ŽELEZO A JEHO SLITINY

ŽELEZO A JEHO SLITINY

Ing. V. Kraus, CSc.

Opakování z Nauky o materiálu

1

ČISTÉ ŽELEZO      



Atomové číslo 26 hmotnost 55,874 hustota 7,87 g.cm-3 vodivé, houževnaté, měkké A ∼ 50 %, Z ∼ 90 % pevnost 180 až 250 MPa, tvrdost 45 až 55 HV feromagnetické vlastnosti Curieova teplota 768 °C

Polymorfní 



kubická prostorově centrovaná α, β, δ - (2,86 .10-10 m) kubická plošně centrovaná γ (3,6 .10-10 m)

tepelná hystereze – A , A

Opakování z Nauky o materiálu

c3

r3

2

Křivky ohřevu a chladnutí čistého železa

Opakování z Nauky o materiálu

3

SLITINY ŽELEZA S UHLÍKEM Dle stability:  stabilní Fe – C  metastabilní Fe – Fe3C Stabilita závisí na:  přítomnosti dalších prvků (čistota)  rychlosti ochlazování  obsahu uhlíku

C – grafit  

šesterečná mřížka nízká pevnost v tahu

Fe3C - cementit  

 

orthorombická mřížka slabé magnetické vlastnosti ztrácí při 217 °C tvrdý, křehký, 700-800 HV není stabilní nad cca 400 °C se rozpadá (grafitizace) -

Opakování z Nauky o materiálu

4

Rovnovážný diagram Fe-Fe3C (Fe-C)

Opakování z Nauky o materiálu

5

Rovnovážný diagram Fe-Fe3C (Fe-C) Teploty bodů a čar /o C/ A N H –J – B A–C–F G M–O P–S–K D E´ - C´ - F´ P´ - S´ -K´

1 536 1 499 1 392 1 147 911 760 727 1 360 1 153 738

Koncentrace bodů /% C/ A A J B E C F S P Q C´ E´ S´ P´

Opakování z Nauky o materiálu

0,00 0,10 0,16 0,51 2,11 4,30 6,68 0,80 0,02 10-7 4,26 2,08 0,69 0,018

6

DOPROVODNÉ PRVKY

(ze surovin event. metalurgického proceesu)

Prospěšné

Škodlivé 

S – zhoršení tvařitelnosti za



zhoršení plasticity, desoxidační a desulfurizační přísada, rozšiřuje pole austenitu

tepla – FeS, MnS 

P – křehkost za studena – u litin zlepšuje zabíhavost -



O – křehkost za tepla i za



 

H – mikrotrhliny, vločky N – stárnutí ocelí stopové prvky - Pb, As, Sb, Sn apod.

Si – desoxidační přísada, více

zvyšuje pevnost za studena, zhoršuje tvařitelnost, uzavírá pole γ

studena, sklon k lomům 

Mn – zvyšuje pevnost bez



Cu – zhoršení tvařitelnosti za tepla, možnost vytvrzování

Opakování z Nauky o materiálu

7

LEGUJÍCÍ (SLITINOVÉ) PRVKY 

dle vztahu k uhlíku:  



karbidotvorné (Cr, V, Mo, W ) netvořící karbidy (Si, Ni, Al)

dle ovlivnění diagramu:  

austenitotvorné (Mn, Ni, N) feritotvorné (Cr, Mo, Si, V)

Opakování z Nauky o materiálu

8

VÝROBA SUROVÉHO ŽELEZA Vstup:   

ruda vápenec vzduch

Výstup:   

surové železo struska kychtový plyn Opakování z Nauky o materiálu

9

ZKUJŇOVÁNÍ Odstranění nežádoucích prvků obvykle oxidací

Pochody: 

rudný - 85% tekuté surové železo + odpad - vytvoření varu ruda, okuje ev. kyslík



odpadový (šrotový) - tuhá vsázka + surové železo a ruda (vytvoření varu)

Pece:  Siemens-martinské pece – dnes 25 %  elektrické obloukové pece – vyšší výkon i kvalita  elektrické pece frekvenční – pouze přetavování  kyslíkové konvertory – dnes 60%, moderní Opakování z Nauky o materiálu

Schéma kyslíkového konvertoru 10

DESOXIDACE OCELI  







srážecí - vyšší množství zplodin, jednoduchá a rychlá difúzní - reakce mezi struskou a lázní - stahování strusky, dlouhá doba, nákladná, výhodnější vakuová rafinace - tavení ve vakuu 10-(1 až 3) Pa (nejen odplynění, ale i odstranění stopových prvků Pb, As, Bi, Zn ap.) - odlévání ve vakuu (různé způsoby) - odplynění i desoxidace elektrostruskové přetavování - materiál jako tyčová elektroda - natavování v přehřáté vodivé strusce - (desoxidace i odsíření) syntetické strusky - dvě pece - smíchání kovové a struskové lázně - náročné, nákladné Opakování z Nauky o materiálu

11

DRUHY OCELÍ Dle obsahu FeO a způsobu krystalizace: 

uklidněné - úplná desoxidace - ve ztracené hlavě ingotu centrální staženina (lunkr) - ztráty u obvyklých ocelí 20%, u nástrojových až 40% nízké využití - celkově cca 20% výroby





neuklidněné - bez nebo s částečnou desoxidací (vyšší obsah FeO než je rovnovážný) - při lití reakce s uhlíkem (sekundární var oceli - bubliny CO unikají z oceli a částečně zůstávají v kovu zavřeny) - menší staženina neb bez ní - nutnost bublin bez oxidace, během tváření svaření - větší výtěžnost, dobrá svařitelnost, nižší vměstkovitost polouklidněné - desoxidace FeMn + část. FeSi (Si do 0,15%) - nižší sekundární var a jeho zastavení při krystalizaci (ovlivnění tlakem ev. desoxidací) - malá staženina (plechy) Opakování z Nauky o materiálu

12

DESOXIDACE OCELI

Obsah kyslíku v různých typech oceli /1-uklidněná, 2-polouklidněná, 3-neuklidněná se zastaveným varem,4,5-neuklidněná/ Opakování z Nauky o materiálu

13

KRYSTALIZACE OCELI Krystalizace - obecně tři pásma ●

I. pásmo (primární) - vysoké přechlazení jemné směrově neorientované rovnoosé globulitické krystality -

●

II. pásmo (transkrystalizační) - směrově

orientované dendrity ve směru odvodu tepla (kolumnární dendrity-sloupkovité krystality) nastává i výrazné odměšování (S, P, C) ●

III. pásmo (terciální, střední) - neorientované velké globulitické krystality

Odmíšení - nestejnoměrnost chemického složení 

dendritické - rozdíl mezi složením os a meziosními výplněmi krystalitů - (likvace)



Schéma krystalických zón v ingotu z uklidněné oceli

pásmové - od povrchu do středu ingotu (hlavně P a S)

Opakování z Nauky o materiálu

14