Węgliki w stali
Węgliki w stali – typowy składnik strukturalny występujący w stali.
Rozpuszczalność węgla w ferrycie wynosi do 0,02% wagowo, w związku z tym zarówno w stalach węglowych, jak i w stalach stopowych wydzielają się różnego rodzaju węgliki, z których najpowszechniejszym jest cementyt[1].
Pierwiastki węglikotwórcze w stali
Niektóre pierwiastki stopowe dodawane do stali mają większe powinowactwo do węgla niż żelazo, stąd dość często w stalach występują węgliki stopowe, często oznaczane jako MACB, gdzie C oznacza węgiel, A i B – stechiometrię otrzymywanej fazy, a M oznacza mieszaninę metali wchodzących w skład komórki elementarnej tego węgliku. Często w skład jednej komórki elementarnej mogą wchodzić różne pierwiastki stopowe skłonne tworzyć daną stechiometrię, jak również żelazo. Stosunek atomów poszczególnych pierwiastków zależny jest od składu chemicznego stali i temperatury jej obróbki, jak również temperatury wydzielania danego węgliku. W stopach żelaza największą rolę odgrywają węgliki chromu, wanadu, wolframu, tytanu i niobu[1][2].
Rodzaje węglików
W stalach mogą występować następujące rodzaje węglików:
| Rodzaj | Sieć krystalograficzna | Stosunek Fe, M/C |
| κ | heksagonalna, a=6,9 c=4,8 Å | 1,37 |
| ε | heksagonalna, a=2,737 c=4,339 Å | 2,4-3 |
| χ / węglik Hagga | jednoskośna, a=11,536 b=3,573 c=5,058 Å β=97,44° | 2,2 lub 2,5 |
| η / M2C | rombowa, a=4,704 b=4,318 c=2,830 Å | 2 |
| Fe3C | rombowa, a= 4,525 b=5,087 c=6,743 Å | 3 |
| M7C3 | rombowa, a=4,526 b=7,010 c=12,142 Å | 7/3 |
| (Fe, Si)CX | rombowa, a=8,8 b=9,0 c=6,743 Å | |
| (Fe, Si)CX | rombowa, a=6,5 b=7,7 c=10,4 Å | |
| (Fe, Si, Mn)CX | rombowa, a=14,8 b=11,4 c=8,5 Å | |
| M23C6 | regularna ściennie centrowana, a=10,621 Å | 23/6 |
| M6C | regularna ściennie centrowana, a=11,082 Å | 6 |
| Węglik C | trójskośna, a=6,38 b=5,05 c=4,59 Å α=90° β=70,1° γ=84,7° |
Rodzaj powstających węglików zależy od temperatury. W niskich temperaturach ograniczona jest dyfuzja pierwiastków stopowych, w związku z czym powstają węgliki bogate w węgiel, o niskim współczynniku M/C. Wraz ze wzrostem temperatury dyfuzja przyśpiesza, umożliwiając powstanie węglików o większym nasyceniu pierwiastkami stopowymi[3].
Jednocześnie ze względu na etap obróbki, w którym wydzielają się węgliki, wyróżnia się podział na węgliki pierwotne, powstałe w trakcie odlewania i bezpośrednio po (z reguły o dużych rozmiarach), i węgliki wtórne, powstałe w trakcie późniejszej obróbki cieplnej[4].
Rola węglików
Węgliki powstające w stali są fazą twardą i kruchą. Ponieważ ich powstawanie wynika ze zmieniającej się wraz z temperaturą rozpuszczalności węgla w austenicie i ferrycie, można uznać, że umacniają stal w sposób wydzieleniowy. Obecność węglików w stali najczęściej podnosi jej twardość, granicę plastyczności i wytrzymałości, a także odporność na zużycie ścierne. Węgliki wolframu i wanadu, ze względu na dużą trwałość, stabilizują właściwości stali w podwyższonych temperaturach[4]. Węgliki odpowiedzialne są także za efekt twardości wtórnej, czyli zwiększenia twardości stali w trakcie odpuszczania. Jednocześnie obecność węglików może niekorzystnie wpływać na udarność, ciągliwość i odporność na pękanie stali.
Węgliki często powstają na granicach ziaren – miejscach łatwego zarodkowania. W niewielkich ilościach struktura taka jest korzystna, ponieważ ogranicza rozrost ziarna w trakcie austenityzowania lub odpuszczania, jednak wzrost liczby węglików na granicach powoduje powstanie siatki węglików i gwałtowny spadek udarności oraz odporności na pękanie[1]. Również w stalach odpornych na korozje, ze względu na duże powinowactwo chromu do węgla, powstające na granicach ziaren węgliki mogą prowadzić do lokalnego zubożenia składu chemicznego, co powoduje rozwój korozji międzykrystalicznej[5].
Przypisy
- ↑ a b c Wydawnictwa Naukowo-Techniczne., Inżynieria materiałowa. Stal, wyd. Wyd. 2 zm. i rozsz., dodr, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2013, ISBN 978-83-63623-63-0, OCLC 829897730 [dostęp 2019-04-01].
- ↑ Piotr Bała, Kinetyka przemian fazowych przy odpuszczaniu i jej wpływ na własność stali, praca doktorska, Kraków 2007.
- ↑ Bhadeshia, H.K.D.H. (Harshad Kumar Dharamshi Hansraj), 1953-, Bainite in steels. Theory and practice, wyd. Third edition, Leeds, UK, ISBN 978-1-909662-74-2, OCLC 907794952 [dostęp 2019-04-01].
- ↑ a b Stanisław Prowans, Materiałoznawstwo, wyd. Wyd. 2, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1980, ISBN 83-01-00884-9, OCLC 749426495 [dostęp 2019-04-01].
- ↑ Marek (chemia). Kamiński, Korozja materiałów, Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2006, ISBN 83-7207-582-4, OCLC 749826122 [dostęp 2019-04-01].