Download to read offline
Fe c diagram
- 1. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo KARAKTERIZACIJA MIKROSTRUKTURE ZLITIN V SISTEMU ŽELEZO-OGLJIK Špela Smrkolj Diplomsko delo
- 2. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Namen Celovita karakterizacija mikrostruktur zlitin Fe-C z različno vsebnostjo ogljika Optična mikroskopija, kvantitativna analiza mikrostrukture Vrstična elektronska mikroskopija (SEM) in elektronska mikroanaliza (EDS) Mikroskopija na atomsko silo (AFM) Umeščanje vzorcev v fazni diagram Fe-C
- 3. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Zlitine železa z ogljikom delimo na jekla in litine Vsestranska uporabnost in sprejemljiva cena Jekla delimo v skupine po načinu izdelave, po kemični sestavi, po kvaliteti, po strukturi in po namenu uporabe Na mehanske in fizikalne lastnosti zlitin lahko vplivamo s toplotno obdelavo Korozijsko obstojnost in odpornost jekel proti povišanim temperaturam povečamo z dodatki nekaterih legirnih elementov
- 4. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Fazni diagram železo-ogljik α- železo-ferit γ- železo-avstenit cementit (Fe3C) evtektoid (perlit) evtektik (ledeburit) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 6 7 ut % C T/oC Fe 0,83 4,30 Fe3C cementit avstenit ferit 6,69 1227º C 1148º C 1493º C 2,11 727º C L (tekoča) L+Fe3C γ+Fe3C α+Fe3C γ+L Evtektik Evtektoid
- 5. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Rezultati 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 6 7 ut % C T/oC Fe 0,83 4,30 Fe3C cementit avstenit ferit 6,69 1227º C 1148º C 1493º C 2,11 727º C L (tekoča) L+Fe3C γ+Fe3C α+Fe3C γ+L Oznaka zlitine CK-10 CK-45 CF-53 CK-60 CK-75 OC-100 Železo Siva litina Žebelj
- 6. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo CF-53 OC-100 CK-10 CK-45 CK-60 CK-75 SIVA LITINA 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 6 7 ut % C T/oC Fe ŽELEZO 100µm 100µm 100µm 100µm 100µm 100µm 100μm 100μm 50μm ŽEBELJ Slike vzorcev zlitin posnetih na optičnem mikroskopu v povezavi s faznim diagramom Fe-C
- 7. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Primer izračuna koncentracije ogljika v jeklu CK-10 iz kvantitativne analize mikrostrukture:: Izračun teoretičnega deleža perlita: 0,1 % C→ 8759,0 69,6 83,069,6 = − Delež ferita in cementita v perlitu: α (ferit)= Fe3 C (cementit)= 0,1241 3 cm g 20,7053 = cm g Izračun utežnih deležev perlita in ferita 10,3941 vol % perlita → 10,3941cm3· 7,845 89,6059 vol % ferita → 89,6059 cm3 ·7,87 g~89,64 % ∑(perlita+ferita)= 786,74 αprimarni= 89,64 % 8759,036,10 ⋅⇒ 98714,0 69,6 69,6 = Χ− C%0860,0=Χ Izračun ferita v perlitu (sekundarni ferit): perlit= 10,36 % Delež α= = 9,074 %= αsekundarni αcelotni= αprimarni + αsekundarni= 89,64 % + 9,074 %= 98,714 % Fe3C= 1- αcelotni= 1,286 % %05,12 083,0 01,0 = − − 3 cm g Na osnovi ploskovnega deleža posamezne faze smo določili volumske deleže faz: vol % (perlita)= 10,3941 → vol % (ferita)= 89,6059 ρcementita = 7,67ρferita= 7,87 ρperlita 3 845,7 cm g =3 cm g = 81,54 g ~ 10,36 %
- 8. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Tabela: Deleži ogljika (nazivni in določeni) posameznih vrst zlitin v sistemu Fe-C * po podatkih proizvajalca ** izračunan po podatkih pridobljenih iz kvantitativne analize slike Oznaka zlitine Delež ogljika % Delež ogljika % ** CK-10 0,07-0,13* 0,09 CK-45 0,42-0,50* 0,43 CF-53 0,50-0,57* 0,54 CK-60 0,57-0,65* 0,59 CK-75 0,70-0,80* 0,75 OC-100 1,00-1,10* 1,13 Železo - - Siva litina 3-4,3 4,39 Žebelj - 0,05
- 9. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo SIVA LITINA ŽELEZO CK-10 CK-45 CF-53 CK-60 CK-75 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 6 7 ut % C T/oC Fe OC-100 1µm 1µm1µm 1µm2µm 10µm 10µm 10µm ŽEBELJ 2μm Slike vzorcev zlitin posnetih z elektronskim mikroskopom v povezavi s faznim diagramom Fe-C
- 10. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Elektronska mikroanaliza Primer linijske analize jekla CK-45
- 11. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Primer točkovne analize sive litine Element Delež (%) C K 99,83 Fe K 0,17 Element Delež (%) C K 19,88 Si K 2,97 Mn K 0,80 Fe K 76,35
- 12. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo CK-10 CK-45 CF-53 CK-60 CK-75 OC-100 SIVA LITINA ŽELEZO 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 6 7 ut % C T/oC Fe 8µm 2µm1µm 0,5µm2µm 2µm 2µm 8µm ŽEBELJ 2μm Slike vzorcev zlitin posnetih z mikroskopom na atomsko silo (AFM) v povezavi s faznim diagramom Fe-C
- 13. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Primer topografije perlita v jeklu z oznako CF-53 perlit
- 14. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Primer lamele v sivi litini grafitna lamela
- 15. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo Možnost uporabe AFM AFM predstavlja dopolnilno tehniko metodam, ki se največ uporabljajo za karakterizacijo mikrostruktur kovinskih materialov. Uporabljamo jo lahko za karakterizacijo topografije površja tako na mikroskopskem kot atomskem nivoju. Možnost raziskovanja topografije vzorcev (trodimenzionalna podoba). Možnost zasledovanja učinka površinske obdelave kovin. Lahko pojasnimo oziroma kvantificiramo mikrostrukturne značilnosti (npr. višinski profil) posameznih elementov, ki v njej nastopajo. Primer: vpliv morfologije in velikosti cementitnih zrn v perlitu
- 16. Klementina Zupan, Zgorevalnasinteza Špela Smrkolj, diplomsko delo S kvantitativno analizo slik, narejenih z optičnim mikroskopom smo določili delež perlita in ga primerjali z območji sestav, ki jih navaja proizvajalec. Sestave so se zelo dobro ujemale pri podevtektoidnih jeklih, nekoliko manj pa pri nadevtektoidnem jeklu in sivi litini. Pri vzorcu železa analize nismo mogli narediti. Kljub temu smo vse vzorce umestili v fazni diagram Fe-C. Za zlitine, ki smo jih analizirali je značilno, da se razlikujejo predvsem po deležu perlita (ta narašča z vsebnostjo ogljika v železu) in po obliki cementita v njem. Z vrstično elektronsko mikroskopijo smo pri naših vzorcih ugotovili, da je cementit v perlitu v jeklih z deležem ogljika od 0,04 do 0,57 % v obliki lamel, pri jeklih z 0,59 % ogljika se cementit deloma nahaja v obliki lamel, deloma v obliki zrnc. Pri jeklu blizu evtektoidne sestave pa perlit sestavljajo cementitna zrnca v feritni matrici. Z analizo AFM smo predstavili reliefno podobo polirane in jedkane površine vzorcev, v nekaterih primerih pa smo razlike v nivojih znotraj mikrostrukture predstavili tudi kvantitativno z višinskim profilom. Zaključki