Perlit - stop - Polski Serwis Naukowy

Ten artykuł dotyczy metalurgii. Zapoznaj się również z: inne znaczenia tego słowa.

Perlit – płytkowe skupienia ferrytu i cementytu powstałe przez rozpad eutektoidalnych austenitu. Składnik stopów żelaza, mieszanina ferrytu i cementytu powstająca z austenitu w wyniku przemiany eutektoidalnej w temperaturze 727 °C; zawierająca 0,77% węgla. Poprzez przemianę eutektoidalną będziemy rozumieć odwracalną przemianę austenitu w perlit (ferryt i cementyt) zachodzącą w stałej temperaturze.

Przemiana perlityczna - przemiana fazowa (termiczna) austenitu w perlit zachodząca w wyniku powolnego chłodzenia stali (poniżej temperatury 727°C) nagrzanej do temperatury austenitu. Zachodzi przy ochłodzeniu austenitu poniżej temperatury Arl (alotropowej), przemiana dyfuzyjna związana z przegrupowaniem atomów węgla zachodząca przez zarodkowanie i wzrost zarodków; zarodkowanie heterogeniczne na cząstkach cementytu, płytkach ferrytu, a w austenicie na granicach jego ziaren; kolejno tworzenie płytek cementytu i ferrytu. PERLIT - mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu oraz cementytu.

Troostyt – drobnoziarnista odmiana perlitu; mieszanina ferrytu i cementytu powstająca z austenitu w wyniku przemiany eutektoidalnej. Najczęściej uzyskuje się go w wyniku przemiany izotermicznej austenitu w okolicy temperatury 550 °C. Nazwa troostyt pochodzi od nazwiska francuskiego chemika Louisa Josepha Troosta (1825–1911). Nie do końca się przyjęła w świecie materiałoznawców, dlatego najczęściej w literaturze angielskiej można znaleźć określenie fine pearlite.

Podstawowe informacje

W stalach perlit składa się z przemiennie ułożonych płytek ferrytu i cementytu. Obszary perlitu, w których płytki są względem siebie równoległe nazywane są koloniami. Kolonie perlitu zarodkują na granicach ziaren austenitu. Przy małych przechłodzeniach, gdy liczba powstających kolonii jest mała, płytki wzrastają przez dłuższy czas bez wzajemnego zderzania się. W przypadku dużych przechłodzeń granice ziaren pokrywają się ciągłą warstwą perlitu już na początku przemiany, a dalszy przebieg polega tylko na pogrubianiu już utworzonych warstw. Zgodnie z tymi mechanizmami zależnymi od wielkości przechłodzenia można wyodrębnić dwa rodzaje perlitu:

Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,06%, co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt, występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.

Austenit – międzywęzłowy roztwór stały węgla oraz innych dodatków stopowych w żelazie γ (gamma; odmianie alotropowej żelaza). Rozpuszczalność węgla w austenicie bez dodatków stopowych nie przekracza 2,11% (w temperaturze 1148 °C - punkt E na wykresie równowagi Fe-Fe3C). Austenit nie zawierający poza węglem innych dodatków stopowych jest stabilny tylko w temperaturach powyżej 727°C (tzw. punkt eutektoidalny - punkt P na wykresiesie równowagi Fe-Fe3C)). Austenit schłodzony poniżej tej temperatury rozpada się na mieszaninę ferrytu i perlitu, jeśli zawiera do 0,77% węgla, lub perlitu i cementytu, jeśli zawiera więcej niż 0,77% węgla. W przypadku zawartości 0,77% węgla przemienia się w perlit. Bardzo szybko schładzany austenit, przy zachowaniu pewnych warunków, może nie ulec rozpadowi na opisane wyżej mieszaniny, tylko przemienić się w martenzyt. Duże ilości dodatków stopowych, takich jak nikiel, obniżają temperaturę przemiany austenitycznej tak, że austenit pozostaje stabilny w normalnych temperaturach.

perlit gruboziarnisty

perlit drobnoziarnisty (troostyt).

Im cieńsze są płytki ferrytu i cementytu tym lepszymi własnościami wytrzymałościowymi, a w konsekwencji gorszymi własnościami plastycznymi będzie charakteryzować się stal. Perlit przy powiększeniu około 1000x ujawnia wyraźnie swą budowę płytkową. Przy powiększeniu około 400x płytki ferrytu i cementytu mogą być jeszcze dobrze rozróżnialne. Stosunek grubości płytki ferrytu do grubości płytki cementytu wynosi 7:1.

Przemiana eutektoidalna – odwracalna przemiana fazowa w wyniku, której przy chłodzeniu z fazy stałej o składzie eutektoidalnym wydziela się mieszanina dwóch faz stałych (eutektoid). Dla określonych układów o danym składzie chemicznym zachodzi w konkretnej temperaturze, zwanej eutektoidalną.

Naprężenie to miara gęstości powierzchniowej sił wewnętrznych występujących w ośrodku ciągłym. Jest podstawową wielkością mechaniki ośrodków ciągłych. Jednostką naprężenia jest paskal.

Przemiana perlityczna

Osobny artykuł: Przemiana perlityczna.

Przemiana perlityczna reprezentuje dużą grupę przemian eutektoidalnych. Charakteryzują się one tym, iż z jednorodnej fazy wyjściowej powstaje mieszanina dwu nowych faz stałych. Różnią się one od fazy wyjściowej strukturą krystaliczną i składem chemicznym. Przemiana perlityczna jest bardzo podobna do wydzielania nieciągłego. Przemiana perlityczna jest jednym z przypadków przemian dyfuzyjnych austenitu. Zachodzi po ochłodzeniu austenitu poniżej temperatury Ar1. Temperatura Ar1 to temperatura całkowitej przemiany austenitu w ferryt lub w ferryt i cementyt (perlit) podczas chłodzenia. W warunkach równowagi termodynamicznej z austenitu o zawartości 0,77% C powstaje mieszanina eutektoidalna ferrytu o zawartości 0,0218 %C i cementytu o zawartości 6,67 %C.

Węgiel (łac. carboneum) – pierwiastek chemiczny o symbolu C o liczbie atomowej 6. Należy do grupy 14 układu okresowego, jest niemetalem. Posiada cztery elektrony walencyjne. Istnieją trzy naturalnie występujące izotopy węgla, 12C oraz 13C są stabilne, natomiast izotop 14C jest promieniotwórczy o czasie połowicznego rozpadu równym około 5700 lat. Węgiel jest jednym z niewielu pierwiastków znanych w starożytności. Jako pierwszy polską nazwę – węgiel – zaproponował Filip Walter.

Odkształcenie perlitu

Podczas odkształcania perlitu następuje rozwinięcie się mozaikowej strukturej w ferrycie. Równanie na chwilową wartość naprężenia potrzebnego do utrzymania płynięcia plastycznego materiału σ zostało zaproponowane przez Embury'ego i Fisher'a.

$\sigma = \sigma_{f}\cdot {k \over{(2S_{0})^{1/2}}} \cdot exp({\epsilon \over{4}})$
gdzie: σf - naprężenie w ferrycie [N/m] k - stała proporcjonalności związana z wytrzymałością komórkowej struktury [m] S0 - początkowa odległość międzypłytkowa w perlicie [m] ε - odkształcenie liniowe

Równanie Embury'iegi-Fisher'a pozwala również na podstawie znanego odkształcenia liniowego oszacować średnią odległość międzypłytkową w perlicie:

$S_{A} = S_{0} \cdot exp(- {\epsilon \over{2}})$

Odległości międzypłytkowe zmniejszają się wraz ze zwiększaniem prędkości chłodzenia oraz mają one decydujący wpływ na własności perlitu.

Przypisy

↑ Norma PN-EN 10052:1999. Słownik terminów obróbki cieplnej stopów żelaza. 1999-09-24.
↑ Pacyna Jerzy: Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia. Kraków: UWND AGH, 2005. ISBN 83-89399-93-6.
↑ Kędzierski Zbigniew: Przemiany fazowe w układach skondensowanych. Kraków: UWND AGH, 2003. ISBN 83-88408-75-5.
Measurement of fine pearlite interlamellar spacing by atomic force microscopy. „Journal of Materials Science”. 32 (4), s. 1005-1008, 01-1997. Berlin, Niemcy: Springer. doi:10.1023/A:1018526305659.