Shrnutí na Diagram Fe-Fe₃C a struktury ocelí

## Úvod Krátké seznámení s metalografií oceli a rovnovážným diagramem Fe–Fe₃C. Tento materiál vysvětluje, jak závisí mikrostruktura slitin železa a uhlíku na teplotě a obsahu uhlíku a jak tuto závislost využít při tepelné výrobě a zpracování. > **Definice:** Rovnovážný diagram Fe–Fe₃C je grafické znázornění fází a jejich přeměn v systému železo–uhlík v závislosti na teplotě a obsahu uhlíku. ## Základní pojmy a osa diagramu - Na vodorovné ose je obsah uhlíku (v %), na svislé ose je teplota (℃). - Diagram zobrazuje teploty modifikačních proměn (překrystalizační teploty) a oblasti, kde dochází k tavení nebo tuhnutí v rozmezí teplot. > **Definice:** Překrystalizační teploty jsou teploty, při nichž se mění krystalická struktura materiálu a objevuje se prodleva v kinetice přeměn. ## Hlavní fázové složky (stručně) Poznámka: Detailní popis perlit a cementit je vynechán, protože je pokryt v jiném materiálu. - **Austenit (γ):** tuhý roztok uhlíku v železe, vzniká při vyšších teplotách (u uhlíkových ocelí nad přibližně $727\,^{\circ}\mathrm{C}$). Je nemagnetický, houževnatý a tvárný. > **Definice:** Austenit je fází s kubickou plošně centrovanou mřížkou, která pojme uhlík do mezírkových pozic. - **Ferit (α):** tuhý roztok železa s velmi malým množstvím uhlíku, magnetický pod teplotou $768\,^{\circ}\mathrm{C}$, za studena měkký a tvárný. > **Definice:** Ferit je téměř čisté železo s kubickou prostorově centrovanou mřížkou a nízkou pevností. - **Grafit:** elementární uhlík v krystalické formě; v litinách se uhlík může vyskytovat jako grafit, což snižuje pevnost a zlepšuje mazací vlastnosti odlitků. - **Ledeburit:** sloučenina/sloučeninová směs, která se objevuje v surovém železe při obsahu uhlíku $4{,}3\,%$; má nejnižší teplotu tání v systému na úrovni $1147\,^{\circ}\mathrm{C}$. > **Definice:** Ledeburit je eutektická směs v systému Fe–C objevující se při $4{,}3\,%$ uhlíku a má charakteristické bílé, tvrdé krystaly. ## Typy technických slitin železa podle obsahu uhlíku Tabulka shrnuje hlavní rozdělení podle rovnovážného diagramu. | Rozdělení | Rozsah obsahu C | Příklady | Typická struktura po pomalém ochlazení | |---|---:|---|---| | Oceli (do $2{,}1\,%$ C) | $0{,}02$–$2{,}14\,%$ | konstrukční oceli, nástroje | ferit + perlit nebo perlit | | Podeutektoidní oceli | $0{,}02$–$0{,}8\,%$ | konstrukční plechy | ferit + perlit | | Eutektoidní oceli | $0{,}8\,%$ | pružiny, kolejnice | 100% perlit | | Nadeutektoidní oceli | $0{,}8$–$2{,}14\,%$ | součásti s vyšší tvrdostí | perlit + sekundární karbidy | | Surové železo / litiny | $>2{,}1\,%$ | odlitky | grafit nebo cementitické struktury | ### Charakteristika podeutektoidních ocelí - Obsah uhlíku: $0{,}02$–$0{,}8\,%$. - Při pomalém ochlazení: při vysoké teplotě je ocel austenitická; při ochlazování se nejprve vykládá ferit a po dosažení eutektoidní teploty $723\,^{\circ}\mathrm{C}$ zbývající austenit přemění na perlit. - Výsledné vlastnosti: měkkost, hodná houževnatost, dobrá obrobitelnost, nižší pevnost. ### Eutektoidní oceli ($0{,}8\,%$ C) - Při ochlazování z austenitické oblasti se při $723\,^{\circ}\mathrm{C}$ mění celý austenit na perlit, tedy výsledná struktura je téměř čistý perlit. - Typické vlastnosti: střední tvrdost, pevnost a houževnatost; použití např. pružiny, nástroje, kolejnice. ### Nadeutektoidní oceli - Obsah uhlíku: $0{,}8$–$2{,}14\,%$. - Při pomalém ochlazení vzniká kromě perlitické matrici i nadbytek karbidických fází uvolněný před eutektoidní teplotou. ## Praktické příklady a aplikace - Výběr materiálu pro nástroj: pokud potřebujeme vyšší tvrdost, volíme ocel s vyšším obsahem uhlíku a následně vhodné tepelné zpracování. - Výroba pružin: používají se oceli blízko $0{,}8\,%$ C (eutektoidní nebo mírně nadeutektoidní) pro dobrý kompromis tvrdosti a houževnatosti. - Litiny s grafitem: v odlitech, kde jsou důležité tlumicí schopnosti a snadné obrábění, je výhodné, aby uhlík byl v podobě grafitu. > **Definice:** Temperování je řízené zahřívání zuhlíkovaných kalených