ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1 ΜΕΤΑΛΛΟΓΡΑΦΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΧΑΛΥΒΩΝ Εικόνα Π1.1: Διάγραμμα φάσεων Fe-C Μονοφασικά πεδία Κύρια χαρακτηριστικά α-fe φερρίτης - στερεό διάλυμα άνθρακα σε BCC Fe - μέγιστη διαλυτότητα σε C 0,025 wt% sστους 727 ο C - σταθερός στην θερμοκρασία δωματίου - πολυμορφικός μετασχησμός προς τον ωστενίτη στους 912 o C δ-fe φερρίτης - στερεό διάλυμα άνθρακα σε ΒCC Fe - σταθερός μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες (από 1394 o C μέχρι την τήξη στους 1538 o C γ-fe ωστενίτης - στερεό διάλυμα άνθρακα σε FCC-Fe - μέγιστη διαλυτότητα σε C 2.14 wt% στους 1147 ο C - σταθερός μόνο σε θερμοκρασίες 912 μέχρι 1394 o C Fe 3 C καρβίδιο του σιδήρου, σεμεντίτης - είναι μόνο μετασταθής - 6.7wt% C αντιστιχούν σε 100% Fe 3 C 1
Μετασχηματισμοί στα στερεά κράματα Ευτηκτοειδής μετασχηματισμός Εικόνα Π1.2: Μεγέθηνση της ευτηκτοειδής περιοχής του διαγράμματος φάσεων Fe-C. 1.1.1 Ευτηκτοειδές κράμα Δείγμα Χ17: 0.8% Χαλύβδινη ράβδος που έχει θερμανθεί επι 1 ώρα στους 800 C και ψύχθηκε σε φούρνο (ανοπτήθηκε). Χημική προσβολή: Έγινε επι 10-15 sec σε αντιδραστήριο 2% (nital). Σε μικρή μεγένθυση φαίνονται κόκκοι διαφόρων αποχρώσεων γκρι ή καστανοκίτρινοι. Σε μεγάλη μεγέθυση οι κόκκοι αποτελούνται απο πλακοειδεϊς κρυσταλλίτες εναλλάξ φερρίτη (α-fe: ανοιχτόχρωμη φάση) και σεμεντίτη (Fe 3 C: λεπτά στρώματα τα περισσότερα των οποίων φαίνονται σκούρα). Μερικές φορές σαν αποτέλεσμα της αργής ψύξεως ο περλίτης τείνει να σφαιροποιηθεί έτσι η δομή δεν είναι ακριβώς φυλλοειδής. 2
1.1.2 Υποευτηκτοειδές κράμα Δείγμα Χ19: 0.35% Χαλύβδινη ράβδος. Ψύχθηκε σε φούρνο απο θερμοκρασία 870 C. Χημική προσβολή: Έγινε επί 15 sec σε αντιδραστήριο 2% Nital. Παρατηρούνται περιοχές περλίτη πάνω σε ενα φόντο φερρίτη. Ανάλογα με την χημική προσβολή αποκαλύπτονται όρια κόκκων στον φερρίτη. Η δομή αυτή είναι χαρακτηριστική στους χάλυβες με περιεκτικότητα άνθρακος μικρότερη των 0,35%. Με περιεκτικότητα άνθρακος μεγαλύτερη του 0,35% ο φερρίτης περιορίζεται σ ενα δίκτυ γύρω απο τις περιοχές του περλίτη (δείγμα 20). Η μικροδομή του περλίτη 3
1.1.3 Υπερευτηκτοειδές κράμα Δείγμα Χ20: 1.3% Χαλύβδινη ράβδος έχει ψυχθεί σε φούρνο απο τους 970 C. Χημική προσβολή: Έγινε επί 10-15 sec σε αντιδραστήριο 2% (nital) Σε μικρή μεγένθυση αποκαλύπτονται ισοαξονικοί κόκκοι με μάλλον ανώμαλα και χονδρά όρια (Χ50). Σε μεγαλύτερη μεγένθυση οι κόκκοι αναλύονται και δίνουν την περιλιτική μορφή (Χ500). Επίσης φαίνεται ένα δίχτυ στα όρια των κόκκων που είναι το πλεονάζον καρβίδιο του σιδήρου. Σε ορισμένα σημεία της επιφάνειας παρατηρείται κάποια απανθράκωση. 4
1.1.4 Υποευτηκτοειδές κράμα Δείγμα Χ24: 0.35% Χάλυβας που έχει εξομαλυνθεί απο τους 870 C. Χημική προσβολή: Έγινε επι 20 sec σε αντιδραστήριο 2% Nital. Η δομή αυτού του δείγματος μπορεί να συγκριθεί με εκείνη του δείγματος Χ19. Η διαφορά φαίνεται στήν μορφή του φερρίτη, που σ αυτό το δείγμα φαίνεται σε ογκώδεις και βελονοειδείς σχηματισμούς και πλησιάζει τήν δομή Widmanstätten. Ο περλίτης είναι λεπτότερος στους χάλυβες που έχουν κατεργαστεί με επαναφορά. Στις περλιτικές περιοχές μπορεί να βρεθούν λεπτές φερριτικές βελόνες που δίνουν μία εντύπωση τραχύτητας στο δείγμα. Η ψύξη στον αέρα (επαναφορά με ψύξη στην ελεύθερη ατμόσφαιρα απο την περιοχή του ωστενίτη, δείγμα 24) δίνει δομή λεπτότερη απο ότι η αργή ψύξη (ανόπτηση, δείγμα 19) και επομένως η σκληρότητα και η στερεότητα είναι μεγαλύτερες. Η διαφορά μεταξύ της εξομαλυσμένης και της ανοπτημένης δομής του φερρίτη είναι περισσότερο έντονη σ αυτό το χάλυβα. 5
1.1.5 Υποευτηκτοειδές κράμα Δείγμα Χ25: 0.35% Χάλυβας βαμένος σε νερό απο τους 970 ο C (θέρμανση 1 ώρα) Χημική προσβολή: Έγινε επι 10-20 sec σε αντιδραστήριο 2% (Nital). Παρατηρείται η τυπική μαρτενσιτική δομή. Στο κέντρο του δείγματος μπορεί να βρεθούν μικρά κατακρημνίσματα φερρίτου που έχουν γωνιώδη σχήματα. Αυτα έχουν σχηματισθεί στο κέντρο της τομής του δείγματος όπου ο βαθμός ψύξεως δεν αυξήθηκε τόσο όσο στην επιφάνεια. Επίσης μια μικρή ποσότητα περλίτη μπορεί να βρεθεί σε συνδυασμό με τον φερρίτη. 6
1.1.6 Υποευτηκτοειδές κράμα Δείγμα Χ26: 0.35% Χάλυβας έχει επαναφερθεί επι 2 ώρες στους 600 C. Χημική προσβολή: Έγινε επι 15 sec σε αντιδραστήριο 2% Nital. Παρατηρούνται κατακρημνισμένα σωματίδια καρβιδίου που σχηματίζουν μια βελονοειδή δομή φερρίτου. Τα σωματίδια φαίνονται σκοτεινά επειδή το μικροσκόπιο δεν μπορεί να διαχωρίσει τα σκιαγραφημένα όρια. Ετσι τα όρια γύρω απο κάθε σωματίδιο ενώνονται και δίνουν την εντύπωση μιάς σκοτεινής τελείας. Αυτό το δείγμα που η επαναφορά του έγινε στους 600 C είναι κοντά στήν μέγιστη θερμοκρασία επαναφοράς που επιτρέπεται γι αυτό τον τύπο χάλυβος. Ο χρόνος άφησε τα κατακρημνισμένα καρβίδια να αναπτυχθούν σε τέτοιο μέγεθος ώστε να φαίνονται με το μικροσκόπιο. 7
Αποτελέσματα της παραμόρφωσης Κατεργασμένο μέταλλο - Μονοφασικό υλικό Δείγμα Χ28: Χημική προσβολή: Σιδηρά ράβδος που έχει ελασθεί εν θερμώ. Έγινε επι 60 sec σε αντιδραστήριο 2% Nital Το κύριο χαρακτηριστικό είναι η ανακρυσταλλωμένη δομή που αποτελείται απο μικρούς ισοαξονικούς κόκκους σιδήρου (φερρίτου). Επειδή ο σίδηρος περιέχει περίπου 0,05% άνθρακα, υπάρχουν λεπτές ταινίες καρβιδίου του σιδήρου στα όρια των κόκκων, όπως επίσης και περιοχές σκούρου περλίτη. 8
Δείγμα Χ29: Χημική προσβολή: Κατεργασμένος σίδηρος (έχει ελασθεί εν θερμώ). Έγινε επι 60-90 sec σε αντιδραστήριο 2% Nital. Ενα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του κατεργασμένου σιδήρου είναι η παρουσία απο ινώς σκουριάς (πυριτικού άλατος). Φαίνονται επίσης κόκκοι φερρίτη με ταινίες καρβιδίου και σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να υπάρξουν μικρές περιοχές περλίτη. 9