6. FÁZOVÉ PŘEMĚNY KOVOVÝCH SOUSTAVÁCH Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
KRYSTALIZACE KOVŮ • Fázová přeměna s růstem řízeným přenosem tepla • Mechanismus je charakterizován vznikem stabilních zárodků a jejich následným růstem • Základní podmínkou pro uskutečnění tohoto mechanismu je dostatečně velké přechlazení taveniny Krystalizace čistých kovů: • Homogenní nukleace • Heterogenní nukleace
HOMOGENNÍ NUKLEACE • Proces, kdy v tavenině vznikají shluky atomů, které mají vzájemnou polohu, jaká odpovídá jejich krystalickému uspořádání
• Shluky se mohou rozpadat, stabilizovat a dále růst • Stabilní zárodky vzniknou, když jejich volná entalpie je nižší než volná entalpie kapalného stavu
HETEROGENNÍ NUKLEACE • Proces energeticky výhodnější než homogenní nukleace – změna volné entalpie spojená s tvorbou zárodků při heterogenní nukleaci je menší než tatáž veličina při nukleaci homogenní • Změny při vzniku zárodků: • Vytvoří se povrch mezi fázemi krystal a tavenina, čemuž odpovídá přírůstek povrchové energie. • Mezi fázemi podložka a tavenina vymizí povrch kruhového tvaru o ploše odpovídající základně kulové úseče. Stejný povrch se vytvoří mezi fázemi podložka a krystal. • V objemu kulové úseče je fáze tavenina nahrazena fází krystal, což způsobí změnu volné entalpie.
RŮST KRYSTALŮ • Proces růstu je závislý na několika faktorech – velikosti přechlazení, difuzi, povrchovém napětí … • Rychlost růstu je závislá na velikosti přechlazení • Tvar rostoucího krystalu je závislý na tepelných podmínkách v okolí fázového rozhraní • Analýza tepelných podmínek na rozhraní tavenina – rostoucí krystal poskytuje informace o typu krystalizace
FÁZOVÉ PŘEMĚNY V TUHÉM STAVU • 1. homogenní – chybí stádium nukleace a nevznikají fázová rozhraní • 2. heterogenní – formou nukleace a růstu za vzniku nových fázových rozhraní • Polymorfní přeměny, masivní přeměny, rozpad přesyceného tuhého roztoku (precipitace), eutektoidní a bainitické přeměny
POLYMORFNÍ PŘEMĚNY • Fázové přeměny, při kterých se mění typ krystalické mřížky • Polymorfie – schopnost kovu měnit krystalickou stavbu • Způsobeny změnou charakteru meziatomových sil nebo změnou typu vazby – následek – změny fyzikálních vlastností • Mechanismus masivní transformace – přeměna řízená smykovým mechanismem
EUTEKTOIDNÍ TRANSFORMACE • Vznik perlitu z austenitu • Aby se mohl tvořit perlit, musí vzniknout jak zárodek feritu, tak zárodek cementitu – jeden ze zárodků vzniká jako první a zahajuje perlitickou reakci – aktivní zárodek perlitu • Základním znakem, který charakterizuje perlitickou reakci je její stacionárnost – podmínky na rozhraní austenit/perlit se v průběhu reakce nemění
BAINITICKÁ TRANSFORMACE • Kombinace semikoherentní mřížkové transformace a precipitace karbidů • Základem je difuze uhlíku uvnitř austenitu, martenzitická transformace ochuzených oblastí austenitu a precipitace karbidů • Horní bainit – vyloučení na hranici feritických částic • Spodní bainit – větší část karbidů vyloučena uvnitř desek feritu
MARTENZITICKÁ TRANSFORMACE • Chemické složení vznikajícího martenzitu je totožné se složením původního austenitu • Přesuny atomů při transformaci jsou možné jen na vzdálenost kratší než je meziatomová vzdálenost v mřížce
• Podmíněna existencí zárodků a jejich růstem – velmi velká rychlost růstu částic • Tato deformace se uskutečňuje skluzem nebo tvorbou dvojčat, tvorbou vrstevných chyb
6. FÁZOVÉ PŘEMĚNY KOVOVÝCH SOUSTAVÁCH Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
