IJzerkoolstoffasediagram: definitie, fasen en toepassingen

Het ijzer-koolstoffasediagram is superbelangrijk in de materiaalkunde. Het laat zien hoe verschillende temperaturen en koolstofhoeveelheden de fasen van ijzer en zijn legeringen veranderen. Wanneer ingenieurs dit diagram krijgen, kunnen ze staal nog beter maken, wat helpt op veel gebieden, zoals het bouwen van dingen of het vliegen met vliegtuigen.

Figuur 1: Fe-C-fasediagram

Wat is het ijzer-koolstoffasediagram?

Dit diagram is een grafiek die ons helpt te zien hoe temperatuur en koolstofgehaltes samenwerken met ijzer en zijn legeringen. Het is erg handig in de metallurgie, omdat het kan voorspellen wat voor soort microstructuur je krijgt in staal of gietijzer.

Wat is de moeilijkste fase in het ijzer-koolstofdiagram?

Nu is martensiet de taaiste fase in het ijzer-koolstof fasediagram. Deze taaie kerel vormt zich wanneer austeniet heel snel afkoelt. Wanneer het snel afkoelt, kan koolstof niet ontsnappen uit de structuur van het ijzer. Dus krijg je een solide oplossing die superhard en sterk is.

Waarom gaat het ijzer-koolstof-fasediagram slechts tot 6.7% koolstof?

Er is een limiet aan hoeveel koolstof er in het ijzer-koolstoffasediagram kan zitten: maximaal 6.67%. Dat komt omdat je op dat niveau cementiet (Fe₃C) maakt. Als er meer koolstof is dan dit, worden materialen broos en zijn ze niet geweldig voor technische doeleinden.

Fasen, fasegrenzen, eutectisch punt

Fasen

Homogeen en onderscheidend deel van het systeem. Het heeft andere eigenschappen dan andere delen van de systemen.

Fasegrenzen

De gebieden waar fasetransformatie plaatsvindt, staan ​​bekend als de fasegrenzen. Veelvoorkomende grenzen die we moeten noemen, zijn de A1-lijn, de A3-lijn en de ACM-lijn.

Eutectisch punt

Dit punt is te vinden op het Fe-C diagram dat de omzetting van de vloeibare fase in twee vaste fasen aangeeft. Deze transformatie vindt plaats bij 1147°C met 4.3% C.

Waarom fasediagrammen essentieel zijn bij het ontwerpen van legeringen

Deze diagrammen zijn van groot belang voor uw dagelijkse toepassing en helpen u bij het bepalen van de exacte samenstelling, eigenschappen en microstructurele veranderingen die nodig zijn voor uw toepassing.

Kristalstructuren in ijzer

Hieronder staan ​​de belangrijkste kristalstructuren die in het Fe-C-fasediagram voorkomen:

α-ferriet

U vindt een BCC-structuur in alfa-ijzer met een maximaal koolstofgehalte van 0.02%. Bovendien, als u goede magnetische eigenschappen in uw toepassing nodig hebt, dan speelt deze fase een sleutelrol in dat aspect.

γ-Austeniet

In deze fase vindt u een FCC-structuur met een maximaal koolstofgehalte van 2.14%. Als uw toepassing bovendien een verandering in sterkte-eigenschappen vereist, is deze fase belangrijk bij het uitvoeren van verschillende warmtebehandelingsprocessen.

δ-ferriet

U vindt deze fase bij verhoogde temperatuur, die rond de 1390°C ligt en bestaat uit een BCC-structuur. Deze fase zal u begunstigen in toepassingen die stabiliteit bij hoge temperaturen vereisen.

Cementiet (Fe₃C)

Dit is de moeilijkste fase in dit fasediagram met een maximaal C-gehalte tot 6.67%. Bovendien profiteert u hiervan in toepassingen die staal met hoge sterkte vereisen.

Vloeistoffase (Fe-C-oplossing)

Deze fase helpt de fabrikant bij het uitvoeren van gietprocessen. U vindt deze fase bij een verhoogde temperatuur van ongeveer 1530°C.

Wat zijn de vijf vaste fasen in een ijzer-koolstofdiagram?

In dit fasediagram vindt u de volgende vijf fasen:

• ferrite
• austeniet
• Cementiet
• Delta ferriet
• Perliet

Kenmerken van elke fase

In onderstaande tabel vindt u de belangrijkste kenmerken van elke fase:

Tabel 1: Fasekarakteristieken

Temperatuurbereiken en stabiliteit van elke fase

Hieronder staan ​​de belangrijke fasen met hun temperatuur- en stabiliteitsbereik:

α-ferriet : Deze fase bestaat van kamertemperatuur tot bijna 910 °C en is stabiel onder 727 °C bij lage C-waarden.

γ-austeniet : Deze fase bestaat van 727 tot bijna 1147 °C en is stabiel boven 727 °C bij een hoge C-waarde.

Cementiet : Voor deze fase is het temperatuurbereik lager dan 1147 °C en is het zeker stabiel met een hoog koolstofgehalte in de samenstelling.

δ-ferriet : Deze fase ontstaat tussen 1390 en 1538 °C en is stabiel bij hogere temperaturen.

Perliet : U zult de stabiliteit van deze fase in een eutectoïde samenstelling waarnemen. Bovendien vindt de vorming ervan plaats bij 723 °C.

Belangrijkste reacties in het ijzer-koolstoffasediagram

De volgende reacties vinden plaats, die hieronder worden vermeld:

Eutectoïde reactie

Hieronder ziet u de eutectoïde reactie, die de omzetting van één vaste fase in nog eens twee vaste fasen aangeeft.

Eutectische reactie

Hieronder ziet u de eutectische reactie, waarbij de vloeibare fase wordt omgezet in twee vaste fasen.

Peritectische reactie

Bij een verhoogde temperatuur van ongeveer 1498 °C zult u de onderstaande reactie waarnemen . Deze reactie vindt plaats door de reactie van een vaste en een vloeibare fase, waarbij austeniet ontstaat.

Fasegrenzen en kritieke punten

Hieronder vindt u een korte beschrijving van de fasegrens en belangrijke kritische punten:

Begrijpen van de eutectische en eutectoïde punten

Eutectisch punt:

• Komt voor bij 4.3% C en een temperatuur van 1147°C.
• Transformatie van vloeistof in γ en Fe₃
• Belangrijk bij de productie van gietijzer.

Eutectoïdpunt :

• Komt voor bij 0.76% C en een temperatuur van 727°C.
• Transformatie van γ in α en Fe3
• Geeft u perliet, dat zorgt voor een combinatie van sterkte en taaiheid.

Kritische temperaturen in ijzer-koolstoflegeringen

Tabel 2: Kritische temperaturen

Hefboomregel en compositieanalyse bij grenzen

Een hulpmiddel voor wiskundige berekeningen dat u de faseverhouding (massafractie) binnen een specifiek temperatuurbereik en de samenstelling ervan geeft.

Fasevelden en stabiliteitsregio's

De onderstaande details geven u een korte analyse van de fasevelden en de stabiliteitsregio:

Interpretatie van stabiliteitsregio's voor α-, γ- en δ-fasen

Voor α-ferriet bestaat de fase van kamertemperatuur tot bijna 910 °C en u zult zijn stabiele toestand waarnemen onder 727 °C met lage temperaturen. Bovendien bestaat de γ-austenietfase van 727 tot bijna 1147 °C en u zult zijn stabiele toestand waarnemen boven 727 °C met hoge temperaturen. Ten slotte zult u de vorming van de δ-fase vinden tussen 1390-1538 °C en de stabiliteit bij verhoogde temperaturen bevorderen.

Implicaties voor de warmtebehandeling van staal

Wanneer u de stabiliteitsregio effectief begrijpt, profiteert u van geoptimaliseerde warmtebehandeling. Daarom is het cruciaal voor fasetransformatiecontrole, microstructuurontwikkeling en materiaallevensduur.

Classificatie van staalsoorten op basis van koolstofgehalte

Hieronder vindt u de belangrijkste classificatie van staal:

Hypoeutectoïde en hypereutectoïde staalsoorten

Het hypoeutectoïde staal geeft u goede ductiliteit samen met taaiheid in uw toepassingen en een C-gehalte van minder dan 0.76% wordt in dit staal aangetroffen. Aan de andere kant biedt hypereutectoïde staal u goede hardheid terwijl het ductiliteit compenseert en meer dan 0.76% C heeft

Rol in warmtebehandeling en aanpassing van legeringen

Dit fasediagram biedt u veel inzicht, vooral in de warmtebehandeling en het aanpassen van de legering.

Voorspellen van mechanische eigenschappen door middel van fase-analyse

Belangrijke kenmerken die u helpen bij het voorspellen van mechanische eigenschappen door middel van faseanalyse zijn:

• Beheersing van microstructurele veranderingen
• Goed begrip van kritische temperaturen
• Aanpassing van legeringseigenschappen

Soorten staaltoepassingen

Tabel 2: Staalsoorten en toepassingen

Tuofa China Expertise in Precisiebewerking van Staal

Tuofa Technology biedt u CNC-bewerkingsdiensten die niet alleen precisie en nauwkeurigheid bieden, maar ook een uitstekende kwaliteit van uw product beloven. Ze hebben meer dan 16 jaar ervaring, wat hun expertise op het gebied van het ontwerpen van het product tot de uiteindelijke verzending verder bewijst.