Løsningsforslag til Øvingsoppgave 5

Transkript

1 Oppgve 5.1 ) Figu 5.1 vise et foenklet tilstndsdigm fo det metstbile system jen-kbon, Fe-C. Skiv på digmmet stuktuelementene og fsene som tilhøe de enkelte flte. Mek v eutektisk og eutektoidisk eksjon Se Figu L b) To stål med henholdsvis 0,5% C og 1,% C vkjøles skte f ustenittomådet og ned til væelsestempetu, slik t det hele tiden følge likevektsdigmmet. Fokl nøye hv som skje med stuktuen unde vkjølingen, og finn mssefoholdet mellom de stuktuelemente vi h ved omtempetu. Vi se føst på nedkjøling v stål med 0,5% C. Ved c o C h ll smelten støknet til en fse med fltesentet stuktu, -fsen, også klt ustenitt. Ved videe nedkjøling e vstenitten stbil helt ned til like unde 800 o C, se Figu L punkt A. He bli ustenitten mettet på Fe og den spltes opp i to fse, -jen med et lite C-innhold og -jen. Det e vnlig å se bot f det lille C-innholdet i -jen, og egne fsen som ent jen. -jen klles også feitt. Ette hvet som tempetuen synke og det utskilles C fttig -jen, øke -fsens ndel v C. Smmensetningen v -fsen e gitt v linjen A-C. Vi se -jen få en noe støe ndel v C ette som tempetuen synke. Ved tempetuen A 1 = 7 o C h både - og -fsene sin støste oppløselighet v C, henholdsvis 0,05% C og 0,8% C, se Figu L punkt D og C. Legeingens totle smmensetning e selvfølgelig ufondet, og gitt v punktet B. Ved denne tempetuen kn ustenitten, -fsen, oppfttes som mettet både på Fe (feitt) og kbon, punkt C. Ved ytteligee vmebotledning spltes ustenitten til eutektoidet pelitt som e en finfodelt meknisk blnding v feitt og cementitt (Fe C). Vi h ltså nå to stuktuelemente, feitt og pelitt. Feitten inneholde be en fse -jen, mens pelitten inneholde begge fsene som e til stede, -jen og cementitt (Fe C). -jenets smmensetning e gitt v punkt D, cementittens smmensetning v punktet E og pelittens smmensetning v punktet C, se Figu L Ved den videe nedkjøling til nomltempetu fobli disse stuktubestnddelene ufondet. Den eneste fondingen som finne sted, e t feittens oppløselighet v C vt, slik t C diffundee ut v feitten og inn i cementitten. Vi vil nå finne mssefoholdet mellom de to stuktuelementene vi h ved omtempetu, feitt og pelitt, ved hjelp v hevmloven, idet vi se helt bot f den lille ndelen C som fotstt finnes i feitten Vi h d f digmmet i Figu L-5.1.1: Henning Johnsen side 1

2 Oppgve 5.1b, fots. Figu L Den eutektoide eksjonen e mket med bokstven C. Den eutektiske eksjonen e mket med bokstven H. feitt 0,5 = pelitt (0,8-0,5) feitt pelitt 0,8 0,5 0,6 0,5 vi se nå på nedkjøling v stål med 1,%C. Ved c. 100 o C h ll smelten støknet til fst fse, ustenitt. Ved videe nedkjøling e ustenitten stbil helt ned til c. 900 o C, se Figu L-5.1.1, punkt F. He bli ustenitten mettet på C, og den spltes opp i to fse, cementitt (Fe C) og ustenitt. Cementittens smmensetning e gitt v punkt E i Figu L Ette hvet som tempetuen synke og det skilles ut me cementitt med C innhold på 6,7%, synke -fsens ndel v C. Smmensetningen v -fsen følge linjen F-C i digmmet. Cementittens oppløselighet v C e hele tiden 6.7%. Henning Johnsen side

3 Oppgve 5.1b, fots. Nå legeingen e vkjølt til A 1 = 7 o C, punkt G, h ustenitten smmensetning gitt v punkt C. Austenitten kn he oppfttes som mettet både med feitt og med kbon, og ved videe vmebehndling spltes den til eutektoidet pelitt (blnding v feitt og cementitt). Legeingen bestå nå v to stuktuelemente, cementitt og pelitt. Cementitten bestå kun v en fse, Fe C, mens pelitten inneholde begge fsene som e til stede, -jen og Fe C. -jenets smmensetning e gitt v punkt D, cementittens smmensetning v punkt E og pelittens smmensetning v punkt C. Den eneste fonding som finne sted ved den videe nedkjøling til nomltempetu, e t -fsens oppløselighet v C vt, slik t C diffundee ut v feitten og inn i cementitten. Vi finne nå mssefoholdet mellom de to stuktuelementene vi h ved omtempetu, cementitt og pelitt, ved hjelp v hevmloven, idet vi se helt bot f den lille ndelen C som fotstt finnes i -fsen. Vi h d f digmmet i Figu L-5.1.1: cementitt (6,7 1,) = pelitt (1, - 0,8) cementitt pelitt 1, 0,8 0,09 6,7 1, c) Ved mikoundesøkelse v kbonstål e det funnet t 10% v slipets el bestå v kongense-cementitt og esten v pelitt. Cementitt og pelitt kn egnes å h smme tetthet. Hv e stålets kboninnhold i %? Vi skl finne stålets smmensetning, q x %C, nå vi vet t 10% v slipets el bestå v cementitt og esten v pelitt. Vi vet t cementittens smmensetning m& vee gitt v punkt E og pelittens smmensetning v punkt C i Figu L Ved buk v hevmloven få vi: cementitt (6,7 - q x ) = pelitt (q x 0,8) cementitt pelitt q x 0,8 6,7 q x 0,1 0,11 0,9 q x 0,8 = (6.7 - q x ) 0,11 q x = 0,74 0,11q x (1 + 0,11)q x = 0,74 + 0,8 q x 1,54 1,9% 1,11 Henning Johnsen side

4 Oppgve 5.1, fots. d) Fokl hvofo oppløseligheten v C i -jen e mye minde enn i -jen. Finn ved hjelp v det gitte utsnitt v fsedigmmet fo jen kbon i figuen, mengdefoholdet mellom de eksisteende stuktuelemente ved hhv. 800 o C og ved omtempetu. Nvngi stuktuelementene. Legeingens kboninnhold e 0,%. Kbon og jen dnne ddisjonsoppløsning. I kubisk omsentet stuktu (-jen) gi mellomommene mellom tomene minde plss fo femmedtome enn tilfellet e fo kubisk fltesentet stuktu selv om kubisk fltesentet stuktu e me tettpkket enn kubisk omsentet stuktu. Mengdefoholdet mellom stuktuelementene ved 800 o C: Legeingen bestå v to fse: Feitt (-) med q l = 0,05%C og ustenitt () med q 1 = 0,4%C. (Kbonposentene finnes f Figu L i oppgveteksten. Et utsnitt v figuen e vist nedenfo). I dette tilfellet e stuktuelementene lik fsene. Hve fse utgjø ett stuktuelement. Legeingens kboninnhold: q x = 0,% Hevmloven: q x ( + ) = q l + q 1 0,4 0, 0,6 0, 0,05 Figu L-5.1. Henning Johnsen side 4

5 Oppgve 5.1d, fots. Mengdefoholdet mellom stuktuelementene ved omtempetu: Ved vkjøling v med 0,%C f høyee tempetu enn eutektoid tempetu, vil feitt utskilles inntil eutektoid tempetu e nådd. Ved den eutektoide tempetu vil esten v ustenitten omvndles til pelitt (eutektoid). Austenitten h ved eutektoid tempetu oppnådd 0,8% kbon. Økning i ustenittens kboninnhold skyldes t den feitten som tidligee e utskilt, ikke kn inneholde me enn noen hundedels posent kbon. Eutektoid bestå v to fse (feitt + cementitt), men oppfttes som. Ett stuktuelement fodi fsene h et bestemt mengdefohold og e odnet ette spesielle mønste innenfo omåde som kn smmenlignes med kon. I pelitt bestå disse omådene v lmelle v vekselvis feitt og cementitt. Unde 7 o C vil det væe dnnet to stuktuelemente: 1. Feitt, bestående v fsen feitt.. Pelitt, bestående v fsene feitt og cementitt. Figu L-5.1. Fo å finne mengdefoholdet mellom stuktuelementene feitt og pelitt ved omtempetu må vi buke hevmloven ved 7 o C fodi det e he pelitten oppstå, og mengden pelitt vil ikke fondes (selv om feitts evne til å oppløse kbon vt ved lvee tempetu). Ved vkjøling til omtempetu vil det f feitten utskilles me cementitt, men denne inngå ikke i pelitt slik t pelittmengden e like sto ved 7 o C som ved omtempetu. Den sekundæt dnnede cementitt vil deimot ligge finfodelt i feitten og væe åsk til noe uttellingsheding. (Den sekundæe utskilling foegå ove lng tid, gjene flee å fodi diffusjon v kbon e uhye lngsom i kldt, kubisk omsentet jen). Hevmloven: q x ( + P) = q + q p P P 0,9 0, 1,9 0, 0,04 Henning Johnsen side 5

6 Oppgve 5. Figuen unde vise enhetscellene til kubisk omsentet stuktu, ks, og kubisk fltesentet stuktu, kfs, inkludet mulige mellomomsposisjone fo C. Figu L-5. Enhetscelle i kubisk omsentet stuktu og kubisk fltesentet stuktu. Støelsen på tomene i stål vhengig v kystllstuktu e som følge: ATOM: KRYSTALLSTRUKTUR: RADIUS (Å): Fe Feitt, 1,4 Fe Austenitt, 1,9 C 0,71 ) Beegn støelsen på mellomommene i feitt og ustenitt, som C kn gå inn i. Kubisk omsentet stuktu, ks ( = b = c): 4Fe Fe 4 Henning Johnsen side 6

7 Henning Johnsen side 7 Oppgve 5., fots. Kubisk fltesentet stuktu, kfs ( = b = c): Fe Fe 4 4 Sette: Fe = R mellomom = 0,91 R 5R R 5R 4R R 0,414 R R R 4R R

8 Oppgve 5., fots. Defo e: mellomom = (0,91) (1,4) = 0,6Å mellomom = (0,414) (1,9) = 0,5Å b) Fokl så foskjellen i mksimum løselighet v C i de to fsene. Støelsen på mellomommene e minde enn C = 0,71Å. Dette føe til lv oppløselighet og god løsningsstyking. Løseligheten e c. 100 gnge støe i ustenitt enn i feitt (: C mks = 0,0% og : C mks =,06%), p.g.. støe mellomom i enhetscellen til kubisk fltesentet stuktu. Oppgve 5. Beegn mengden (vekt - %) v feitt og cementitt som e tilstede i pelitt. Pelitt må inneholde C = 0,8%. Vi buke hevmloven: 1 0,8 0,0 FeC 6,67 0,8 0 Vi kn også skive: FeC 1100% Fe C 1 Sette ligning inn i 1: 0,8 0,0 1 6,67 0,8 0 0,8 0,0 6,67 0,8 6,67 0,8 0,8 0,0 6,67 0,8 6,67 0,8 6,67 0,0 6,67 0,8 6,67 0,8 x100% 88,% 6,67 0,0 F ligning : Fe C , 11,7% 0 Henning Johnsen side 8

9 Oppgve 5.4 En meiknsk bilfbikk benytte et AISI 1050-stål med c. 0,5% C til smiing v hjulksle. En fohåndsundesøkelse v stålet fø smiing og vmebehndling, viste t mikostuktuen inneholdt c. 60% pelitt og 40% feitt. ) Beegn mengden i % v hve fse og stuktuelement som du egne med å finne i stålet. C < 0,8% Feitt () + Pelitt (P) P = + Fe C Tot. (inkl. i P):,, FeC,, FeC % 667, 05, x100% 9, 8% fse 667, 00, Fe C 100 9, 8 7, % fse,,,, 1 P P 1 100% 05, 00, P x100% 615%, stuktuelement, fse 08, 00, , 5 8, 5% stuktuelement, 1fse b) E dette et AISI stål? Dette e et AISI stål. De beegnede vedie ligge næe vediene f mikoundesøkelsen. Oppgve 5.5 En bedift mott stngstål f en levendø. Mikoundesøkelse i lbotoiet viste t stålet inneholdt c. 95% pelitt og 5% Fe C. Bestem stålets C - innhold. P + Fe C oveeutektoid stål C > 0,8% %,, % FeC 1 P C08 Fe C 667 C 0 P 1 100% 667, % C P x 100% 95% 667, 08, 667, % C ,, 08, % C 11%, Henning Johnsen side 9

10 Oppgve 5.6 Et stål til poduksjon v fjæe ble bestilt f en levendø. Stålets innhold v fsene Fe C og ble beegnet til henholdsvis 10% og 90%. Kn vi nt t dette e et eutektoid stål? Hevmloven: % C, Fe C, % C % 0, 9 Fe C 10% 0, 1 C C 09, % 00, 01667,, % 0 % C 09, 01, 09, , 667, % C 0, 69% %C 0,8% IKKE eutektoid stål (undeeutektoid) Henning Johnsen side 10