O čem to je
Ocel i litina jsou obě hlavně železo s uhlíkem. Přesto je ocel tvárná a dá se kovat, kdežto bílá litina je tvrdá jako kámen a praskne. Rozdíl dělá množství uhlíku a teplota.
Diagram železo–uhlík je „mapa“, ze které vyčteš, jaká struktura bude v oceli nebo litině při každé teplotě a obsahu uhlíku. Podle ní se volí teplota kování, žíhání i kalení.
Nové pojmy
FázeČást materiálu se stejným složením a stejnou krystalovou mřížkou. V oceli jsou to hlavně ferit, austenit a cementit.Ferit a cementit jsou dvě různé fáze.
FeritTuhý roztok uhlíku v železe α (mřížka prostorově středěná). Rozpustí nejvýš asi 0,02 % C. Je měkký, tvárný a magnetický.Měkká ocel na hřebíky je skoro celá feritická.
AustenitTuhý roztok uhlíku v železe γ (mřížka plošně středěná). Existuje v uhlíkové oceli až nad 727 °C. Rozpustí až 2,14 % C, je tvárný a nemagnetický.Ocel se kove v austenitické oblasti, kdy je měkká.
Cementit Fe₃CKarbid železa – sloučenina železa a uhlíku s 6,67 % C. Je velmi tvrdý a křehký.Bílá litina obsahuje hodně cementitu.
PerlitSměs tenkých destiček feritu a cementitu, které se střídají. Vzniká z austenitu s 0,77 % C při 727 °C. Pod mikroskopem připomíná perleť.Ocel s 0,77 % C je celá perlitická.
LedeburitSměs austenitu a cementitu, která vzniká při tuhnutí taveniny se 4,3 % C při 1 148 °C. Pod 727 °C se austenit v ní mění na perlit.Struktura bílé litiny.
Hlavní body diagramu
Eutektoid a eutektikumEutektoid je bod, kde se jedna tuhá fáze (austenit) při stálé teplotě rozpadne na směs dvou fází (perlit). Eutektikum je bod, kde tavenina při stálé teplotě ztuhne najednou na směs dvou fází (ledeburit).Eutektoid: 0,77 % C, 727 °C. Eutektikum: 4,3 % C, 1 148 °C.
Čáry A1, A3 a AcmHranice v diagramu. A1 (727 °C): pod ní už není austenit. A3: nad ní je podeutektoidní ocel celá austenitická. Acm: totéž pro nadeutektoidní ocel.Pro ocel s 0,3 % C leží A3 zhruba při 810–820 °C.
| Bod / čára | Obsah C | Teplota | Co se děje |
|---|
| eutektoid (bod S) | 0,77 % | 727 °C | austenit → perlit |
| eutektikum (bod C) | 4,3 % | 1 148 °C | tavenina → ledeburit |
| max. rozpustnost C v austenitu (bod E) | 2,14 % | 1 148 °C | hranice ocel / litina |
| čára A1 (PSK) | 0,02–6,67 % | 727 °C | rozpad austenitu na perlit |
Ocel má do 2,14 % C, litina víc než 2,14 % C. Ocel je za vysoké teploty celá austenitická, a proto se dá kovat. Litina obsahuje ledeburit nebo grafit a kovat se nedá.
Oceli podle obsahu uhlíku
| Ocel | Obsah C | Struktura za pokojové teploty |
|---|
| podeutektoidní | méně než 0,77 % | ferit + perlit |
| eutektoidní | 0,77 % | perlit |
| nadeutektoidní | 0,77–2,14 % | perlit + sekundární cementit |
Jakou strukturu bude mít za pokojové teploty pomalu ochlazená ocel C45 (0,45 % C)?
0,45 % je méně než 0,77 % → ocel je podeutektoidní → struktura ferit + perlit. Perlitu je zhruba 0,45 / 0,77 ≈ 0,58, tedy asi 60 %, zbytek ferit (přibližný odhad, ferit obsahuje uhlíku jen nepatrně).
Ocel s 0,3 % C ohřeješ na 900 °C. Jaká fáze v ní bude?
Nad čárou A3 (pro 0,3 % C zhruba 810–820 °C) je ocel celá austenitická. 900 °C je nad touto čárou → austenit. Proto se ocel na kalení ohřívá do této oblasti.
✗Hranice mezi ocelí a litinou je 0,77 % C.
✓Hranice mezi ocelí a litinou je 2,14 % C. 0,77 % je eutektoidní bod.
0,77 % dělí oceli na podeutektoidní a nadeutektoidní. Ocelí jsou obě skupiny.
Diagram Fe–Fe₃C ukazuje fáze podle teploty a obsahu uhlíku. Ocel má do 2,14 % C, litina víc. Při 727 °C a 0,77 % C vzniká perlit, při 1 148 °C a 4,3 % C ledeburit.