Samenvatting H6: Staal

H6: Structuur-eigenschaprelaties
staal
 Staal = legering van ijzer en koolstof

1)Ijzer
- Ongelegeerd ijzer = zacht metaal met goede ductiliteit
- Modulus en treksterkte zijn afhankelijk van korrelgrootte en aanwezigheid kleine
hoeveelheden legeringselementen of vervuiling
- Eigenschappen:
 Magnetisch onder Curietemperatuur: 770°C  ferromagnetisch
 Allotroop: verschillende kristalroosters afhankelijk vd temperatuur
o KamerT: BCC-structuur = ferriet
o A2>770°C: niet langer magnetisch, roosterstructuur niet gewijzigd
o A3 = 912°C: α <-> γ : rooster wordt FCC-structuur = austeniet
o A4 = 1394°C: γ <-> delta: opnieuw naar BCC: delta-ferriet
o Tm = 1538°C: smeltT = kristalrooster verdwijnt  vloeibare fase L
 A (=arret): T blijft tijdelijk ongewijzigd omdat er een transformatie
plaatsvindt (zowel opwarmen als afkoelen)
o A1 niet bij zuiver Fe: E’
- Opwarmen vanuit kamerT (BCC, ferriet): thermische uitzetting;
o Omslag BCC-FCC: APF stijgt ingenomen V daalt
o Thermische uitzetting door Tverhoging
o FCC  BCC, daardoor APF daalt  V stijgt

2)Binarie systeem Fe-C
 Microstructuur ongelegeerd staal en gietijzer
 Tot 2,1m% C = ijzer  vanaf 2,1m%C = gietijzer
 C interstitiëel in Fe: holten in FCC veel groter dan in BCC
 100 keer meer C in FCC dan in BCC te legeren
 Bij overgang austeniet  ferriet moet C ergens heen  verbindt zich met Fe tot Fe3C
(cementiet)
- Stollen bij afkoelen
o Stabiele stelsel: bij kamerT α-ijzer en grafiet (ongebonden C)  grijs gietijzer
o Metastabiele stelsel: bij kamerT α-ijzer en cementiet Fe 3C
 Bepaald door manier van afkoelen, samenstelling en legeringselementen
o Mengsel α + Fe3C = perliet
o γ + Fe3C = ledeburiet (exact op 4,3 m% Fe 3C)
- Zuiver koolstofstaal = “ongelegeerd staal”
- Metastabiel systeem: “A-temperaturen” liggen nu in werkelijkheid iets lager
- Afkoellijn is ALTIJD verticale lijn, want samenstelling m% C verandert niet!!
- Extra element  verschuiving eutectoïdicum

Invloed legeringselementen
- Ongelegeerd staal = gewoon koolstofstaal (reeds C in)
o Extra element  verschuiving eutectoïdicum

, o Austenietgebied verandert ook
- Effect op oplosbaarheid  grootte/ vorm fasegebieden
- Hoe meer koolstof = brosser
o Gietijzer is bros
- Austeniteren: staal verwarmen tot austeniet en herbeginnen, bij onzekerheid over staal =
soort ‘reset’
- Staal doorloopt bij afkoelen uit smelt ALTIJD het austeniet gebied
 3 opties van staal voor structuur bij 20°C op basis van %C
o Eutectoïdisch (=perlitisch)
o Hypo-eutectoïdisch (=onderperlitisch)
o Hyper-eutectoïdisch (=bovenperlitisch)




3)Microstructuur van ongelegeerd staal
1. Strucuur van eutectoïdisch staal (=”perlitisch staal”)
 Eutectoïdisch staal heeft exact de compositie 0,76 m% C
o Tijdens afkoelen uit austeniet: geen primair ferriet gevormd, want door
eutecoïdicum
o In het eutectoïdicum: α en Fe3C dienen voor elkaar als kiemen  heterogene
nucleatie: korrelgrens als vreemd oppervlak
 γ gaat tegelijk transformeren in een C-rijk en een C-arm gebied door diffusie
van C
o Kiemen voor transformatie naar perliet zijn Fe 3C-kiemen
o Er ontstaan afwisselende laagjes Fe3C en α = PERLIET
 Lamelaire structuur die vertrekt vanuit korrelgrens