STRUKTURA I SVOJSTVA MATERIJALA

METALOGRAFIJA ŽELJEZNIH LEGURA

Prof. dr. sc. Ivica Kladarić

Identifikacija i procjena mikrostrukture

METALOGRAFIJA je istraživačka metoda koja obuhvaća optičko istraživanje mikrostrukture sa svrhom njezina kvalitativnog i kvantitativnog opisa.

MIKROSTRUKTURA je stanje strukture koja se ispituje metalografskim metodama.

Najvažnija metalografska metoda je tzv. svjetlosna metalografija, u kojoj se za rasvjetu iskorištava vidljivi dio spektra, a osnovni je instrument svjetlosni mikroskop.

Metalni uzorci se promatraju u reflektiranom svjetlu i zbog toga moraju biti pripremljeni na odgovarajući način.

Dobro pripremljen uzorak je:

� jednak materijalu koji predstavlja;� odvojen, brušen i poliran tako da su uklonjena sva

oštećenja površine metala, radi otkrivanja prave mikrostrukture u postupku nagrizanja;

� bez ogrebotina i jamica od poliranja te bez vodenih mrlja;

� poliran tako da su sačuvani neoštećeni svi uključci;� dovoljno ravan da omogući promatranje pri velikim

povećanjima,

Svjetlosni mikroskopLeitz – Neophot 21

03. 2010.SFSB-SISM

Identifikacija i procjena mikrostrukture

Priprema izbrusaka općenito podrazumijeva:

1. odvajanje iz ispitivanog materijala (lomljenjem, piljenjem, laserom, itd.);

2. ulaganje u odgovarajuću masu (zbog jednostavnijeg rukovanja izbruscima nepravilnog oblika ili zbog zaštite bridova ili pojedinih dijelova);

3. brušenje abrazivnim sredstvom, npr. brusnim papirom (smanjuju se na najmanju moguću mjeru mehanička oštećenja površine);

4. poliranje za postizanje zrcalno ravne površina (različiti abrazivi na podlozi od tkanine npr. glinica na filcu ili dijamantna pasta na svili);

5. nagrizanje odgovarajućom kemikalijom, kako bi se pojedine mikrostrukturne komponente vidjele na poliranoj površini. Refleksija svjetla koje pada na

površinu i granice zrna

03. 2010.SFSB-SISM

Identifikacija i procjena mikrostruktureAnaliza mikrostrukturne slike

Prvi korak u analizi mikrostrukture jest prepoznavanje prisutnih faza:

� ako su poznati kemijski sastav i “povijest” materijala, identifikaciju faza omogućuju dijagrami stanja,

� izravno prepoznavanje faza moguće je primjenom niza pomoćnihmetalografskih metoda (npr. mjerenjem mikrotvdoće).

Za jednoznačno definiranje mikrostrukture, pored vizualnog pregleda i prepoznavanja prisutnih faza, potrebno je brojčano izraziti udjel, veličinu, oblik i raspodjelu sastavnih elemenata mikrostrukture (tzv. kvantitativna metalografija).

Kvantitativna metalografija provodi se:

� analizom dvodimenzionalne metalografske slike (površinska analiza, linijska analiza, točkasta analiza i sl.);

� uporabom referentnih mikrostrukturnih slika;� automatiziranim postupcima za obradbu

slike (računalni analizatori slika)

Površinskaanaliza

Linijskaanaliza

l1

Točkastaanaliza

Usporedbeni niz za tip listićavog grafita

03. 2010.SFSB-SISM

Identifikacija i procjena mikrostrukture

Ugljični čelik

Tvrdoća svijetlih polja je 100 HV1

Tvrdoća tamnih polja je 210 HV1

⇒ PODEUTEKTOIDNI

⇒ FERIT

⇒ PERLIT

Točkasta analizaUkupan broj točaka na mreži: P = 100

Broj točaka na tamnim poljima: PP = 20

Volumenski udio tamne faze: VV = (PP/P)100, %

VV =(20/100)100=20 %

Utvrđivanje željezne legure na osnovi rezultata točkaste analize primjenom zakona proporcionalnosti :

PC

PCx

%100%8,0

%20%

⇒

⇒

100

8,020

100

20

8,0

⋅=

=

x

x

⇒ ⇒ Cx %16,0=

03. 2010.SFSB-SISM

Metalografija čelika

ϑϑϑϑ,OC 1147 –

911 –

723 –

0,025 0,8 2,03 %C

γ’

αid+Fe3Cid

α'+γ' γ’+Fe3C”

α’+αid+Fe3Cid αid+Fe3Cid+Fe3C’’

α'

1,4

x = 1,4 %C

⇒ ferit + perlit

F+P =100 %F. a = P. b

a b

a = 0,4 – 0 = 0,4b = 0,8 – 0,4 = 0,4

F . 0,4 = P . 0,4 /:0,4F = PP+ P =100 %2P = 100 /:2P=50 %;

F=100-50 =50%

0,4 %C

50 %F + 50 %P

0,4

x = 0,4 %C

⇒ prelit + karbid

P + K =100 %P . c = K . d

c d 6,67%

c = 1,4 – 0,8 = 0,6d = 6,67 –1,4 = 5,27

P . 0,6 = K . 5,27 /:0,6P = 8,8 K

8,8K + K =100 %9,8 K = 100 /:9,8K ≈≈≈≈ 10 %;

P ≈≈≈≈100-10 ≈ 90%

1,4 %C

90 %P + 10 %K

0,8

x = 0,8 %C ⇒ prelit

P =100 %

0,8 %C

100 %P03. 2010.SFSB-SISM

1. Zadatak: Izračunaj udio karbida u perlitu.

01027 ≈⋅= −id

cK

α

67,63 =CFe

cK

%1003

=CFe

Metalografija čelika

_____________________________________

?3

=idCFe

0,025 0,8 2,03 6,67 %C

ϑϑϑϑ,OC 1147 –

911 –

723 –

ididCFeP

3+= α

%1003

=+= ididCFeP α

bCFeaidid ⋅=⋅

3α

a b

8,008,0 =−=a 87,58,067,6 =−=ba

bCFe

idid ⋅=3

α

___________________________________________

%10033

=+⋅ ididCFe

a

bCFe %1299,11

8,0

87,51

100

1

1003

≈=

+

=

+

=

a

bCFe

id

03. 2010.SFSB-SISM

2. Zadatak: Izračunaj udio sekundarnog karbida u leguri sa 1,5 %C

%8,0=P

cK

67,6"3 =CFe

cK

ididCFeP

3+= α

Metalografija čelika

_____________________________________

?"3

=CFe

0,025 0,8 2,03 6,67 %C

ϑϑϑϑ,OC 1147 –

911 –

723 –

ididCFeP

3+= α

%100"3

=+ CFeP

dCFecP ⋅=⋅ "3

c d

7,08,05,1 =−=c

17,55,167,6 =−=d

PCFe −=100"3

__________________________________

( ) dPcP ⋅−=⋅ 100

1,5

ddPcP ⋅=⋅+⋅ 100

%8807,8810017,57,0

17,5100 ≈=⋅

+=⋅

+=

dc

dP %1288100100"

3=−=−= PCFe

03. 2010.SFSB-SISM

[ ]CX %?=

%6=ΣK

100=+ KF

Metalografija čelika

__________________________

0,025 0,8 2,03 6,67%C

ϑϑϑϑ,OC 1147 –

911 –

723 –bKaF ⋅=⋅

a

bKF ⋅=

______________________________

100=+⋅ Ka

bK

{ 44 344 21

KF

CFeCFeidid

"33

++α

[ ]CX %?=

a b

0−= xa

xb −= 67,610060

67,66 =+

−

−⋅

x

x

Cx %4,0100

67,66=

⋅=

3. Zadatak: Koja legura u sebi sadrži 6% karbida i kojeg? Skicirati strukturu.

321321

KF

ididCFe

3' ++αα

1006667,66

=+⋅−⋅

x

x

x

[ ]CX %4,0=

P

03. 2010.SFSB-SISM

Legura s 0,4 %C sadrži 6 %Fe3Cid karbida.

[ ]CX %?=

%3"3

=CFe

100"3

=+ CFeP

Metalografija čelika

__________________________

0,025 0,8 2,03 6,67%C

ϑϑϑϑ,OC 1147 –

911 –

723 –

bCFeaP ⋅=⋅ "3

a

bCFeP ⋅= "

3

___________________________________

100""33

=+⋅ CFea

bCFe

%8,0=P

cK

67,6"3 =CFe

cK

4. Zadatak: Koja legura u sebi sadržava 3 %Fe3C”? Skicirati strukturu.

"3CFeP +

[ ]CX %?=

a b

8,0−= xa

xb −= 67,6

10038,0

67,63 =+

−

−⋅

x

x978,097367,63 ⋅−⋅=⋅−⋅ xx

6,97100 =⋅ x

Cx %98,0=

03. 2010.SFSB-SISM

Metastabilni Fe-C dijagram

0,025 0,8 2,03 4,3 6,67 %C

ϑϑϑϑ ,OC

1536 –

1493 –

1392 –

1147 –

911 –

723 –

γγγγ ' + T γγγγ e + Fe3Ce T+Fe3C'

ααααid+Fe3Cid

αααα'+γγγγ' γγγγ’+Fe3C”

γγγγ’+γγγγe+Fe3C”+Fe3C

e

γγγγ’+γγγγe+Fe3C”+Fe3C

e+Fe3C’

αααα’+ααααid

+Fe3Cid

ααααid+Fe3Cid

+Fe3C’’

ααααid+Fe3Cid+

Fe3C”+Fe3Ce

ααααid+Fe3Cid+

Fe3C”+Fe3Ce

+Fe3C’

δδδδ+TTTTδδδδ+γγγγ’

podeutektoidne legure

nadeutektoidne legure

nadeutektičke legure

podeutektičke legure

ČELICI Fe- LIJEVOVI

TTTT

γγγγ’

03. 2010.SFSB-SISM