Sferoidyt

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Sferoidyt – struktura cementytu kulkowego w osnowie ferrytu, powstała w wyniku zwiększania temperatury powyżej 600 °C aktywujących procesy koagulacji cementytu i zdrowienia (niekiedy też rekrystalizacji) osnowy ferrytycznej[1]. Charakteryzuje się bardzo dobrymi własnościami plastycznymi, ale najgorszymi własnościami wytrzymałościowymi wśród mikrostruktur stali. Twardość sferoidytu nie przekracza 300 HB[2][3].

Ogólne informacje[edytuj | edytuj kod]

Sferoidyt jest uzyskiwany poprzez zastosowanie specjalnej obróbki cieplnej zwanej wyżarzaniem sferoidyzującym (zmiękczającym) ze struktury perlitu, bainitu lub martenzytu. Celem takiego zabiegu jest zmniejszenie twardości wskutek zmiany kształtu cementytu na sferoidalny[4]. Proces koagulacji i tworzenia się sferoidytu nie jest do końca poznany. Powstało sześć głównych teorii opisujących proces sferoidyzacji z perlitu:

Skład chemiczny roztworu podczas sferoidyzacji nie zmienia się. Zmianie ulega jedynie kształt wydzieleń cementytu[6].

Uzyskiwanie sferoidytu[edytuj | edytuj kod]

Sferoidyt może być uzyskany poprzez podgrzewanie mikrostruktury perlitycznej lub bainityczną mikrostruktury do temperaturze poniżej eutektoidalnej przez odpowiednio długi czas (np. około 700 °C pomiędzy 18 a 24 godzin). Zamiast płytek perlitu lub mikrostruktury bainitu, cementyt przekształci się w kulki cząsteczek wbudowanych w osnowę ferrytyczną. Koagulacja jest napędzana przez dodatkową dyfuzją węgla bez zmian w składzie i względnej ilości fazy ferrytu i cementytu. Siłą pędną tej przemiany jest wydzielanie na granicy międzyfazowej α-Fe3C. Kinetyka powstawania sferoidytu nie obowiązuje w przypadku przemiany izotermicznej[7].

Obróbka plastyczna stali o średniej i wysokiej zawartości węgla oraz mikrostrukturze zawierającej nawet gruboziarnisty perlit może nadal być zbyt trudne do wykonania. Materiał można poddać wyżarzaniu zmiękczającemu w celu uzyskania struktury sferoidytu. Takie stale charakteryzują się dużą plastycznością i dużo łatwiej się obrabiają. Uzyskanie takiej mikrostruktury poprzez obróbkę cieplną może odbyć na się kilka sposobów:

  • nagrzanie materiału do temperatury tuż poniżej eutektoidalnej na układzie żelazo-cementyt. Jeżeli struktura będzie perlityczna to czas sferoidyzacji zwykle wynosi od 15 do 25 godzin.
  • nagrzanie do temperatury nieco powyżej temperatury eutektoidalnej, a następnie chłodzenie bardzo powoli w piecu lub wytrzymanie w tej samej temperaturze.
  • cykliczne nagrzewanie i chłodzenie w zakresie ± 50 °C temperatury eutektoidalnej[8].

Istnieje zależność pomiędzy mikrostrukturą wyjściową a szybkością sferoidyzacji. Wykazano doświadczalnie, że im drobniejszy perlit wchodził w skład mikrostruktury wyjściowej tym po tej samej obróbce cieplnej uzyskanie sferoidytu było szybsze. Spowodowane to jest występowaniem krótszej drogi dyfuzji w drobnoziarnistym perlicie. Zastosowanie obróbki plastycznej na zimno przed sferoidyzacją zwiększało szybkość koagulacji cementytu[5][8].

Znaczenie dla przemysłu[edytuj | edytuj kod]

  • zmiękczenie materiału przed dalszymi etapami formowania (najczęściej przed przeróbką plastyczną na zimno)
  • potrzeba projektowania materiałów do pracy w wysokich temperaturach. Aktywacja cieplna koagulacji w stali powoduje powstanie struktury sferoidalnej o dużo gorszych własnościach wytrzymałościowych (tzw. odpuszczalność)[5].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Pacyna J.: Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia. Kraków: UWND AGH, 2005, s. 185. ISBN 83-89388-93-6.
  2. Peel L.D.: Kinetics, Microstructure, Heat Treating (ang.). 2008-10-22. [dostęp 2012-03-18].
  3. Dobrzański L.A: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Warszawa: WNT, 2003, s. 276. ISBN 83-204-2793-2.
  4. Pacyna J.: Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia. Kraków: UWND AGH, 2005, s. 189. ISBN 83-89388-93-6.
  5. a b c Schaneman R.A. Jr.. The effects of prior microstructure on spheroidizing. , 2009-12-08. 
  6. Lu Ke: Phase transformations in metals (ang.). 2005-06-01. [dostęp 2012-03-18].
  7. Callister W. D.: Materials science and engineering: an introduction. Nowy Jork: Wiley, 2009, s. 329-330. ISBN 978-0470419977.
  8. a b Callister W. D.: Materials science and engineering: an introduction. Nowy Jork: Wiley, 2009, s. 390. ISBN 978-0470419977.