Sulami olekudiagramm

Olekudiagramm on sulami faasiliste olekute ja allotroopsete muutuste graafiline kujutamine erinevatel temperatuuridel sõltuvalt komponentide koguselise vahekorra muutumisest ( kontsentratsioonist ).
Olekudiagramm koostatakse tasakaaluolekus sulami kohta jahutamisel saadud erineva kontsentratsiooniga koostiste juures jahtumiskõvera (vt.joonis1.4) samanimeliste allotroopsete muutuste kriitiliste temperatuuri punktide kandmisega teljestikku ja nende ühendamisel kõverjoontega.
Sellist diagrammi nimetatakse teoreetiliseks olekudiagrammiks, sest tõelist tasakaaluolekut on praktikas võimalik harva saavutada.
Olekudiagrammi horisontaalteljele kantakse sulamite koostise muutus (komponentide sisalduse %) ja vertikaalteljele kriitiliste temperatuuride skaala.
Olekudiagrammi koostamisel horisontaalteljele joonistatakse vastavalt koostisele vertikaalsirged. Nendele kantakse vastava koostisega sulami jahtumisekõvera kriitilised punktid. Vasakult äärmisele puhta Fe ja paremale C kristalliseerumise ja modifikatsioonide allotroopsete muutuste toimumise temperatuurid (vt. joon. 1.6.). Sama korrates mitme vahepealse koostise % juures saame rea sulami kristalliseerumise algust ja lõppu ning allotroopseid muutusi tähistavaid punkte. Samanimelised (samatähendusega) kriitiliste temperatuuride punktid ühendades sujuva kõveraga, saamegi süsteemi raud-süsinik sulamite olekudiagrammi .

Raud-süsiniku olekudiagramm haarab sulameid, mille süsinikusisaldus ei ületa 6,67 %. Kui rauas on lahustunud 6,67%, siis tekib raua ja süsiniku olekudiagrammi äärmisel parempoolsel vertikaalil näidatud süsinikusisaldus 6,67%. Selle asemel võib nimetatud vertikaalile kanda ka Fe3C (100% Fe3C), mida tavaliselt tehaksegi. Olekudiagrammi nimetatakse siis raud-tsementiidi olekudiagrammiks (joon. 1.6.). Temperatuuriteljel on diagrammi alustatud temperatuurilt 600oC, sest allpool 700oC raua ja süsiniku sulamites struktuurimuudatusi ei toimu.

Joon. 1.6. Raud-süsiniku olekudiagramm

 

Sulameid, mille C-sisaldus on kuni 2,14%, nimetatakse terasteks. Suurema C-sisaldusega sulameid nimetatakse malmideks. Praktikas kasutatakse teraseid kuni 1,4% ja malme kuni 4,5%C sisaldusega. Olekudiagrammi ülemist joont ACD nimetatakse (vedeldumise) likvidusjooneks, diagrammil ülalt teist joont AECF nimetatakse (tardumise) solidusjooneks. Sellel joonel lõpeb teraste ja malmide primaarne kristalliseerumine. Järelikult on allpool joont AECF iga teras ja malm tardunud- tahkes olekus. Joon GSECF väljendab teraste ja malmide ümberkristalliseerumise algust, joon GPSK aga selle protsessi lõppu. Seega toimub nende joonte vahelistes alades teraste ja malmide sekundaarne kristalliseerumine – allotroopsed muutused. Allpool joont GPSK loeme teraste ja malmide struktuuri muutumatuks.

Diagrammil on kaks iseloomulikku punkti. Punkt C on eutektiline punkt. See näitab, et malm, mille süsinikusisaldus on 4,3%, kristalliseerub täielikult temperatuuril 1147oC. Seda malmi nimetatakse eutektiliseks malmiks. On veel teinegi analoogiline punkt S. Diagrammilt selgub, et teras, mis sisaldab 0,8% süsinikku, kristalliseerub tahkes olekus ümber uuele struktuurile ühel ja samal temperatuuril (727oC). Punkti S nimetatakse eutektoidseks punktiks ja selle terast eutektoidseks teraseks. Punktid C ja S jaotavad diagrammi neljaks osaks ala- ja üleeutektilise terase ja –eutektoidse malmi alaks.

Sõltuvalt temperatuurist ja süsinikusisaldusest võivad raua-süsinikusulamites olla järgmised struktuuriosad, milliseid nimetatakse ja tähistatakse vt. joon. 1.6 järgmiselt.

Ferriit (F) Maksimaalne süsinikusisaldus ferriidis on 0,008%.

Austeniit (A) Maksimaalselt lahustub süsinikku g -rauas 2,14%.

Tsementiit (T) on raua ja süsiniku keemiline ühend (raudkarbiid Fe3C). Ta sisaldab 6,67% süsinikku.Tsemendiidi sulamistemperatuur on ligikaudu 1600oC. Ta on väga kõva (800 HB) ja habras.

Perliit (P) on ferriidi ja tsementiidi mehaaniline segu, eutektoid. Perliidi süsinikusisaldus on 0,8%. Perliidi tõmbetugevus Rm B = 800Mpa, suhteline pikenemine  = 15% ja kõvadus 160 HB. Perliit tekib temperatuuril 727oC.
Ledeburiit (Le) tekib temperatuuri 1147oC ja sisaldab 4,3% süsinikku. Ledeburiit on kõva (600…700 HB).

Ledeburiit (Le) on austeniidi ja tsementiidi mehaaniline segu (eutektikum), mis tekib vedela raua-süsinikusulami tahkumisel allpool temperatuuri 1147oC ja sisaldab 4,3% süsinikku. Ledeburiit on kõva (600…700 HB) ja habras. Et temperatuuril 727oC austeniit kristalliseerub ümber perliidiks, siis toimub selline struktuurimuutus ka ledeburiidis olevas austeniidis ning allpool temperatuuril 727oC ei koosne ledeburiit enam austeniidist ja tsementiidist, vaid perliidist ja tsementiidist.

Vedel faas (V) tähistab diagrammil ala, kus sulami komponendid on vedelas olekus.

Raud-tsementiit olekudiagrammi abil määratakse teraste ja malmide termotöötlemise ning teraste kuumsurvetöötlemise (sepistamise, stantsimise, valtsimise) temperatuurirežiimid. Olekudiagramme kasutatakse terase, malmi ja  värvilise metallide sulamite valutehnoloogia režiimide määramisel.

Licensed under the Creative Commons Attribution Non-commercial Share Alike 3.0 License