y fu z y jn e g o ru c h u g r a n i c f a z {3 0 ) . We w s z y s tk ic h p rz y p a d k a c h d y fu z y jn e g o p rz e m ie s z c z a n ia s i ę g r a n i c r o z d z i a ł u , p rz e m ia n a je d n e j f a z y w d ru g ą r o z w ija s i ę n a g r a n i c y r o z d z i a ł u f a z y p o w s ta łe j i z a n i k a j ą c e j . P o ja w ia ją c e s i ę k r y s z t a ł y now ej f a z y p o s i a d a j ą m n ie js z ą e n e r g ię swobodną od e n e r g i i swobodnej f a z y z a n i k a j ą c e j , a l e p o ja w ie n ie s i ę ty c h k r y s z ta łó w p ro w a d z i do pow
s t a n i a nowej p o w ie rz c h n i r o z d z i a ł u , k t ó r a z w ię k sz a e n e r g ię swobodną no
wej f a z y . Tak w ię c , zm iana e n e r g i i sw obodnej p rz y p ow staw aniu i wzro
ś c i e zarodków nowej f a z y s ta n o w i r ó ż n ic ę pom iędzy z m n ie jsz e n ie m e n e r g i i w w yniku p o ja w ie n ia s i ę obszarów o m n ie js z e j e n e r g i i sw obodnej a zw ięk szen iem e n e r g i i w w yniku p o ja w ie n ia s i ę nowych g r a n i c r o z d z i a ł u Qisf). W m ia rę w z ro s tu nowej f a z y o b ie e n e r g ie r o s n ą , j a k pokazano n a r y s . 15*
P ow staw anie p ie rw s z y c h zarodków odbywa s i ę w wyniku f l u k t u a c j i e n e r g i i i koncen
t r a c j i . S zybkość zaro d k o w an ia ( l i c z b a z a rodków l . z . - r y s . 16) w p rzy p a d k u p r z e - o h ło d z e n ia z a le ż y od e n e r g i i zaro d k o w an ia (krzyw a B) i od w sp ó łc z y n n ik a d y f u z j i (krzy
wa A ), k tó r y z m n ie js z a s i ę w raz z p rz e c h ło - dzeniem £29] • O gólna szybkość p rzem iany (krzyw a c - r y s . 1 7 ) z a le ż y od lic z b y z a rodków k r y s t a l i z a c j i (krzyw a a ) i lin io w e j R ys. 15» R ozkład e n e r g i i
sw obodnej p o w s ta ją c e j f a zy
1 - e n e r g i a swobodna no
wych g r a n i c r o z d z i a ł u , 2 - suma wpływów 1 i 3 , 3 - e n e r g i a swobodna p o w sta
ł y c h o b j ę t o ś c i nowej f a z y , r - p ro m ień z a ro d k a
s z y b k o ś c i k r y s t a l i z a c j i (krzyw a b ) . K in e ty k a p rzem ian y d y f u z y jn e j au
s t e n i t u z a l e ż e ć b ę d z ie ró w n ie ż od r o d z a ju a tm o s fe ry ¡31, 63] . wymie
n io n a z a le ż n o ś ć zw iąz an a j e s t ze zm ianą s t ę ż e n i a wakansów w w a rstw ie p o w ie rz c h n io w e j, co wpływa n a szy b k o ść m i g r a c j i atomów osnowy p o d czas p rz e m ia n y e u t e k t o i d a l n e j .
R ys. 1 6 . Wpływ p r z e c h ło d z e n ia R ys. 17« Wpływ p r z e c h ło d z e n ia n a .en erg ię zaro d k o w an ia i d y - n a sz y b k o ść p rzem ian y p 9 l
f u z j ę
2 . 2 . 1 . P rzem ian a A ._________________
P ie rw s z e z a r o d k i a u s t e n i t u p o w s ta ją g łó w n ie w m ie js c a c h z e t k n i ę c i a f e r r y t u i c e m e n ty tu . P rz y b ra k u c z ą s te k c e m e n ty tu z a r o d k i a u s t e n i t u two*- r z ą s i ę na g r a n ic a c h i s ty k a c h z i a r n f e r r y t u , a ta k ż e w c z ą s tk a c h s ty ku z obcymi w tr ą c e n ia m i. L ic z b a zarodków a u s t e n i t u z a le ż y w pierw szym r z ę d z i e od z a w a r to ś c i w ęgla w s t a l i , s to p n ia d y s p e r s j i c e m e n ty tu w s t r u k t u r z e w y jścio w e j i od te m p e ra tu ry n a g r z a n i a . P rzy jed n ak o w ej tem p e r a t u r z e n a g r z a n ia , czym w yższa z a w a r to ś ć w ęgla i czym b a r d z i e j dys
p e r s y jn y c e m e n ty t, tym w ię c e j tw orzy s i ę zarodków a u s t e n i t u . Im w yższa te m p e r a tu r a n a g r z a n ia (p rz y p o z o s ta ły c h w arunkach je d n a k o w y ch ), tym i n te n s y w n ie j p r z e b ie g a p r o c e s tw o r z e n ia zarodków a u s t e n i t u .
J e ś l i p o w s ta ją c y z a ro d e k a u s t e n i t u r o z p r z e s t r z e n i a s i ę w m ie js c u s ty k u f e r r y t u i c e m e n ty tu , t o po j e g o u tw o rz e n iu , z a m ia s t je d n e j w cześ
n i e j w y s tę p u ją c e j p o w ie rz c h n i r o z d z i a ł u f a z f e r r y t - c e m e n ty t, b ęd ą wy™
18
stęp o w ały dwie p o - i e r z c h n i e p r z y l e g a n i a : f e r r y t - a u s t e n i t i a u s t e n i t - cem en ty t ( w ę g l i k ) . K o n c e n tra c ję w ęgla po obu s tr o n a c h k a ż d e j g r a n i cy r o z d z i a ł u można o k r e ś l i ć z g o d n ie z układem równowagi ( r y s . 1 8 ) .
c<x~1 Co T w Cr - ^ a Cy—w Zawartość węgla, %
R ys. 1 8 . C zę ść w ykresu u k ła d u rów now agi ż e la z o - w ę g ie l
D z ię k i r ó ż n ic y k o n c e n t r a c j i w ęg la w a u s t e n i c i e na ró ż n o im ie n n y c h g r a n i c a c h r o z d z i a ł u , z a c h o d z i d y f u z ja d ą ż ą c a do wyrów nania s k ła d u a u s te n i t u . J e ś l i p r o c e s t e n p r z e b ie g a w s t a ł e j te m p e r a tu r z e , t o d l a pod
tr z y m a n ia równoważnych p rz y g ra n ic z n y c h sk ład ó w , g r a n i c a r o z d z i a ł u au?- s t e n i t - c e m e n ty t b ę d z ie s i ę p rz e m ie s z c z a ć w s t r o n ę c e m e n ty tu ,a g r a n i c a r o z d z i a ł u a u s t e n i t y f e r r y t w s tr o n ę f e r r y t u . S zybkość w z ro s tu a u s t e n i t u o k r e ś lo n a j e s t rów naniem
t o zn a c z y w a r t o ś c i ą w sp ó łc z y n n ik a d y f u z j i w ęgla w a u s t e n i c i e , r ó ż n i c ą p r z y g r a n ic z n y c h składów na o d p o w ia d a ją c e j g r a n ic y r o z d z i a ł u i w ie lk o ś c i ą g r a d i e n t u k o n c e n t r a c j i , pod wpływem k tó r e g o w ę g ie l d y fu n d u je w a u s t e n i c i e . O s t a t n i a w ie lk o ś ć j e s t w p ro st p r o p o r c jo n a ln a do r ó ż n ic y
19
p r z y g r a n ic z n y c h k o n c e n t r a c j i w ęgla w a u s t e n i c i e i o d w ro tn ie p r o p o r c jo n a ln a do o d l e g ł o ś c i , na k t ó r e j pow inna p r z e b ie g a ć d y f u z j a . Wtedy szyb
k o ść w z ro s tu c z ą s t k i a u s t e n i t u w y n ie s ie :
A c V* * + A c
g d z ie : x j e s t w ie lk o ś c ią c z ą s t k i a u s t e n i t u .
Rozwój c z ą s t k i a u s t e n i t u j e s t uwarunkowany procesem d y f u z j i w ęgla w a u s t e n i c i e . Je d n a k ż e n a g r a n ic y r o z d z i a ł u f e r r y t - a u s t e n i t r ó ż n ic a p rz y g r a n ic z n y c h k o n c e n t r a c j i w ęgla j e s t z n a c z n ie m n ie js z a n i ż n a g r a n i c y r o z d z i a ł u a u s t e n i t - c e m e n ty t. D la te g o szy b k o ść w z ro s tu c z ą s t k i a u s t e n i t u w k ie ru n k u f e r r y t u j e s t z n a c z n ie w ię k sz a n i ż w k ie ru n k u c e m e n ty tu . C z ą s tk i a u s t e n i t u mogą r o z w ija ć s i ę n i e t y l k o pod wpływem d y f u z j i w ę g la w a u s t e n i c i e . W s z e r e g u p rz y p a d k a c h i s t o t n e z n a c z e n ie mogą m ieć p r o c e s y d y fu z y jn e zach o d zące w f e r r y c i e . Z a w a rto ść w ęgla w f e r r y c i e z n a jd u ją c y m s i ę n a g r a n ic y r o z d z i a ł u z a u s te n ite m w te m p e r a tu r z e T.
Ti •
( r y s . 18) pow inna być równa CiV, _ v , a k o n c e n tr a c ja w ęgla w tym że f e r -
y Ti
r y c i e n a g r a n ic y r o z d z i a ł u z cem entytem b ę d z ie w y n o s iła c Za~
c h o d z ą c a w wyniku te g o d y f u z ja dąży do wyrów nania s k ła d u f e r r y t u w c a -
■ łej o b j ę t o ś c i i ma te n d e n c ję z w ię k s z e n ia z a w a r to ś c i w ęgla w f e r r y c i e n a g r a n ic y r o z d z i a ł u z a u s te n ite m i do z m n ie js z e n ia z a w a r to ś c i w ęgla n a g r a n ic y r o z d z i a ł u z cem entytem . P ro w ad z i t o do p r z e s u n i ę c i a g r a n ic y r o z d z i a ł u f e r r y t - a u s t e n i t w s tr o n ę f e r r y t u , a na g r a n ic y r o z d z i a ł u f e r r y t - c em en ty t w s tr o n ę c e m e n ty tu . Innym i słowy d y f u z ja z a c h o d z ąc a w f e r r y c i e pow inna s p r z y ja ć z je d n e j s tr o n y j e s z c z e w ię k s z e j in te n sy w n o ś c i w z ro s tu c z ą s t k i a u s t e n i t u w k ie ru n k u f e r r y t u a z d r u g ie j s tr o n y r o z p u s z c z a n iu w f e r r y c i e b l i ż e j le ż ą c y c h w ęglików , wokół k tó r y c h j e s z c z e n i e z a c z ą ł powstawać a u s t e n i t .
J e ś l i w m ie js c e c e m e n ty tu , lu b wraz z nim , s t r u k t u r a w yjściow a z a w ie r a g r a f i t , t o p ro c e s pow staw ania a u s t e n i t u b ę d z ie ro z w ija ć s i ę po
d o b n ie , t y l k o s k ła d c z ą s t k i a u s t e n i t u p r z y l e g a j ą c e j do g r a f i t u b ę d z ie o k re ś lo n y p o ło ż e n ie m l i n i i E ' s ’ , a n a g r a n ic y r o z d z i a ł u g r a f i t - au
s t e n i t b ę d z ie w ystępow ał sp ad ek k o n c e n t r a c j i C g jw ^ - ^-«»Gr* Ogólne p ra w id ło w o ś c i d y fu z y jn e g o pow staw ania a u s t e n i t u w s t a l a c h węglowych po
?0
winny być s łu s z n e w p rz y p a d k u n a g r z a n ia s t a l i stopow ych powyżej tem pe
r a t u r z a k r e s u e u t e k t o i d a l n e g o . Je d n a k ż e pod wpływem p ie rw ia s tk ó w s to powych z m ie n ia ją s i ę w a ru n k i równowagi f a z co w yw ierać b ę d z ie o k r e ś lo ny wpływ na p r o c e s tw o r z e n ia s i ę a u s t e n i t u . M ożliw ość je d n o c z e s n e j dy
f u z j i węgla» ż e l a z a i p i e r w i a s t k a stopow ego, a ta k ż e m ożliw ość zmiany p r z y g r a n ic z n y c h k o n c e n t r a c j i f a z na p o w ie rz c h n ia c h r o z d z i a ł u kom pliku
j e p r o c e s d y fu z y jn e g o po w staw an ia a u s t e n i t u w s t a l a c h stopow ych i u - t r u d n i a a n a l i z ę te g o p r o c e s u .
W p r o c e s i e p o w staw an ia a u s t e n i t u i s t n i e j e o k r e s i n k u b a c j i , k t ó r y z a le ż y od s k ła d u c h em icz n eg o , s t r u k t u r y w y jścio w ej o ra z od te m p e r a tu r y . P rz y u sta lo n y m s k ł a d z i e chemicznym i s t r u k t u r z e w y jścio w ej w z ro s t tem
p e r a t u r y pow oduje s k r ó c e n ie c z a s u i n k u b a c j i . Na r y s . 19 p rz e d s ta w io n o w ykresy iz o te r m ic z n e g o tw o r z e n ia s i ę a u s t e n i t u w ż e liw ie s fe r o id a ln y m , z a w ie ra j4 c y m 1,74% S i ( l i n i a c i ą g ł a ) , 1,68% S i ( l i n i a k r e s k a - k ro p k a;
o ra z 1,65% S i ( l i n i a k re s k a - k r e s k a ) .
R ys. 19« Wykresy iz o te rm ic z n e g o tw o rz e n ia a u s t e n i t u w ż e liw a c h s f e r o - id a ln y c h
I l o ś ć a u s t e n i t u w ż e l i w i e z a w ie ra jąc y m 1,74% S i (1-1% , 2-10%„ 3-50%, 4-70% , 5-100%), 1,86% S i (6-1% , 7-100% ), 1,65% S i (8 - 1%, 9 - 100%)
W o d r ó ż n ie n iu od ż e liw a z g r a f i t e m płatkow ym , g d z ie r o z p u s z c z a n ie s i ę g r a f i t u z a c h o d z i in te n s y w n ie na c a ł e j g r a n ic y g r a f i t - f e r r y t , w że
21
li w i e s fe ro id a ln y m n a j b a r d z i e j in te n s y w n ie ro z p u s z c z a s i ę g r a f i t na s ty k a c h g r a n i c z i a r n f e r r y t u [32] . Szybkość r o z p u s z c z a n ia s i ę g r a f i t u r o ś n i e wraz z te m p e r a tu r ą o ra z ze z m n ie jsz e n ie m rozm iarów sfe ro id ó w g r a f i t u [3 3 ] • R o z p u szcz an ie s i ę g r a f i t u s f e r o id a ln e g o z a le ż y ró w n ież od s k ła d u chem icznego ż e liw a [34 - 36] • W ż e l i w i e s f e r o id a ln y m , po za
k o ń c z e n iu p rzem ian y p e r l i t u (.fe rry tu ,) w a u s t e n i t , ro z p u s z c z e n iu pozo
s t a ł y c h w ęglików i wyrównaniu z a w a r to ś c i w ę g la , a u s t e n i t c i ą g l e j e s z c z e b ę d z ie n ie je d n o ro d n y w s e n s ie r o z ł o ż e n i a w nim p ie rw ia s tk ó w s t o powych. G ra n ic e komórek e u te k ty c z n y c h o ra z t e m ie js c a , g d z ie znajdow a
ł y s i ę w ę g lik i b ęd ą b o g a ts z e w p i e r w i a s t k i w ę g lik o tw ó rc z e a u b o ż sz e w p i e r w i a s t k i n i e tw o rz ą c e w ęglików . D o p ie ro po dłuższym w y ż a rz a n iu kon
c e n t r a c j a p ie rw ia s tk ó w stopow ych w a u s t e n i c i e wyrównuje s i ę [19 - 2 2 ,3 7 , 3 8 ] . P rz e d s ta w io n y na r y s . 20 schem at iz o te n n ic z n e g o tw o rz e n ia je d n o ro d n eg o a u s t e n i t u w ż e liw ie s f e ro id a ln y m opracow ano na p o d sta w ie sch e
m atu tw o rz e n ia a u s t e n i t u w s t a l i , p rz e d ło ż o n e g o p rz e z G ulajew a P 5 ] -
Czas
R ys. 2 0 . Wykres iz o te r m ic z n e g o tw o rz e n ia a u s t e n i t u w ż e liw ie s f e r o i d a ł - nym
Na p o d s ta w ie o p is a n y c h w yżej p ra w id ło w o ś c i iz o te rm ic z n e g o pow sta
w ania a u s t e n i t u można wysnuć w n io s k i o m echanizm ie i k in e ty c e tw o rz e n i a a u s t e n i t u p o d c z a s c ią g łe g o g r z a n ia o ra z o wpływie s z y b k o ś c i g r z a - n i a na t e n p r o c e s . P rzem ian a p e r l i t u w a u s t e n i t może p r z e b ie g a ć zgod
Pozpuszczanie pozostotych węglików Ujednorodnienie wg węgla
. Ujednorodnienie wg pierwiastków stopowyd
n i e z wykresem równowagi t y l k o p o d c z a s b a rd z o wolnego n a g rz e w a n ia .P rz y w s z y s tk ic h r e a ln y c h s z y b k o ś c ia c h g r z a n i a p rz e m ia n a b ę d z ie z a c h o d z ić w pewnym z a k r e s i e te m p e r a tu r , tym wyższym, im w ię k sz a szy b k o ść g r z a n i a . P e r l i t p rz e g rz a n y powyżej te m p e r a tu ry Ac1 p rz e m ie n ia s i ę w a u s t e n i t z ró ż n ą s z y b k o ś c ią , z a l e ż n i e od s to p n ia p r z e g r z a n ia ( r y s . 2 1 ) . L in ie
oto
820 800 ,780 J“ 740
760J 720
----1----r - - Początek
----1----r... . przemiany P ^ A
\ v V2
V
, koniec przemiany P — A\ bC A
Cat Ai
Czas, min.
R ys. 2 1 . P rz e m ia n a p e r l i t u w a u s t e n i t w s t a l i 0,86% C [15]
R ys. 2 2 . Krzywe k i n e t y k i p rz e m ia ny p e r l i t u w a u s t e n i t
R ys. 23* Wpływ s z y b k o ś c i g r z a n i a na te m p e ra tu ry przem iany
p e r l i t u w a u s t e n i t
v 1 i v2 p r z e d s ta w ia ją g r z a n ie s t a l i z pewną o k r e ś lo n ą s z y b k o ś c ią . We
d łu g G ulajew a [29] , w o d ró ż n ie n iu od przem iany a u s t e n i t u w p e r l i t , p r z y pow staw aniu a u s t e n i t u sz y b k o ść g r z a n ia p ra w ie n i e wpływa n a te m p e ra tu r ę Ac ^ ( r y s . 22 i 2 3 ) .
23
N ie c o in n y c h a r a k t e r wpływu s z y b k o ś c i g r z a n ia na te m p e r a tu ry p rz e m ia ny A1 w e u t e k t o i d a l n e j s t a l i węglowej p rz y jm u je Popow(2 8 ]( r y s . 2 4 ) .
R ys. 24» Wpływ s z y b k o ś c i g r z a n ia n a tw o rz e n ie a u s t e n i t u w s t a l i e u te k t o i d a l n e j
1 - p o c z ą te k tw o rz e n ia a u s t e n i t u , 2 - k o n ie c ro z p u s z c z a n ia f e r r y t u , 3 - k o n ie c r o z p u s z c z a n ia c e m e n ty tu , 4 - p e łn e wyrównanie s k ła d u a u s t e n i t u ,
5 ,6 - d o ln a i g ó rn a k ry ty c z n a szybkość g r z a n ia
2 . 2 . 2 . P rzem iana Ar 1
P rzem ian a a u s t e n i t u w p e r l i t p o le g a n a r o z k ła d z ie a u s t e n i t u na p ra w ie c z y s te ż e la z o oC i cem en ty t
F e y iC ) — * “ F e ^ + Fe^C
P rz y te m p e ra tu r z e równowagi A^ p rz e m ia n a a u s t e n i t u w p e r l i t j e s t n i e m o żliw a, poniew aż p rz y t e j te m p e ra tu rz e e n e r g ie swobodne a u s t e n i t u i p e r l i t u s ą równe ( r y s . 1 3 ) . Im n i ż s z a b ę d z ie te m p e r a tu r a p r z e m i a n y ,t j . im w ię k sz e p r z e c h ło d z e n ie , tym w ię k sz a b ę d z ie r ó ż n ic a e n e r g i i swobod
n y c h i tym s z y b c ie j p r z e b ie g a p rz e m ia n a . Fazy p o w s ta ją c e w wyniku p rz e m iany p e r l i t y c z n e j r ó ż n i ą s i ę z n a c z n ie od f a z y w y jścio w ej ( a u s t e n i t u ) . Tymi fa z a m i s ą : f e r r y t , p raw ie w cale n i e z a w ie r a ją c y w ęgla i cem en ty t o z a w a r to ś c i 6 , 67% w ę g la . D la te g o p rzem iana a u s t e n i t —► p e r l i t tow arzy
szy d y f u z ja , p o łą c z o n a z przegrupow aniem atomów w ęg la. Szybkość dyfu
z j i ra p to w n ie z m n ie js z a s i ę p rz y o b n iż a n iu s i ę te m p e ra tu ry ; w zw iązku
24
z tym w z ro s t p r z e c h ło d z e n ia p r z e b ie g u p rz e m ia n y . Szybkość
A i ( 7 2 3 ° C )
d (~ 200 °C) Szybkość rozkładu- v Szybkość dyfuzji -D Różnica energii swobodnych -A F R y s. 25» Z a le ż n o ś ć s z y b k o ś c i r o z k ła d u a u s t e n i t u (krzyw a
s z y b k o ś c i d y f u z j i (krzyw a D) i r ó ż n ic y e n e r g i i swobodnych (krzyw a A F ) od s to p n ia p rz e
c h ło d z e n ia (te m p e r a tu r y )
p o w in ien wywołać z m n ie js z e n ie s z y b k o ś c i ro z k ła d u a u s t e n i t u p r z e d s ta w ia krzywa v n a r y s . 25* T w o rzen ie s i ę s t r u k t u r y p e r l i t y c z n e j j e s t procesem p o w sta
w ania zarodków i n a r a s t a n i a k ry s z ta łó w p e r l i t u ( r y s . 2 6 ) . S zybkość tw o rz e n ia s i ę s t r u k t u r y p e r l i t y c z n e j p r z e d s ta w ia ją krzywe na r y s . 27«
W początkowym o k r e s ie p rz e m ia n a od
bywa s i ę z b a rd z o m ałą s z y b k o ś c ią . J e s t t o ta k zwany o k re s in k u b a c y j
ny« k tó r y z a le ż y p rz e d e w szy stk im od p r z e c h ło d z e n ia i s k ła d u chem icznego [40 - 4 2 ] . O k res in k u b a c y jn y z m n ie j
s z a s i ę ze w zrostem p r z e c h ło d z e n ia . Z w ię k sz e n ie z a w a r to ś c i w ęgla w s t a l i z w ię k sz a o k re s in k u b a c y jn y .
P a ra m e tr l . z . j e s t b a rd z o w r a ż l i wy na zm iany w s t r u k t u r z e s t a l i lu b ż e liw a i z a le ż y od sp o so b u w y ta p ia - L.Z.
_ J __
m m 3s
mm/ss.k 0,007
0,005 4 W b - 3 - W 6 - 0,003 2 - 106 ■ 1-I 06 - 0,001
0
A \ / \
\
i/ <s \ \ J \
/ y 10
0 200 300>
—40Stopień przechłodzenia, °C Z?3 623 523 423 323
Temperatura przemiany, °C R ys. 2 6 . S zybkość n a r a s t a n i a k r y s z ta łó w ( s . k . ) i l i c z b a zarodków ( l .z .) p e r l i t u w z a l e ż n o ś c i od te m p e ra tu ry i s to p
n i a p r z e c h ło d z e n ia
Rys. 2 7 . Krzywe k in e ty c z n e p r z e m iany a u s t e n i t u w p e r l i t p rz y
różny ch te m p e ra tu ra c h ( t ^ t 2> t 3 . . . )
n i a , s to p n ia o d t l e n i e n i a , i l o ś c i n ie ro z p u s z c z o n y c h c z ą s t e k , s t o p n i a je d n o ro d n o ś c i i w ie lk o ś c i z i a r n a a u s t e n i t u . W ielkość s . k . p rz y danym s k ła d z i e chemicznym s t a j e s i ę n a t u r a l n ą c h a r a k te r y s ty k ą s t a l i , z a le ż n ą j e d y n ie od s to p n ia p r z e c h ło d z e n ia [ 4 3 ] .
P rz y o k r e ś l a n i u k i n e t y k i d y f u z y jn e j przem iany a u s t e n i t u duże zn acze
n i e p o s ia d a s t o p i e ń p r z e s y c e n ia a u s t e n i t u w s to s u n k u do p o w sta ją c y c h f a z . P ow staw anie ro z tw o ru s t a ł e g o oc j e s t m ożliw e t y l k o w ted y , k ied y p u n k t w ystępow ania ro z p a d a ją c e g o s i ę a u s t e n i t u z n a jd u je s i ę p o n iż e j l i n i i GS lu b j e j p r z e d łu ż e n ia (.ry s . 2 8 ) . J e ż e l i p u nkt t e n b ę d z ie s i ę z n a jd o w a ł p o n iż e j l i n i i E ’ S ’ ( lu b j e j p r z e d ł u ż e n i a ) , t o i s t n i e j e m o ż li
wość pow staw ania g r a f i t u , a w te m p e ra tu r a c h le ż ą c y c h p o n iż e j l i n i i ES ( lu b j e j p r z e d łu ż e n i a ) n i e t y l k o g r a f i t u a l e ta k że i c e m e n ty tu .Je d n o c z e sn e two
r z e n i e s i ę ro z tw o ru s t a ł e g o oc i g r a f i t u j e s t m ożliw e w tym p rz y p a d k u , k ie d y a u s t e n i t p rz e sycony j e s t zarówno względem g r a f i t u j a k i względem roztw o
r u s t a ł e g o cc* t o zn aczy k ie d y pu nkt w ystępow ania a u s t e n : t u znajdow ać s i ę b ę d z ie p o n iż e j p rz e d łu ż o n y c h l i n i i E ’ S ' i GS.
J e ż e l i p u nkt w ystępow ania au
s t e n i t u znajdow ać s i ę b ę d z ie p o n iż e j p rz e d łu ż o n y c h l i n i i GS i ES, t o a u s t e n i t b ę d z ie p rz e
sycony w sto su n k u do ro z tw o ru s t a ł e g o OC, g r a f i t u i w ę g lik a i d la t e g o możliwe j e s t tw o rz e n ie s i ę w s z y s tk ic h t r z e c h f a z . W z a l e ż n o ś c i od z a w a r to ś c i w ęgla w a u s t e n i c i e wyjściowym s to s u n e k s z y b k o ś c i tw o r z e n ia o d d z ie ln y c h f a z i s k ła d o wych s t r u k t u r a l n y c h pokazano na r y s . 29» S to su n e k s z y b k o ś c i tw o rz e n ia fiy s . 2 8 . S to su n e k s z y b k o ś c i tw o rz e
n i a o d d z ie ln y c h f a z i składow ych s t r u k t u r a l n y c h p rz y d ow olnie wybra
n e j te m p e r a tu r z e p o n iż e j l i n i i p r z e miany e u t e k t o i d a l n e j
26
o d d z ie ln y c h f a z i skład o w y ch s t r u k t u r a l n y c h o ra z w ykresy k i n e t y k i i z o - te rm ic z n e j p rzem ian y a u s t e n i t u p rz e d s ta w io n o na r y s . 30.
Koncentracja węgla, % Szybkość tworzenia oddzielnych faz i składowych strukturalnych
R ys. 2 9 . S to s u n e k s z y b k o ś c i tw o r z e n ia o d d z ie ln y c h f a z i składow ych s t r u k t u r a l n y c h p rz y ró ż n y c h te m p e r a tu r a c h (b ez u w z g lę d n ie n ia zmiany
s k ła d u a u s t e n i t u w p r o c e s i e przem iany)
Szybkość tworzenia oddziel- Igt
nych faz ¡składowych strukturalnych
R y s. 3 0 . S to su n e k s z y b k o ś c i tw o rz e n ia o d d z ie ln y c h f a z i składow ych s t r u k t u r a l n y c h p rz y ró ż n y c h te m p e r a tu r a c h (lew a c z ę ś ć ry su n k u ; o ra z wy
k r e s y k i n e t y k i iz o te r m ic z n e j p rzem iany a u s t e n i t u n a d e u te k to id a ln e g o (praw a c z ę ś ć ry su n k u )
P rz e d s ta w io n e w ykresy n i e u w z g lę d n ia ją zmiany s k ła d u a u s t e n i t u pod wpływem cz ę śc io w e g o tw o r z e n ia s i ę o d d z ie ln y c h f a z lu b składow ych s t r u k t u r a l n y c h . W r z e c z y w i s t o ś c i p ro c e s y t e mogą spowodować i s t o t n ą zmianę
27
s k ła d u n ie p r z e m ie n io n e j c z ę ś c i a u s t e n i t u i co za tym i d z i e zm ianę k i n e t y k i p rz e m ia n y . S z c z e g ó ln ie duży wpływ n a zm ianę s k ła d u n ie p rz e m ie n io n e j c z ę ś c i a u s t e n i t u powinno m ieć pow staw anie t a k i c h f a z , j a k f e r r y t , cem en ty t lu b g r a f i t . Wpływ p ie rw ia s tk ó w stopow ych o b n iż a ją c y c h te m p e r a tu r y prze m ian y cC -S ffy o ra z p o d w y ższający ch te m p e r a tu ry p rz e m ia - n y c C ^ l f na szy b k o ść ró ż n y c h procesów p rz e m ia n y , m ożliw ych p rz y danych s to p n ia c h p r z e c h ło d z e n ia , p rz e d s ta w io n o n a r y s . 31 i 3 2 . N ale ży j e d n a k u w z g lę d n ia ć , że d y fu z y jn y ro z p a d a u s t e n i t u z a le ż y n i e t y l k o od s to p n i a p r z e s y c e n ia a u s t e n i t u , a l e ta k ż e od w sp ó łc z y n n ik a d y f u z j i p ie rw ia s t
ków stopow ych [44»453i od wpływu p ie rw ia s tk ó w stopow ych n a w spółczyn
n i k i d y f u z j i w ęgla i t p . J e ś l i p r z y j ą ć , że sum aryczne d z i a ł a n i e p ozo-
a) c)
R ys. 31* I z o te r m ic z n e p r z e k r o je p o tr ó jn e g o u k ła d u ż e la z o - w ę g ie l- p i e r w i a s t e k stopowy o b n iż a ją c y te m p e r a tu r ę przem ianyoCStyw te m p e ra tu r a c h powyżej 723°C (a ) i p o n iż e j (b ) o ra z możliwy c h a r a k t e r wpływu p i e r w iastków stopow ych na szy b k o ść ró ż n y c h p rzem ian d y fu z y jn y c h ( c , d ) , y c , y c 2 i f c - p o la a u s t e n i t u z z a w a rto ś c ia m i w ęgla C1 , Cg, C .
“1 u3
Zawartość węgla,% Szybkość przemiany
R ys. 3 2 . I z o te r m ic z n e p r z e k r o j e p o tr ó jn e g o u k ła d u ż e la z o - w ę g ie l - p i e r w i a s t e k stopow y p o d w y ższający te m p e ra tu ry przem ianyccs^w tem p e ra
t u r a c h pow yżej 723 C ( a ) i p o n iż e j (b ) o ra z możliwy c h a r a k t e r wpływu p i e r w i a s t k a stopow ego n a szy b k o ść ró ż n y c h p rz e m ia n d y fu z y jn y c h ( c ,d ) ,
y ° , y c . y c - p o la a u s t e n i t u z z a w a rto ś c ia m i w ęgla C1 , C2 ,
R ys. 33*
eo
g1
16<Z t . ,2
I 5
| 0
Zawartość
Wpływ p ie rw ia s tk ó w stopow ych na w sp ó łc z y n n ik d y f u z j i w ęgla w ż e l a z i e B O
s t a ł y c h czynników b ę d z ie o p ó źn iać p ro c e s y d y fu z y jn e p rz y w z ro ś c ie za
w a r t o ś c i p i e r w i a s t k a stopow ego, t o c h a r a k t e r zm iany s z y b k o ś c i procesów d y fu z y jn y c h p r z e d s ta w ia ją na r y s . 3 1 , 32 l i n i e p rz e ry w a n e . J e ś l i suma
r y c z n e o d d z ia ły w a n ie p o z o s ta ły c h czynników s p r z y ja p r z y s p ie s z e n iu p ro cesów d y fu z y jn y c h p rz y w z ro ś c ie z a w a r to ś c i p i e r w i a s t k a stopow ego, t o r z e c z y w is tą szy b k o ść ró ż n y c h procesów p r z e d s t a w i a j ą na r y s . 3 1 , 32 l i n i e k re s k a - k ro p k a . P i e r w i a s t k i stopow e w y w ie ra ją duży wpływ na w spół
c z y n n ik d y f u z j i w ęgla w ż e l a z i e ( r y s . 3 3 ) .
' Na r y s . 34 p rz e d s ta w io n o wg Po
powa (j2s] wpływ s z y b k o ś c i c h ło d z e n ia na te m p e ra tu ry ro z p a d u a u s t e n i t u w s t a l i w ęglow ej n a d - e u t e k t o i d a l n e j z uw zg lęd n ien iem m o ż liw o śc i tw o rz e n ia g r a f i t u i m ie sz a n in y f e r r y t - g r a f i t . C h a r a k t e r wpływu s z y b k o ś c i c h ło d z e n ia na te m p e r a tu ry d y f u z y j
n e j przem iany a u s t e n i t u p rz e d staw io n y p rz e z G u lajew a 0 5 ] po
kazano na r y s . 3 5 . P odobnie u j muje t o z a g a d n ie n ie B ł a n t i e r
[ 4 4 ] .
B ad an ia d y f u z y jn e j przem iany a u s t e n i t u w ż e liw ie u m o ż liw iły o p racow anie wykresów p r z e d s t a w ionych na r y s . 3 6 . L in ia WB o- z n a c z a w y d z ie la n ie s i ę g r a f i t u z p rz e c h ło d z o n e g o a u s te n itu » wy
d z i e l a n i e s i ę g r a f i t u za czy n a s i ę od samego p o c z ą tk u tr w a n ia p rzem iany, poniew aż ż e liw o s z a r e z a w ie ra j u ż g r a f i t i n a w a rs tw ie n ie na nim g r a f i t u e u te k to id a ln e g o z a c h o d z i b e z in k u b a c y jn ie . L in ia CD w yznacza po
c z ą te k w y d z ie la n ia s i ę f e r r y t u , ME - c e m e n ty tu , PJ - k o n ie c ro z p a d u au
s t e n i t u , MH - k o n ie c ro z p a d u c e m e n ty tu e u te k to id a ln e g o . Szybkość chtodzenia
R y s. 34« Wpływ s z y b k o ś c i c h ło d z e n ia n a te m p e ra tu ry ro z p a d u a u s t e n i t u w
s t a l i n a d e u te k to id a ln e j
1 - p o c z ą te k tw o rz e n ia s i ę m ie s z a n i
n y f e r r y t - g r a f i t , 2 - p o c z ą te k two
r z e n i a s i ę m ie sz a n in y f e r r y t - wę
g l i k , 3 - k o n ie c p rz e m ian y , 4 - p r z y s ta n e k p rz e m ia n y , 5 - p o c z ą te k two
r z e n i a s i ę m a rte n z y tu , 6 - p o c z ą te k tw o r z e n ia s i ę g r a f i t u , 7 - p o c z ą te k
tw o rz e n ia s i ę w ę g lik a
R ys.
Czas
35« Wykres a n iz o te r m ic z n y ro z p a d u a u s t e n i t u
W ż e liw ie s f e ro id a ln y m i z o t e r - m iczna p rzem ia n a a u s t e n i t u może p r z e b ie g a ć zarów no w w yniku p ro s t e j p rzem iany a u s t e n i t —» - f e r r y t + g r a f i t , j a k t e ż i p o ś r e d n io poprzez ro z p a d c e m en ty tu ( r y s . 36 a i b } . Tłum aczy s i ę t o n ie je d n o r o d n o ś c ią a u s t e n i t u o ra z tym , że z a k re s y dy
f u z y j n e j p rzem ian y a u s t e n i t u w u - k ła d z ie m e ta s ta b iln y m i s ta b iln y m c z ęścio w o s i ę p o k ry w a ją .
O) b)
R ys. 3 6 . W ykresy i z o te r m ic z n e j p rzem ia n y a u s t e n i t u w ż e l i w i e [pi]]
2 .2 .3 * Rozpad c e m e n ty tu
W z a k r e s i e te m p e r a tu r przem iany A1 w ż e liw ie s f e ro id a ln y m ja k t e ż p rz e d i po t e j p rz e m ia n ie może z a c h o d z ić ro z p a d c e m e n ty tu . Rozpad c e m e n ty tu ( g r a f i t y z a c j a ) p o l e g a n a d y f u z j i atomów w ęgla ku zarodkom g r a - f i t y z a c j i p o p rz e z w arstw ę r o z tw o ru s t a ł e g o , t j . a u s t e n i t u lu b f e r r y t u . S zybkość ro z p a d u c e m e n ty tu z a le ż y w pierw szym r z ę d z i e od te m p e ra tu ry i s k ła d u chem icznego ż e liw a . Ze w zrostem te m p e ra tu ry w y ż a rz a n ia szy b k o ść ro z p a d u ce m e n ty tu w z r a s ta . S ch w artz r o z p a t r u j e g r a f i t y z a c j ę ż e l i wa b i a ł e g o w s t a n i e sta ły m ja k o s k ł a d a j ą c ą s i ę z c z t e r e c h podstawowych p ro c e só w . Są to s
- d y s o c ja c ja c e m e n ty tu na atomy ż e la z a i w ęg la;
31
w 1.0
0.8
f
l « 6
£ 'gQ4
I
0,2M p o d o k re ^ fj
Grafityzacja 1 f j f i f ' I podokres
/ łJ II/I
r 2Kryst/ .1 podokres fąjtbzja Dysoęjaęja.
Rys
- r o z p u s z c z a n ie s i ę atomów w ęgla ze zdysocjow anego c e m e n ty tu w au
s t e n i c i e , t j . p rz e c h o d z e n ie do ro z tw o ru ;
- d y f u z ja atomów w ęgla p o p rz e z a u s t e n i t do zarodków g r a f i t y z a c j i o - r a z
- k r y s t a l i z a c j a atomów w ęgla n a z a ro d k a c h g r a f i t y z a c j i .
Na r y s . 37 p rz e d s ta w io n o p rz e b ie g g r a f i t y z a c j i w z a l e ż n o ś c i od c z a s u , wyznaczono t e ż wypad
kową krzywą g r a f i t y z a c j i , p o s t ę p u ją c ą według p ro c e s u podstaw o
wego, k tó r y w danym momencie za
c h o d z i n a j w o l n i e j .
W dalszy m c ią g u p ra c y p rz e d sta w io n o wpływ n i e k tó r y c h p i e r w iastków na sz y b k o ść p ro c e s u g r a f i t y z a c j i c e m e n ty tu e u te k - ty c z n e g o i e u te k to id a ln e g o w ż e l i w i e s fe ro id a ln y m . Krzem wy
w ie ra i s t o t n y wpływ na ro zp ad c e m e n ty tu e u te k ty c z n e g o [4 7 ] ł wpływ te g o p ie r w ia s tk a j e s t b a r dzo w yraźny p rzy n iż s z y c h tem p e r a tu r a c h w y ż a rz a n ia ( r y s . 3 8 ) . Z w ięk szen ie z a w a r to ś c i krzemu od 1 do 3% .zw iększa szybkość ro z p a d u c e m e n ty tu e u te k ty c z n e g o od 6 do 8 r a z y [ 4 8 ] . Na te m a t wpływu manganu n a ro z p a d cemen
t y t u e u te k ty c z n e g o w ż e liw ie s f e r o id a ln y m b ra k j e s t danych l i te r a tu r o w y c h . F o s f o r w i l o ś c i a c h s p o ty k a n y c h w fe rry ty c z n y m ż e l i w ie s fe ro id a ln y m w z a s a d z ie n i e
- - » » - * -
M O M i , w y ż a rz a n ia : “ « • « » » “ •'W»-
1 - 920°C, 2 - 900°C, 3 - 850°C 32
Czas
. 37« Szybkość g r a f i t y z a c j i w z a l e ż n o ś c i od p ro c e s u
1 - d y s o c ja c ja c e m e n ty tu , 2 - r o z p u s z c z a n ie w ęgla w r o z tw o r z e , 3 - d y f u z ja w ę g la , 4 - k r y s t a l i z a c j a W - s t o p i e ń g r a f i t y z a c j i , t - c z a s
W aszczenki [48] szy b k o ść ro z p a d u c em en ty tu w ż e liw ie z g r a f ite m s f e r o i dalnym j e s t 15-20% w ię k sz a n i ż w ż e l i w i e z g r a f i t e m płatkow ym .
R ys. 39 . Wpływ chromu na ro zp ad c e m e n ty tu e u te k ty c z n e g o [49]
S k ład chem iczny d l a krzyw ych 1 ,2 ,3 - 3,1% C, 2,52% S i , 0,69% Mn. 0,3% C r, d l a krzyw ej 4 - 3,2% C, 2,5% S i , 0 , 7 o%
Mn. T e m p e ra tu ry w y ż a rz a n ia : 1 ~ 0980 C, 2 - 950 C, 3 - 900 C, 4 - 950 C
Chrom w ż e l i w i e s f e r o id a ln y m w y ra ź n ie z m n ie js z a szy b k o ść ro z p a d u cemen
t y t u e u te k ty c z n e g o (.ry s . 39)» Wpływ krzem u i chromu n a p r o c e s g r a f i t y z a c j i c e m e n ty tu e u te k to id a ln e g o p rz e d s ta w io n o n a r y s . 4 0 .
R ys. 4 0 . Wpływ chromu i krzemu na ro z p a d cem e n ty tu e u te k to id a ln e g o [5 0 ]
Z p rz e b ie g u krzyw ych w ynika, że im w yższa z a w a rto ś ć krzemu w ż e liw ie , tym w ię c e j p o tr z e b a chromu do s t a b i l i z a c j i c e m en ty tu e u te k to id a ln e g o . Krzem, ja k k o lw ie k w b a rd z o małym s to p n iu ro z p u sz c z o n y w c e m e n ty c ie , wpływa na je g o ro z p a d p o p rze z zm ianę a k ty w n o śc i atomów ż e la z a ,c h ro m u i w ę g la . Ze w zrostem z a w a r to ś c i manganu z w ię k sz a s i ę c z a s p o trz e b n y d la g r a f i t y z a c j i c e m e n ty tu e u te k to id a ln e g o ( r y s . 4 1 ) . Wpływ f o s f o r u na g r a - f i t y z a c j ę c e m e n ty tu e u te k to id a ln e g o p rz e d s ta w io n o na r y s . 4 2 .Z w iększe
n i e z a w a r to ś c i f o s f o r u powoduje z w ię k s z e n ie i l o ś c i n ie ro z ło ż o n e g o p e r l i t u , k tó r y w p rzy p ad k u i s t n i e n i a w s t r u k t u r z e w y d z ie le ń e u t e k t y k i f o s f o r o w e j, g r u p u je s i ę wokół n i c h .
Hys. 4 1 . Wpływ manganu na rozpad cem entytu e u te k to id a ln e g o (47] Sk ład ż e liw a d la krzywych: 1 ,2 - 3,256 G, 2,9% S i , 0,47% Mh, 3»4-3>256C , 2,8% S i , 0,75% lin» Temperatura wyżarzania* 1 ,3 - 740 C, 2 , 4 - 700 C
R ys. 4 2 . Wpływ f o s f o r u na rozpad cem entytu e u te k to id a ln e g o |j5 lj . Tem
p eratu ra w yżarzania 740°C
34
D la o k r e ś l e n i a k i n e t y k i g r a f i t y z a c j i ż e liw a s f e r o id a ln e g o w I I s t a dium , p o le g a ją c y m na p rz e m ia n ie p e r l i t u 0-ub in n e g o s k ła d n ik a będącego w ynikiem ro z p a d u a u s t e n i t u ) n a f e r r y t i g r a f i t , B urkę (32] z a s to s o w a ł n a s tę p u ją c y w zór:
g d z i e : W - s t o p i e ń p rz e m ia n y , t - c z a s , kw,n - w s p ó łc z y n n ik i.
Wpływu p ie rw ia s tk ó w n a g r a f i t y z a c j ę ż e liw a s f e r o id a ln e g o n i e u d a ło s i ę d o ty c h c z a s w y ra z ić p ro s ty m i z a le ż n o ś c ia m i, zarów no p rz y o d d z ia ły w a n iu p o jed y n czy m , a tym b a r d z i e j kompleksowym. Dane z p ra c badaw czych [
32
]w s k a z u ją na t o , że wpływ o k re ś lo n e g o p i e r w i a s t k a na g r a f i t y z a c j ę n i e j e s t w y łą c z n ie f u n k c j ą j e g o z a w a r to ś c i w ż e l i w i e , le c z z a le ż y ta k ż e od o b e c n o ś c i i i l o ś c i in n y c h p ie rw ia s tk ó w w s k ł a d z i e ż e liw a .
