KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: Egyensúlyitól eltérő átalakulások, hőkezelés
15. lecke: Egyensúlyitól eltérő átalakulások. Ausztenitesítés
| |||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | |||
| |||
![]() | Az egyensúlyitól eltérő átalakulások. Ausztenitesítés | ||
Az előzőekben láttuk, hogy az egyensúlyi diagramok alapján meg lehet határozni a kristályosodás, a fázis átalakulások stb. hőmérsékleteit. | |||
Minél nagyobb a lehűtés vagy hevítés sebessége annál nagyobb az eltérés az egyensúlyi és a tényleges átalakulási hőmérséklet között. | A valóságban, ha a lehűlési sebesség nem nagyon lassú, "végtelen lassú'', hanem nagyobb, ezek a folyamatok, nem a diagram jelezte hőmérsékleten mennek végbe, mert a fázisátalakulások túlhűtést igényelnek, és a túlhűtés mértéke nem független a lehűlési sebességtől. | ||
A szilárd oldatokban a fázisátalakulások esetében jelentősen változik az összetétel is. A összetétel megváltozása szilárd állapotban diffúzióval lehetséges. A diffúzió pedig időt igényel. Minél gyorsabb a hűtés vagy a hevítés annál kevesebb az idő a diffúzióra. | |||
![]() | Az ausztenitesedés folyamata | ||
A vasötvözetek között kiemelt jelentőséggel bírnak az acélok. Az acélok szobahőmérsékleten előforduló szövetelemei kivétel nélkül az ausztenitből képződnek. Az ausztenit mint "anyafázis" meghatározza a belőle képződő szövetelemek tulajdonságait. Ezért először az ausztenittel kell megismerkednünk. | |||
Az acélokban kétféle módon keletkezhet ausztenit | |||
| |||
A kristályosodással keletkező ausztenit | |||
Az ausztenit szilárd oldat, ezért a kristályosodással létrejövő ausztenit összetétele nem egyenletes, hanem réteges. A krisztallit belseje az ötvözőkből, szennyezőkből kevesebbet tartalmaz, mint a széle. | |||
A hevítésnél keletkező ausztenit (egyensúlyi) | |||
Az egyensúlyi diagram szerint eutektoidos acélban az ausztenitesedés 723 C°-on (A1 hőmérséklet) játszódik le, az alábbi egyenlet szerint: | |||
A hőmérséklet nem változhat, hiszen a három fázis miatt Sz = 0. | |||
| |||
| |||
Az ausztenit képződése a valóságban | |||
| |||
Az ausztenit képződése a valóságban nem mehet végbe az egyensúlyi hőmérsékleten, hiszen az átalakulás hajtóereje az és fázisok közötti szabadenergia különbség, ami az átalakulás hőmérsékletén nulla, ezért túlhevítésre van szükség. | |||
Az ausztenit az acélokban valóságos körülmények között létrehozható: | |||
| |||
Az ausztenitesedés folyamatát az ausztenitesedési diagramok mutatják. | |||
Izotermikus ausztenitesítési diagram | |||
Az izotermikus hevítés azt jelenti, hogy adott hőmérsékletű só vagy fémfürdőbe dobjuk a darabot. A darab, ha elég kicsi pl. 2-3 mm vastag kb. 5 mm átmérőjű korong vagy lapka, hamar átveszi a hőmérsékletet, és ettől kezdve a hőmérséklet állandó. | |||
A próbatesteket adott hőmérsékletű (T>Ac1) sófürdőben különböző, egyre növekvő ideig tartjuk, majd onnan kivéve azonnal vízbe dobjuk. | |||
A gyors hűtés hatására a már keletkezett ausztenit egy kemény fázissá az ún. martenzitté alakul, a még át nem alakult szövetelemek viszont a gyors hűtés során nem változnak. | |||
A folyamat keménységméréssel vagy szövetvizsgálattal nyomonkövethető. A kísérletet több hőmérsékleten elvégezve az ausztenitté átalakulás megkezdéséhez és a befejeződéséhez szükséges idő meghatározható. A mért értékekből ausztenitesítési diagram szerkeszthető. | |||
Izotermikus = állandó hőmérséklet |
| ||
![]() | ![]() Az ábrán, a vízszintes tengelyen a sófürdőben tartásideje van feltüntetve. Mivel itt néhány másodperctől több óra időtartamot is kell tudni ábrázolni, az időadatokat logaritmikus léptékben tüntetjük fel. A függőleges tengelyen a különböző hőmérsékletek vannak (a sófürdő hőmérséklete). A pirossal behúzott vízszintes vonal az A1 egyensúlyi 723 C° hőmérséklet. Ehhez a vonalhoz tart az alsó két hiperbola. A felső az A3 hőmérséklethez. Ezek a hiperbolák egyensúlyi helyzetben az ötvözetjelzőnek a PS vonallal és a GS vonallal való metszéspontnak felelnek meg. (Lásd 1. ábra.) | ||
![]() | ![]() A diagramból látható, hogy először a perlit ausztenitesedik, majd a ferrit alakul át. Legtöbb időt a vaskarbid átalakulása igényli, a nagy koncentráció különbség miatt. Megfigyelhető, hogy ha izotermikusan növeljük a hőmérsékletet az ausztenitesedés hamarabb kezdődik és hamarabb ér véget, mivel nagyobb a hőmérséklet különbség, tehát az ezzel arányos szabadenergia különbség a hajtóerő, de a magasabb hőmérsékleten nagyobb a diffúzió is. | ||
Az izotermikus diagramok használhatósága korlátozott, mivel a gyakorlatban a nagyobb darabok esetén nehéz, vagy nem is lehet az izotermikus hevítés feltételeit megvalósítani. | |||
Folyamatos ausztenitesítési diagram | |||
Dilatáció=tágulás | A folyamatos hevítésre érvényes diagramokat szabályozható hevítési sebességgel hevített darabok dilatométeres görbéi alapján veszik fel. A tágulás mérése alkalmas az ausztenitesedés vizsgálatára, ugyanis az átalakulás a fajtérfogat csökkenésével jár. | ||
Egy arra alkalmas berendezésben kisméretű próbatestet hevítenek vagy hűtenek és az átmérőjét vagy hosszát mérik. A vízszintes tengelyen a felhevítés ideje logaritmikus léptékben, a függőleges tengelyen a hőmérséklet van feltüntetve. A hiperbolák az A1 (itt Ac1, a c arra utal, hogy az A1 egyensúlyi értéke hevítésnél felfelé tolódik el. Ezt jelöli a c) illetve az Ac3 hőmérséklethez tartanak. |
| ||
![]() | ![]() A folyamatok megegyeznek a 3. ábrán leírtakkal. | ||
![]() | ![]() Figyelje meg, hogy a folyamatos hevítés sebessége az átalakulást a magasabb hőmérséklet és a kisebb idő irányába tolja el. | ||
![]() | ![]() A diagramokról leolvasható, hogy adott hevítési viszonyok mellett mennyi idő múlva kezdődik az átalakulás, és mennyi idő múlva ér véget. | ||
A hevítéssel keletkezett ausztenit tulajdonságai | |||
| |||
A szemcsenagyság szerepe a elsősorban a lehűlés közben bekövetkező átalakulásoknál jelentős, hiszen a krisztallithatár a legreakcióképesebb. | |||
A hevítéssel keletkező ausztenit legfontosabb tulajdonsága az, hogy szemcsenagysága nem állandó, hanem mindaddig, amíg az acél ausztenites állapotban van a szemcsenagysága állandóan nő, és hűtéskor a lehűlési sebességtől függetlenül megtartja a hevítésnél kialakult szemcseszerkezetet. Ezt a viselkedést irreverzibilis szemcsedurvulásnak nevezzük. | |||
Mitől függ a hevítéssel keletkezett ausztenit szemcsenagysága | |||
| |||
Az izzítás hőmérsékletének növelésével az ausztenit szemnagysága erősen nő. | |||
| |||
![]() | ![]() A függőleges tengelyen a szemcsenagyság jelzőszáma, a vízszintes tengelyen az ausztenitesítés hőmérséklete van feltüntetve. A jelzőszám értelmezése | ||
![]() | ![]() ahol | ||
![]() | ![]() Tehát minél kisebb a fokozatszám, annál durvább a szemcseszerkezet. | ||
![]() | ![]() Az ábrán a normális acél szemcsenagysága a hőmérséklettel fokozatosan nő. A finomszemcsés acél tartalmaz szemcsefinomító ötvözőket pl. alumíniumot, amely megakadályozza a szemcsedurvulást. Az Al az acélban lévő nitrogénnel nitridet képez és az ausztenit szemcsehatárokon helyezkedik el. Amíg ezek oldatba nem mennek az ausztenit szemcsenagysága alig nő. Azután azonban rohamos a durvulás. | ||
A hőntartási idő hatása is hasonló a hőmérsékletéhez, ha nem is olyan nagy mértékben, mint a hőmérséklettel, durvul az ausztenit. Az ausztenit összetételének hatása pl. Al finomító hatású lehet. | |||
| |||
![]() | ![]() Figyelje meg az ábrán, hogy az 1 C°/s felhevítési sebesség lényegesen durvább ausztenitet eredményez adott hőmérsékleten, mint az 100 C°/s. | ||
Fontos megjegyezni, hogy a hevítés sebessége is lényeges, gyors hevítésnél, nincs idő a durvulásra. |
Ellenőrző kérdések | |||||||||||
Jelölje meg az egy helyes választ! | |||||||||||
1. Mi jellemzi a hevítéskor keletkező ausztenit szemcsenagyságát?
![]() | |||||||||||
2. Mi jellemzi a kristályosodással keletkezett ausztenitet?
![]() | |||||||||||
3. Mi jellemzi az eutektoid (perlit) ausztenitesedését?
![]() | |||||||||||
4. Hogyan befolyásolja a hevítés hőmérséklete a hevítéskor keletkező ausztenit szemcsenagyságát?
![]() | |||||||||||
5. Mit jelent a hevítéskor keletkező ausztenit irreverzibilis szemcsedurvulása?
![]() | |||||||||||
6. Vizsgálja meg a táblázatban feltüntetett állításokat. Jelölje be, hogy igaz vagy hamis!
![]() |