1

1

AAcélok nemegyensúlyi célok nemegyensúlyi átalakulásaiátalakulásai

BMEANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2003/04

Dr. Krállics Györgykrallics@eik.bme.hu

2

• az egyensúlyi és a nemegyensúlyi átalakulások fogalmát;

• a γ-α nemegyensúlyi átalakulások fajtáit (perlites, bénites, martenzites) és jellemzoit;

• az acélok alapveto hokezeléseit;• az acélok mikroszerkezete és mechanikai

tulajdonságai közti kapcsolatot.

Az eloadás fo pontjai

3

Fe-C ikerdiagram

hipoeutektoidos hipereutektoidosacélok

Egyensúlyi diagramok

4

A vas (acél) allotrop átalakulásaiA vas allotróp módosulatai: α -Fe, γ-Fe és d-Fe.A vasötvözetek hokezelésénél alapveto az α ->γ és a γ->αátalakulás. Az elsonél fajtérfogat cs ökkenés, a másodiknál növekedés történik.γ->α fázisátalakulás: A folyamat három fontos paramétere a szabadentalpia változás, a szilárd állapotbeli kristályosodási képesség és a diffúziós tényezo.

Gα

Gγ∆T1

∆T2

T2 T1 A1

T

G∆G2 ∆G1

∆T

NSN1

N2v2

v1

v1<v2

túlhutés

NNS

2

5

y

log (t)

Állandó T

0

0.5

1

t0.5

Inkubációs ido Az átalakulás idobeli elorehaladása

( )

−=

−=

−−=

RTQ

Ar

tr

kty n

exp

sebességeátalakulásaz1exp1

5.0

Az Avrami egyenlet a fázisátalakulást írja le:

A fázisátalakulás idobeli lefolyása

6

log tt1t2t3

T1

T3

T2

?TA1

C-görbe

diffúzió hatása

túlhutés hatása

Hom

érsé

klet

A γ-α átalakulás idoszükséglete(C görbe)

A túlhutés azonos módon befolyásolja a kristályosodási képességet és a szabadentalpia változását, csökkenti az átalakulás kezdetének idopontját. A diffúziós tényezore a homérséklet ellentétes módon hat. Minél kisebb a homérséklet, annál hosszabb az átalakulás ideje.

7

Eutektoidos acél izotermikus átalakulási diagramja (TTT)

10 103 105 Ido (s)10-1

400

600

800T(°C)

Ausztenit (stabil)

200

P

B

A1

0% 100%

50%

100%bénit

100% perlitA

A

Ms

γ

γγγ

γ γ

γ

Perlit mennyisége1

0t

Perlit/bénit határ

8

A reakciósebességa túlhutéssel no (∆T).

Perlites átalakulás

γαααα

α

α

Perlitnövekedésiirány

Ausztenit (γ)szemcse-határ

Cementit (Fe3C)

Ferrit (α)

γα

αγ γ

α

Szénatomokdiffúziója

675°C ∆T kicsi

1 10 103 104

ido (s)

0

50

100

Per

lit%

0

50

100

600°C

∆T nagy650°C

aus

zten

it%

Csíraképzodéssel lejátszódódiffúziós folyamat.

3

9

Ttransf közvetlenül az A1 homérséklet alatt:

nagyobb T, gyorsabbdiffúzió.

Perlit szerkezete

Kisebb ∆T,durvább lemezek

Ttransf jóval az A1 homérséklet alatt:

kisebb T, lassúbb diffúzió.

Nagyobb ∆T,finomabb lemezek

10µm

10

Bénites átalakulás

10 103 105 Ido (s)10-1

400

600

800T(°C)

Ausztenit (stabil)

200

P

B

0% 100%

50%

A

A

Ms

Bénit mennyisége1

0 t

Perlit/bénit határ

A1

Felso bénit

Alsó bénit

11

Bénit szerkezete

350-550 °C 200-350 °C

Cementit

Ferrit

Felso bénit Alsó bénitMartenzit

Martenzit

CementitFerrit

Ferrittuk és hosszú cementit részecskék elegye

Vékony ferrit lemezek és nyújtottcementit részecskék elegye

Az átalakulás sebességét alapvetoen a diffúzió (kevésbé a csiraképzodés) befolyásolja. A viszonylag kis homérsékletmiatt nagyon finom struktúra jön létre.

γ α

Fe3C

12

Szferoidit keletkezése

10 103 105 Ido (s)10-1

400

600

800T(°C)

Ausztenit (stabil)

200

P

B

0% 100%

50%

A

A

Ms

A1

60 µm

α(ferrit)

Fe3C (cementit)

Szferoidit

Hosszú ido alatt a perlit/bénit szerkezete átalakul (diffúzió) és apró Fe3C gömbök jönnek létre a ferrit mátrixban.

4

13

Martenzites átalakulás

10 103 10510-1

400

600

800T(°C)

Ausztenit (stabil)

200

P

B

A

AMs

A1

0% M50% M90% M

Kezdeti homogén fázisból (γ) az átalakulás során homogén fázis (m) keletkezik, csiraképzodés nélkül. Nagy lehulési sebesség esetén jön létre. Diffúzió nélküli átalakulás, a másodperc törtrésze alatt megy végbe.

Martenzit tukAusztenit

60µ m

s

Ido (µs)

Martenzitmennyisége

0.5

14

Bain modell

Az ausztenit f.k.k rácsa tartalmazza a martenzit tetragonális rácsát (kék cella), és meghatározott kristálytani kapcsolat áll fenn a két rács között.

xγ

yγ

ymxm

zγ zm

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]100 1 1 0 , 010 110 , 001 001m m mγ γγ

↑↑ ↑ ↑ ↑↑

szén %

aγ

am

cm

rácsparaméter

15

Ms és Mf homérséklet széntartalom függése

Ms

Mf

GO

SP

0.6 1.0 C%

T

Tus martenzit

Lemezes martenzitTus+lemezes

16

Hipo- és hipereutektoidos acél izotermikus átalakulása

10 103 105

Ido (s)10-1

400

600

800T(°C)

200

P

B

A

A

Ms

A1

A3FerritAusztenit (stabil)

M

10 103 105

Ido (s)10-1

400

600

800T(°C)

200

P

B

A

A

Ms

A1

Ac mCementitAusztenit (stabil)

M

Proeutektoidosferrit

Proeutektoidoscementit

5

17

Eutektoidos acél folyamatos átalakulása

10 103 105 Ido (s)10-1

400

600

800T(°C)

Ausztenit (stabil)

200

A

AMs

A1

4321

1. Edzés (víz): Martenzit 2. Edzés (olaj): Perlit+bénit+martenzit 3. Normalizálás: finom perlit 4. Lágyítás: durva lemezes perlit

Kritikus lehulés

Perlit folyamatos átalakulásának kezdetevégeB

18

Acél alapveto hokezelési eljárásai

• Edzés • Megeresztés• Nemesítés (edzés+ megeresztés)• Normalizásás • Lágyítás

19

• EdzésAusztenitesítés + hontartás + gyors hutés. Martenzites szövetszerkezet eloállítása.

• MegeresztésMartenzites szövetszerkezet hontartása A1-nél kisebb homérsékleten, majd lehutése. Finom szövetszerkezetu perlit eloállítása.

• LágyításAusztenitesítés + hontartás + nagyon lassú hutés (kemencével). Lágy, szívós anyag eloállítása.

• NormalizálásAusztenitesítés + hontartás + levegon való lehutés. Finom, egyenletes mikroszerkezet eloállítása.

20

Hokezelések kezdeti homérséklete

A1

A3

Edzés,normalizálás Ac m

Lágyítás (edzés)

Szferoidizálás600

700

800

900

T°C

6

21

Hipoeutektoidos acél folyamatos átalakulása

1

2

3

C = 0,45 %

1-edzés2-normalizálás3-lágyítás

22

Hipereutektoidos acél folyamatos átalakulása

C = 1 %

1-edzés2-normalizálás3-lágyítás

1 2 3

23

Megeresztés

30405060

200 400 600T (°C)

A

9 µm

.

1800

1400

1000

Rm

Rp0.2%

MPa

A1

T

t

Tausztenit

Tmegereszt

Martenzit

A martenzit ridegségénekés a belso feszültségekneka csökkentése.

Nagyon kisméretu Fe3C részecskékferrit mátrixba beágyazva.

24

Eutektoidos acél martemperálása

400

600

800T(°C)

Ausztenit (stabil)

200

P

B

A

A

Ms

A1

Mflog t

Módosított edzési eljárás, amellyel csökkenteni lehet a hagyományos edzéshez képest a belso feszültségeketés a repedésveszélyt.

átalakulás

M

Tmeg

7

25

Eutektoidos acél ausztemperálása

400

600

800T(°C)

Ausztenit (stabil)

200

P

B

A

A

Ms

A1

Mflog t

Bénit eloállítása, amelynek során a szilárdság viszonylag nagy szívósággal párosul, a repedésveszély csökken.

átalakulás

26

Mechanikai tulajdonságok változásaa széntartalom függvényében

0 0.5 10

50

100

A

Impa

ct e

nerg

y (Iz

od, f

t-lb)

0

4 0

8 0

C%0 0.5 1

keménység

Hipo HiperHipo Hiper

Rp0.2

Rm

300

500

700

900

1100

MPa%

C%

Finomlemezes perlit

100

200

300

HB

Üto

mun

ka, J

50

100

0

27

finomperlit80

160

240

320

0 0.5 1

HB

finomperlitdurvaperlitszferoidit

0

30

60

90

0 0.5 1

A%

Hipo Hiper Hipo Hiper

0

200

0 0.5 1

400

600

HB

martenzit

finomperlit

szferoidit

durvaperlit

C%

C%

C%

28

Hokezelési folyamatok öszegzéseAusztenit (γ)

α+Fe3C lemezek/tukBénitPerlit

α+Fe3C rétegek

α+ Fe

Martenzit(diffúzió nélküli

átalakulás)

Megeresztettmartenzitα + nagyon apró

Fe3C részecskék

lassú hutés gyors hutés

megeresztés

Szi

lárd

ság

Szi

vóss

ág

Általános tendenciák

közepes hutés

martenzitbénit

finom perlitdurva perlitszferoidit

8

29

Fogalmak• Egyensúlyi és nemegyensúlyi

átalakulás• A nemegyensúlyi átalakulás

befolyásoló tényezoi• A fázisátalakulás Avrami-

egyenlete• Izotermikus átalakulási

diagram (TTT)• Folyamatos átalakulási

diagram (CCT)• Inkubációs ido• Perlites átalakulás• Finom- és durvalemezes perlit• Bénites átalakulás• Alsó és felso bénit

• Martenzites átalakulás• Bain modell• Tus és lemezes martenzit• Edzés• Megeresztés• Nemesítés• Lágyítás• Normalizálás• Martemperálás• Ausztemperálás