Hamskiptarit járns

Hamskiptarit járns er hamskiptarit sem sýnir hvernig efnahamur blöndu járns og kolefnis breytast eftir kolefnisinnihaldi og hita. Kolefni er mikilvægasta íblöndunarefni járns, en venjulega er miðað við hita að 1600[ °C ] og kolefnisinnihald frá 0 til 6,67% af þyngd eða 0% til 7%. Oft eru þó sýndir hlutar úr línuritinu fyrir þrengri bil í kolefnisinnihaldi og hitastigi. Dæmi um fasa er fljótandi efni frá 1446[°C] til 1528[°C] háð kolefnisinnihaldi og hita. Annað dæmi er gammajárn frá 721[°C] til 1487[°C] með kolefnisinnihald frá 0 til u.þ.b. 1,7% háð kolefnisinnihaldi og hitastigi eins og áður. Sjá línurit hér til hliðar.

Mynd 1. Járn-kolefnislínuritið

Helstu hugtök

Cementít (Fe₃C)

Efnafræði heitið er Fe₃C. Kolefnisinnihaldið er 6,67% af þyngd. Það er iðulega hörð stökk blanda sem er innskot i efnið og hefur lítið brotþol (u.þ.b. 0,03 [N/mm²]) enn mikið þrýstiþol og teningslaga byggingu. Þegar kolefnisatóm komast ekki lengur fyrir í lausn af ferríti og austeníti (vegna aukins kolefnisinnihalds eða lækkandi hita), myndast cementít, því það getur tekið upp meira af kolefni í krystalbyggingu sinni.

Austenít (γ-járn)

Einnig þekkt sem γ - járn, er efnablanda í föstu formi þar sem járn er blandað kolefni jafndreift um efnið (C). Krystallarnir hafa flatarfyllta byggingu (FCC). Austenít er yfirleitt ekki stöðugt, eða til, við stofuhita en allt stál er þó til í þessu ástandi ef hitastigið er nógu hátt. Sumar stálblöndur eru stöðugar í þessum einsleita fasa jafnvel niður í stofuhita. Austenít er mjúkt og formanlegt.

Eiginleikar Austeníts

Brotþol	1,03 [N/mm2]
Lenging	10% á 50 [mm] langri prufustöng
Harka	Rockwell C40
Seigla	Mikil

Ferrít (α-járn)

Einnig nefnt alfa-járn er í föstu formi blanda af kolefni (C) í litlu magni blandað í járn (Fe). Kristallurinn hefur miðlæga byggingu. Ferrít er mýksta ástandið í járn-kolefnislínuritinu.

Eiginleikar α-járns

Brotþol	0,27[N/mm2]
Lenging	40% á 50[mm] langri prufustöng
Harka	Minni en Rockwell C0 eða Rockwell B90
Seigla	Lítil

Mynd 2. Kristalbygging ýmisa fasa í járn-kolefnislínuritinu

Perlít (α+Fe₃C)

Eutectoid blanda sem inniheldur 0,83% kolefni og myndað við 722[°C] og mjög hæga kælingu. Perlít er mjög fíngerð lagskipt blanda af ferríti og sementíti. Byggingingin samanstendur af ljósum bakgrunni úr ferríti og þunnum flögum úr cementíti.

Eiginleikar perlíts

Brotþol	0,28[N/mm2]
Lenging	20% á 50[mm] langri prufustöng
Harka	Rockwell C 20 eða BHN 250-300

Ákveðið magn af kolefni og ákveðið magn af járni þarf til að mynda sementíti (Fe₃C). Perlít þarf einnig ákveðið magn af sementíti og ferríti. Ef ekki er nægjanlega mikið magn af kolefni, þ.e.a.s. magnið er minna en 0,83%, mun kolefnið og járnið sameinast og mynda sameindina Fe₃C þar til allt kolefnið er búið. Þetta sementít mun sameinast nauðsynlegu magni ferríts og mynda perlít. Leifarnar af ferríti verða eftir í efninu og mynda hreint ferrít sem ekki er bundið kolefni. Þetta óbundna ferrít er einnig þekkt sem proeutectoid-ferrít en það er annað mál. Stál sem inniheldur proeutectoít-ferrít er nefnt hypoeutectoít-stál. Ef samt sem áður er meira en 0,83% af kolefni í Austenítinu mun myndast perlít, og afgangs kolefni yfir 0,83% myndar sementít. Þetta viðbótar sementít fellur út í kornamörkunum. Þetta sementít er einnig þekkt sem proeutectoít sementít.

Ledeburít (α+Fe₃C)

Ledeburít er eutektísk blanda af austeníti og cementíti. Það inniheldur 4,3% kolefni og er eutektískur punktur fyrir steypujárn. Ledeburít er í stálinu þegar kolefnið er yfir 2% sem eru skilin á járn-kolefnislínuritinu milli stáls og steypujárns.

Delta-járn (δ)

Delta-járn verður til við hitastig á bilinu 1400 til 1540 [°C]. Það getur verið í bland við bráð sem inniheldur allt að 0,50% kolefni, í bland við austenít með allt að 0,18% kolefni og jafndreift í efni sem inniheldur allt að 0,10% kolefni. Delta járn er með miðlæga kristal byggingu og segulmagnað eins og ferrít.

Heimildir og frekari fróðleikur

• K.Offer Andersen. Metallurgi for ingeniörer, 3. udgave. Köbenhavn Akademisk forlag 1972.
• Smíðamálmar eftir Pétur Sigurðsson 3. útgáfa, ágúst 2000.
• Heimasíða: Farmingdale University MET205 - MATERIAL SCIENCE Last Update: November 10, 2004 Serdar Z. Elgun
• Heimasíða: Steels – The Structure of Engineering Steels. Primary author: Justin Furness Source: Materials Information Service.