IMT1_005 דיאגרמת ברזל-פחמן

דיאגרמת ברזל פחמן

מכל הדיאגרמות הבינאריות, דיאגרמת הברזל-פחמן היא הכי חשובה. פלדה, ברזל יצוק, וכל חומר עיקרי בכל תרבות מתקדמת טכנולוגית, הם פשוט סגסוגת ברזל פחמן.

ברזל טהור, כאשר מחומם, עובר שני שינויים במבנה הגבישי שלו לפני שהוא מותך לנוזל. בטמפרטורה החדר, הוא נמצא במצבו היציב, פריט (ferrite), או ברזל , ובעל מבנה BCC.
בטמפרטורה של , פריט עובר טרנספורמציה למבנה FCC אוסטניט, או ברזל . האוסטניט עובר בחזרה למבנה BCC בטמפרטורה של , שנקרא פריט , שלבסוף מותך בטמפרטורה של .
ניתן לראות את כל המעברים האלה על הציר האנכי השמאלי של דיאגרמת הפאזות.

ההרכב בדיאגרמה מסתיים ב-. בריכוזים אלו נוצרת התרכובת צמנטיט - קו ימין בדיאגרמה. זוהי תרכובת סטויכומטרית שמתקבלת בהרכב ספציפי.

תאכלס, רוב הפלדות והברזל היצוק בעלי אחוזי פחמן קטנים מ-. לכן נתעסק רק בחלק זה של הדיאגרמה.

פחמן הוא פגם נקודתי מסוג החלפה ויוצר תמיסה מוצקה עם הפריטים ו-, וגם עם אוסטניט, כפי שאפשר לראות בדיאגרמה באזורים החד פאזיים בצד שמאל.

ב-BCC פריט , רק אחוזים קטנים של פחמן יכולים להיות מומסים - המקסימום הוא בטמפרטורה של . תמונה מיקרוסקופית שלו:

האוסטניט , כאשר מעורבב עם פחמן, לא יציב בטמפרטורה מתחת ל-, כפי שאפשר לראות בדיאגרמה. המסיסות הכי גבוהה של פחמן באוסטניט היא , הרבה יותר גבוה מאשר ברזל , בשל השוני במבנה הגבישי. תמונה מיקרוסקופית שלו:

מבנים בסגסוגת ברזל-פחמן

נשים לב כי ישנם שתי תגובות בדיאגרמה. הראשונה היא תגובה אוטקטית שאנו מכירים, בהרכב :

הנוזל מתמצק כדי ליצור פאזות אוסטניט וצמנטיט. למבנה זה אנו קוראים לדבוריט והוא מבנה אוטקטי.

ישנה גם תגובה אוטקטואידית - מעבר מפאזת מוצק לשתי פאזות מוצקות:

המבנה הוא מסוג מבנה אוטקטואידי (למלרי שכבתי) ובמקרה הזה אנו קוראים לו פרליט. הוא מורכב משתי פאזות: פריט וצמנטיט .

דוגמה לנתך משמאל לנקודת האוטקטואיד:

תרגילים:

1. מהו האחוז המשקלי של צמנטיט בפלדה אוטקטואידית בטמפ’ האוטקטואידית?
   אנו יודעים כי: לפי חוק המנוף:
2. חשבו את כמותם היחסית ואת הרכבם של הנוזל ושל המוצק בפלדה המכילה בטמפ’ .
   מהנקודה הנתונה נבנה איזותרמה ונקבל כי: מחוק המנוף:
3. דגם פלדה פחמנית קורר באיטיות מטמפ’ של נמצא כי מהדגם הוא פריט, והשאר פרליט. מהו ריכוז הפחמן בדגם?
   מנתוני השאלה: מחוק המנוף:
4. סגסוגת במשקל 10 ק”ג של יצקת ברזל בריכוז התמצקה והתקררה לטמפרטורת החדר.
   • מה משקל האוסטניט בדגם?
     פתרון:
     אין אוסטניט בדגם (אנו בטמפרטורת החדר).
     • מה משקל הפרליט בדגם?
       פתרון:
       הפרליט נוצר בטמפרטורה האוטקטואידית ולכן:
     מכך נסיק כי:
     • מהו משקל הפריט שבתוך הפרליט בדגם הסופי?
       פתרון:
       נבצע חוק המנוף:
     ולכן יש פריט בדגם הסופי.|