materijali - izv. prof. dr. sc. loreta pomenić
DESCRIPTION
Mehanička svojstva u izomorfnim legurama Cu-Ni ; RAVNOTEŽNI DVOKOMPONENTNI DIJAGRAMI ; EUTEKTIČKA REAKCIJA DJELOMIČNOMTOPIVOŠĆU U KRUTOMETRANSCRIPT
MATERIJALIIzv. prof. dr. sc. Loreta Pomenić
FAZNI DIJAGRAMIII. dio
POTPUNA TOPIVOST U KRUTOME
+
Čisti metal A
Čisti metal B
Taljevina
OhlađivanjeTaljenje
Slika 1. Shematski prikaz nastajanja α kristala mješanaca kod dijagrama potpune topivosti u krutome (izomorfne legure)
α kristali mješanci
( A u B ili B u A)
Taljevina
Likvidus linija Solidus linija
α
α + T
Cu maseni % Ni Ni
Tem
pera
tura
, ϑ
Slika 2 . Ravnotežni dvokomponentni dijagram potpune topivosti u krutome za legureCu-Ni
Mikrostrukture u izomorfnoj leguri
Mikrostrukture će se mijenjati u odnosu na ohlađivanje legure (tj. na uvjete procesa)
Slika 3 . Mikrostruktura u izomorfnoj leguri Cu-Ni (35%Ni, 65 %Cu)
T T
T (
T
α + T
maseni % Ni
Tem
pera
tura
, ϑ
α
Mehanička svojstva u izomorfnim legurama Cu-Ni
Vlač
na č
vrst
oća,
MPa
Prod
ulje
nje
(% u
50m
m)
Maseni % Ni
Maseni % Ni
Slika 4. Mehanička svojstva u izomorfnim legurama Cu - Ni
Vlačna čvrstoća
Vlačna čvrstoća legura raste s porastom koncentracije Ni u leguri u odnosu na čisti Cu
Za leguru od 60% Ni i 40% Cu vlačna čvrstoća je maksimalna i zatim opada
Produljenje
S porastom koncentracije Ni legurama opada iznos produljenja, u odnosu na čisti Cu, sve do približno 60% Ni
Za koncentracije veće od 60%Ni legurama se povećava iznos produljenja
RAVNOTEŽNI DVOKOMPONENTNI DIJAGRAMI S EUTEKTIČKOM REAKCIJOM
a) Potpune netopivosti u krutome
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B
maseni % B
Taljevina, T
Tem
pera
tura
, ϑ
A + T T + B
A + E ( Ae + Be) E ( Ae + Be) +B
E ( Ae + Be) ϑE
xE %B
1
2
3
54
Slika 5. a) Krivulje ohlađivanja, b) Ravnotežni dvokomponentni dijagram
potpune netopivosti u krutome s eutektičkom reakcijom
Tem
pera
tura
, ϑ
Vrijeme, t
10 %B
A + T
T TxE %B
T E T E
A +E E
a) b)
Opis dijagrama (Slika 5)
1-2-3 - likvidus linija; 4-2-5 - solidus linija; A – kristali čistog metala A,
B – kristali čistog metala B
E(Ae+Be) – EUTEKTIKUM (lako taljiv) – mješavina čistih kristala metala A i B
ϑE - eutektička temperatura (izotermala)
xE – eutektička koncentracija legure
Eutektička reakcija s potpunom netopivošću u krutomeTaljevina, T EUTEKTIKUM (Ae + Be)ohlađivanje
ϑE i xE
Na eutektičkoj temperaturi ϑE i za koncentraciju legure xE %B taljevina prelazi u eutektikum koji je fina eutektička (e) mješavina čistih kristala A i B.
Ne nastaju kristali mješanci jer je to slučaj potpune netopivosti u krutome.
Točka 2 –invarijantna točka – koegzistiraju taljevina i dvije krute faze
EUTEKTIČKA REAKCIJA S POTPUNOM NETOPIVOŠĆU U KRUTOME
++
Čisti metal A
Čisti metal B
Taljevina
OhlađivanjeTaljenje
EUTEKTIKUM (Ae+Be)
mješavina čistih kristala metala A i B
Slika 6. Shematski prikaz nastajanja eutektikuma kod potpune netopivosti u krutome
T E(Ae+ Be)
RAVNOTEŽNI DVOKOMPONENTNI DIJAGRAMI S EUTEKTIČKOM REAKCIJOM
a) Potpune netopivosti u krutome (strukture)
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B
maseni % B
Slika 7. Shematski prikaz struktura u ravnotežnom dvokomponentnom dijagramu potpune netopivosti u krutome s eutektičkom reakcijom
Taljevina, T
Tem
pera
tura
, ϑ
A + T T + B
A + E ( Ae + Be) E ( Ae + Be) +B
E ( Ae + Be)
ϑE
xE
Podeutektičke legure Nadeutektičke legureEutektička legura
Eutektička struktura: naizmjenični slojevi A i B kristala
A
T
TT
E
E
E
B
B
A
BB
BB
AA
AA
b) Ravnotežni dvokomponentni dijagram djelomične topivosti u krutome s eutektičkom reakcijom
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B
maseni % B
Tem
pera
tura
, ϑ
Tem
pera
tura
, ϑ
20%BxE%B
1
2
3
4 5
6 7
Taljevina, T
α + T T + β
α β
α +E (αe+ βe) E (αe+ βe) + β
E (αe+ βe)
T
Tα + T
T E
α +E (αe+ βe)
T E
Vrijeme, t
Slika 8. a) Krivulje ohlađivanja, b) Shematski prikaz ravnotežnog dvokomponentnog dijagrama djelomične topivosti u krutome s eutektičkom reakcijom
ϑE
xE%B
xα xβ
E (αe+ βe)
Opis dijagrama, Slika 8.
1-2-3 - likvidus linija; 1- 4-2-5 -3 - solidus linija; 4-6 - i 5-7 - solvus linije
α – kristali mješanci B u A; β – kristali mješanci A u B
E(αe + βe) – EUTEKTIKUM, E – mješavina kristala mješanacaα i β
ϑE - eutektička temperatura (izotermala) xE % B – eutektička koncentracija legure
Eutektička reakcija s djelomičnom topivošću u krutomeTaljevina, T EUTEKTIKUM, E (αe + βe)
ohlađivanje
ϑE i xE
Na eutektičkoj temperaturi ϑE i za koncentraciju legure xE %B taljevina prelazi u eutektikum koji je fina mješavina eutektičkih (e) kristala mješanaca αe i βe.
Točka 2 na dijagramu – invarijantna točka – koegzistiraju taljevina i dvije krute faze
Sve legure između koncentracija Xα i xβ imaju na eutektičkoj temperaturi eutektičku transformaciju
PrimjerI: Pb – Sn, Cu - Ag
EUTEKTIČKA REAKCIJA DJELOMIČNOM TOPIVOŠĆU U KRUTOME
++
Čisti metal A
Čisti metal B
Taljevina
OhlađivanjeTaljenje
EUTEKTIKUM, E (αe + βe)mješavina kristala mješanaca
α i β
Slika 9. Shematski prikaz nastajanja eutektikuma E (αe+ βe) kod djelomične topivosti u krutome s eutektičkom reakcijom
Kristali mješanci α(B u A)
Kristali mješanci β(A u B)
T E(αe+ βe)
MIKROSTRUKTURE FAZNOG DIJAGRAMA DJELOMIČNE TOPIVOSTI S EUTEKTIČKOM REAKCIJOM
Tem
pera
tura
, ϑ
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B
maseni % B
Taljevina, T
α + T T + β
α + E (αe+ βe)E (αe+ βe) + β
E (αe+ βe)α βϑE
xE%B
α
α
α
β
β
β
TTT
Slika 10. Shematski prikaz mikrostruktura na ravnotežnom dvokomponentnom dijagramu djelomične topivosti s eutektičkom reakcijom
xα xβ
αα
αα
E (αe+ βe)
E (αe+ βe)
β βββ
ββ
αα
ββ
E (αe+ βe)
T
Sn
Pb β
αBogato sPb
Za postizanje velikih homogenih područja, potrebne su velike difuzijske udaljenosti atoma.
Lamelarna su područja nastala jer su za njih potrebne relativno male difuzijske udaljenosti atoma.
Fotografija mikrostrukture eutektičke koncentracije Pb - Sn legure.
Mikrostruktura se sastoji iz naizmjeničnih slojeva α - faze (kristali mješanci bogati s Pb –crne pruge) i β - faze (kristali mješanci bogati sa Sn – bijela područja), kod povećanja od 375x
T
Smjer eutektičkog rasta
Slika 11. Mikrostruktura eutektičke Pb- Sn legure
Bogato saSn
RAVNOTEŽNI DVOKOMPONENTNI DIJAGRAM S PERITEKTIČKOM REAKCIJOM
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B
maseni % B
Tem
pera
tura
, ϑ
1
3
24 5
6 7
xP % B
Taljevina
α
α + T
β
T + β
α + βTe
mpe
ratu
ra, ϑ
35% B
35% BxP % B
T + β
TT
T + β
ϑPα + T
ααT + β α
T + β α
a) b)
Slika 12 . a) Krivulje ohlađivanja, b) Ravnotežni dvokomponentni dijagram
s peritektičkom reakcijom
Vrijeme, t
xα xβ
Opis dijagrama s peritektičkom reakcijom, Slika 121- 2 – 3 - likvidus linija; 1- 4- 5 - 3- solidus linija; 4-6 i 5-7- solvus linije
ϑP - peritektička temperatura (izotermala)
xP % B - peritektička koncentracija legure
PERITEKTIČKA REAKCIJA
T + β αNaϑP i za xP % B
ohlađivanje
Taljevina, T i jedna kruta faza,β na peritektičkoj temperaturi ϑP za peritektičku koncentraciju legure xP % B ohlađivanjem daje novu krutu fazu α. Sve legure s koncentracijom između X α i X β imaju na peritektičkoj temperaturi peritektičku pretvorbu.Primjer: Ag- Pt legure
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B
maseni % B
Tem
pera
tura
, ϑ
ϑP
xP % B
T + β
α + T
α + βα
β
T
α
α
T
T
T
β
β
α
β
Slika 13. Shematski prikaz struktura na dijagramu s peritektičkom reakcijom
β
β β
β ββ
βαα αα αα
αα
αα
α
α
Slika 14. Shema peritektičke reakcije
Čisti metal A
Čisti metal B
Taljevina T + β α
Taljenje OhlađivanjeOhlađivanje
T + β α
+
RAVNOTEŽNI DVOKOMPONENTNI DIJAGRAM
S EUTEKTOIDNOM REAKCIJOM (reakcija u krutome)
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B
maseni % B
Tem
pera
tura
, ϑ
α’+Eid (αEid+βEid)
β’Eid (αEid+βEid)α’
γ + β’α’+ γ
γ
T + γ
T
Eid (αEid+βEid) + β’
xα xβ
12
3
4 7
8 9
ϑEid
Podeutektoidne legure Nadeutektoidne legure
Eutektoidna legura
x Eid
a) b)
Slika 15. a) Ravnotežni dvokomponentni dijagram s eutektoidnom reakcijom, b) Krivulja ohlađivanja
3
4
5
6
Vrijeme, t
T
T + γ
γ
γ Eid (αEid+βEid)
Eid
x Eid % B
Tumačenje dijagrama s eutektoidnom reakcijom, Slika 15.1-2 – likvidus linija; 1-2 –solidus linija, 1-3-2 ,1-4-3-5, 1-4-6 i 2-5-7- solvus linije
ϑEid – eutektoidna temperatura (izotermala)
x Eid – eutektoidna legura
EUTEKTOIDNA REAKCIJA
γ EUTEKTOID, Eid (αEid + βEid)Ohlađivanje
Sekundarna kristalizacija
ϑEid i x Eid
Eutektoid na grčkom znači nalik na eutektikum. Eutektoidna reakcija je slična eutektičkoj samo za razliku od nje ova se odvija iz krutine.
Eutektoidna reakcija: jedna kruta faza, γ daje dvije nove krutine αeid + βeid čija se mješavina nazivaEUTEKTOID.
Točka 4 – invarijantna točka u kojoj su u ravnoteži tri krutine γ, α’ i β’
Oznaka ( ’ ) – zanači da je krutina nastala sekundarnom kristalizacijom – iz krutine. Krutine nastale izravno iz taljevine su primarne krutine.
Uvjet za nastajanje eutektoidne reakcije je da barem jedna od dviju komponenti A ili B moraju biti polimorfne
(imati alotropske modifikacije)
γ - kristali mješanci s I. tipom kristalne rešetke metala A
α’ - kristali mješanci s II. tipom kristalne rešetke metala A
β’ - kristali mješanci s kristalnom rešetkom metala B
αEid - kristali mješanci s II. tipom kristalne rešetke metala A nastali eutektoidnom reakcijom
βEid - kristali mješanci s kristalnom rešetkom metala B nastali eutektoidnom reakcijom
Za sve se legure s koncentracijom od xα do xβ %B na eutektoidnoj temperaturi ϑEid odvija eutektoidna reakcija
+
Čisti metal A
Čisti metal B
TaljenjeOhlađivanje
Ohlađivanje
γ Eid (αEid+βEid)
(I. tip rešetke metala) A
αEidβEid
Slika 16. Shema nastajanja eutektoida
+
Eutektoid (αEid + βEid )
γ
(II. tip rešetke metala) A
STRUKTURE U RAVNOTEŽNOM DVOKOMPONENTNOM DIJAGRAMU
S EUTEKTOIDNOM REAKCIJOM (reakcija u krutome)
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B
maseni % B
Tem
pera
tura
, ϑ
α’+Eid (αEid +βEid)
β’Eid (αEid+βEid)α’
γ + β’α’+ γ
T + γ
T
Eid (αEid+βEid) + β’
xα xβ
12
3
4 7
8 9
ϑEid
Podeutektoidne legure Nadeutektoidne legure
Eutektoidna legura
x Eid
Slika 17. Shematski prikaz struktura u ravnotežnom dvokomponentnom dijagramu
s eutektoidnom reakcijom
3
4
5
6
TT
γ
γ β’
β’
α’
α’γ
Eid (αEid+βEid)
α’
β’
α’
α’α’
γγγ γ γγ
γ
β’
β’β’
β’
α’α’α’
γ
γγ
β’γ
Eid (αEid+βEid)
Ravnotežni dvokomponentni dijagram s intermedijatnim fazama (faze između α i η)
Cu maseni % Zn Zn
Slika 18. Ravnotežni dvokomponentni dijagram za legure Cu - Zn
Tem
pera
tura
, ϑ( 0 c
)
Tem
pera
tura
, ϑ( 0
F)Taljevina (L)
RAVNOTEŽNI DIJAGRAM S INTERMETALNIM SPOJEMTe
mpe
ratu
ra, ϑ
( 0 c)
Tem
pera
tura
, ϑ( 0
F)
Mg maseni % Pb Pb
Slika 19. Ravnotežni dvokomponentni diagram za legure Mg – Pb na kojemu je prikazano nastajanje intermetalnog spoja Mg2Pb koji dijeli dijagram na dva dijela
Taljevina (L)
ϑ
A B...potpuna topivost u krutome
T
T+ α
α
A B...potpuna netopivost u krutome s eutektičkomreakcijom
ϑ T
T+ A T+ B
E+ A E+ B
T EUTEKTIKUM, E (A + B) T α
E
A B
...djelomična topivost u krutome s eutektičkom reakcijom
ϑ
β
T+ α T+ βα
E + α E + βE
T
T EUTEKTIKUM, E (α + β)
A B
...djelomična topivost u krutome s peritektičkom reakcijom
ϑT
αα + β
β
T+ βT+ α
T + β α