Austenit ? składnik strukturalny stopow ?elazo-w?giel ^[1] , roztwor stały jednego lub wi?cej pierwiastkow w Fe _γ ^[2] . Jego nazwa pochodzi od nazwiska angielskiego metalurga Williama Ch. Robertsa-Austena (1843?1902).

Ogolne informacje [ edytuj | edytuj kod ]

Pocz?tkowo austenit był definiowany jako mi?dzyw?złowy roztwor stały w?gla w ?elazie γ. Obecnie obowi?zuj?ca norma rozszerzyła to poj?cie na wszystkie rozpuszczone w nim pierwiastki ^{[1] [2]} . Wyst?puje w strukturze regularnej ?ciennie centrowanej (A1) ^[3] (patrz rys. 1). Ma wi?ksz? rozpuszczalno?? pierwiastkow ni? ferryt. W temperaturze 1148 °C mo?na maksymalnie rozpu?ci? 2,11% C ^[4] . Jest faz? wyj?ciow? do otrzymywania innych struktur (np. perlitu , bainitu , martenzytu ). Jest paramagnetyczne . Bez udziału dodatkow stopowych nie jest stabiln? faz? w temperaturze otoczenia ^[1] . W niektorych opracowaniach literaturowych poj?cie austenitu zaczyna si? pojawia? jako faza wysokotemperaturowa innych stopow ni? tylko Fe-C (np. stopy z pami?ci? kształtu ).

W przeciwie?stwie do ferromagnetycznych stali o strukturach ferrytycznych, ferrytyczno-perlitycznych i martenzytycznych, stal austenityczna jest paramagnetyczna (przenikalno?? magnetyczna wzgl?dna ok. 1) i nie jest przyci?gana przez magnesy ^[5] .

Przemiany na granicach obszaru termodynamicznej trwało?ci [ edytuj | edytuj kod ]

Graniczne temperatury trwało?ci austenitu (roztworow w?gla w γ-Fe) wynosz?:

• 1495 °C (0,17% C, temperatura przemiany perytektycznej )
• 727 °C (0,77% C, temperatura przemiany perlitycznej ) ^{[6] [7]} .

Nagrzewanie austenitu zawieraj?cego:

• mniej ni? 0,17% C prowadzi do osi?gni?cia dolnej granicy dwufazowego obszaru wspołistnienia austenitu z ferrytem (w temperaturze zale?nej od zawarto?ci w?gla) i rozpocz?cia przemiany w ferryt, a nast?pnie w ferryt i ciecz (temperatura 1495 °C do chwili zaniku austenitu)
• wi?cej ni? 0,17% C, lecz mniej ni? 0,53% C prowadzi do osi?gni?cia dolnej granicy dwufazowego obszaru wspołistnienia austenitu z ciecz? (temperatura zale?na od zawarto?ci w?gla) i rozpocz?cia topnienia, a nast?pnie, w temperaturze 1495 °C, do przemiany reszty austenitu w ferryt i ciecz
• wi?cej ni? 0,53% C prowadzi do osi?gni?cia dolnej granicy dwufazowego obszaru wspołistnienia austenitu z ciecz? (temperatura zale?na od zawarto?ci w?gla) i rozpocz?cia topnienia, ktore ko?czy si? na linii likwidus ^{[6] [7]} .

Chłodzenie austenitu zawieraj?cego:

• mniej ni? 0,77% C (stal podeutektoidalna) prowadzi do rozpocz?cia przemiany alotropowej w ferryt (w temperaturze zale?nej od składu), a po osi?gni?ciu temperatury 727 °C ? do rozpadu reszty austenitu na perlit
• wi?cej ni? 0,77% C (stal nadeutektoidalna) prowadzi do stanu nasycenia w?glem (w temperaturze zale?nej od składu) i rozpocz?cia krystalizacji fazy bogatszej w w?giel ? cementytu, a po osi?gni?ciu temperatury 727 °C do rozpadu reszty austenitu na perlit ^{[6] [7]} .

Ujawnianie ziaren austenitu pierwotnego [ edytuj | edytuj kod ]

Przez austenit pierwotny b?dziemy rozumie? austenit istniej?cy w stali po zako?czeniu wygrzewania bezpo?rednio przed rozpocz?ciem chłodzenia i przemian? alotropow? . W technologiach obrobki plastycznej i obrobki cieplnej istotna jest wielko?? ziaren austenitu pierwotnego. Stale drobnoziarniste umo?liwiaj? stosowanie wy?szej temperatury ko?ca obrobki plastycznej na gor?co oraz szerszego zakresu temperatury austenityzowania podczas hartowania . Drobnoziarnista struktura wpływa rownie? na polepszenie własno?ci mechanicznych stali normalizowanych, hartowanych i ulepszonych cieplnie. Ujawnianie ziaren austenitu pierwotnego w stalach o strukturze innej, ni? austenityczna w celu okre?lenia ich wielko?ci mo?e si? odbywa? kilkoma metodami:

• metod? naw?glania
• metod? utleniania
• metod? siatki ferrytu lub cementytu
• metod? trawienia ^[8] .

Metoda naw?glania [ edytuj | edytuj kod ]

W stali niskow?glowej w o?rodku stałym z nast?pnym kontrolowanym chłodzeniem mo?liwa jest obserwacja metalograficzna siatki cementytu na granicach ziaren austenitu pierwotnego w warstwie naw?glonej , wytrawionej nitalem lub zasadowym pikrynianem sodu ^[8] .

Metoda utleniania [ edytuj | edytuj kod ]

Obserwacj? siatki ferrytu utworzonej na granicach ziaren austenitu pierwotnego dokonuje si? w wyniku odw?glania przygranicznych obszarow ziaren w czasie austenityzowania stali eutektoidalnej w atmosferze utleniaj?cej, a nast?pnie ochłodzeniu w wodzie, oleju lub powietrzu ^[8] .

Metoda siatki ferrytu lub cementytu [ edytuj | edytuj kod ]

Wykorzystuje si? j? do obserwacji ziarna austenitu pierwotnego w stalach podeutektoidalnych i nadeutektoidalnych, gdy? na granicach ziaren austenitu podczas odpowiedniego chłodzenia wydziela si? ferryt/cementyt w postaci siatki (zale?y to od st??enia w?gla w stali) ^[8] .

Metoda trawienia [ edytuj | edytuj kod ]

Dokonuje si? jej przy pomocy roztworu kwasu pikrynowego i kwasu solnego w alkoholu etylowym , co umo?liwia obserwacj? ziaren austenitu pierwotnego w stalach, przede wszystkim stopowych, zahartowanych na martenzyt. W celu wyra?niejszego wytrawienia granic ziaren austenitu pierwotnego, w niektorych stalach nale?y zastosowa? odpuszczanie w temperaturze ok. 450 °C ^[8] .

Przemiany podczas nagrzewania i chłodzenia w zakresie austenitu [ edytuj | edytuj kod ]

  Osobny artykuł: Austenityzowanie .

Tworzenie si? austenitu w stalach niestopowych [ edytuj | edytuj kod ]

Austenit tworzy si? w wyniku przemiany eutektoidalnej zachodz?cej przy nagrzewaniu powy?ej temperatury A _c1 , a tak?e wskutek przemiany ferrytu w stalach podeutektoidalnych. W stalach nadeutektoidalnych po przemianie eutektoidalnej w trakcie nagrzewania rozpuszcza si? cementyt drugorz?dowy (wtorny). Zarodki austenitu powstaj? na granicach mi?dzyfazowych ^[9] .

Tworzenie si? austenitu w stalach stopowych [ edytuj | edytuj kod ]

W stalach stopowych powstanie austenitu wymaga zaj?cia dyfuzji w?gla i pierwiastkow stopowych na dalekie odległo?ci. Nale?y pami?ta?, ?e niektore w?gliki stopowe maj? bardzo silne wi?zania atomowe i rozpuszczenie ich w roztworze wymaga u?ycia odpowiednio wi?kszych temperatur. Najtrudniej rozpuszczaj? si? w?gliki tytanu, wanadu i niobu. Najwcze?niej rozpuszcza si? cementyt ^[9] .

Kinetyka przemiany przechłodzonego austenitu [ edytuj | edytuj kod ]

  Osobny artykuł: Hartowanie .

Kinetyk? przemiany przechłodzonego austenitu mo?na przedstawia? na wykresach CTP ( C zas ? T emperatura ? P rzemiana). Je?eli dana przemiana zachodzi w warunkach izotermicznych, to przedstawia si? j? na wykresie CTPi (patrz rys. 3). W przypadku zachodzenia przemian w warunkach ci?głego chłodzenia przedstawia si? je na wykresie CTPc (patrz rys. 4). Ze wzgl?du na wag? roli dyfuzji w przemianach austenitu wyro?nia si? trzy podstawowe grupy:

• przemiana dyfuzyjna (np. wydzielanie si? ferrytu, przemiana perlityczna) ? zachodzi w przypadku małej pr?dko?ci chłodzenia
• przemiana po?rednia (np. przemiana bainityczna ) ? zachodzi w przypadku umiarkowanej pr?dko?ci chłodzenia
• przemiana bezdyfuzyjna (np. przemiana martenzytyczna ) ? zachodzi w przypadku du?ej pr?dko?ci chłodzenia, ktora uniemo?liwia zaj?cie procesow dyfuzyjnych dalekiego zasi?gu ^[10] .

Stabilizacja austenitu [ edytuj | edytuj kod ]

Przemiana martenzytyczna w stali jest atermiczna i nieodwracalna. Płytki martenzytu, ktore zarodkuj? przy danej temperaturze, rosn? a? do zderzenia z granicami ziaren lub innymi płytkami. Wydłu?enie czasu wytrzymania przy danej temperaturze nie powoduje zarodkowania nowych płytek, ani te? dalszego wzrostu ju? istniej?cych. Taki proces z kolei czyni austenit odporniejszym na dalsz? przemian?. Efekt nazywa si? stabilizacj? austenitu i jest to wywołane izotermicznym wytrzymaniem. Badania wykazały, ?e usuni?cie pierwiastkow mi?dzyw?złowych (w?giel, azot ) likwiduje efekt stabilizacji. W takich stalach przemiana martenzytyczna i wzrost igieł martenzytu mog? zachodzi? izotermicznie.

Zjawisko stabilizacji austenitu jest uci??liwe w przypadku stali, ktorych temperatura M _s le?y blisko temperatury otoczenia. W takim przypadku po hartowaniu pozostaje jeszcze znaczna ilo?? nie przemienionego austenitu. Przemian? austenitu mo?na doko?czy? poprzez dodatkowe przechłodzenie , ktorego warto?? ro?nie wraz z długo?ci? wytrzymania izotermicznego. Austenit szcz?tkowy mo?na przemieni?, poddaj?c materiał obrobce zwanej wymra?aniem.

Przykładem materiału nie wykazuj?cego zjawiska stabilizacji austenitu jest uboga w pierwiastki mi?dzyw?złowe stal maraging ^[11] .

Austenit stopowy [ edytuj | edytuj kod ]

Austenit nie jest faz? stabiln? w temperaturze otoczenia. Ten fakt mo?na zmieni?, dodaj?c odpowiednie pierwiastki stopowe. Dodatki stopowe, ktore tworz? roztwory stałe w sieci austenitu, wpływaj? na zakres jego termodynamicznej trwało?ci oraz wielko?? i kształt ziaren powstaj?cych faz. Niektore pierwiastki (np. Ni , Mn , Co ) rozszerzaj? lub otwieraj? obszar trwało?ci austenitu, inne (np. Cr , W , Mo , V , Ti ) zmniejszaj? ten zakres ^[12] .

Austenit szcz?tkowy [ edytuj | edytuj kod ]

Austenit szcz?tkowy jest to pozostało?? austenitu w stopach Fe-C , ktora w trakcie przemiany martenzytycznej nie uległa przemianie fazowej z powodu wyst?puj?cych w materiale napr??e? ?ciskaj?cych. Ilo?? austenitu szcz?tkowego zale?na jest od temperatur pocz?tku M _s i ko?ca przemiany martenzytycznej M _f . Im temperatury te s? ni?sze, tym wi?ksze wyst?puj? napr??enia i wskutek tego zwi?ksza si? ilo?? austenitu szcz?tkowego ^[13] . Polska Norma definiuje austenit szcz?tkowy jako austenit nieprzemieniony, pozostaj?cy w temperaturze otoczenia po hartowaniu ^[2] .

Przykłady [ edytuj | edytuj kod ]

• stal nierdzewna
• stal kwasoodporna
• stal Duplex
• stal manganowa (np. stal Hadfielda )
• stale wykorzystywane w medycynie (np. endoproteza , narz?dzia chirurgiczne ).

Przypisy [ edytuj | edytuj kod ]

Bibliografia [ edytuj | edytuj kod ]

• Leszek Adam Dobrza?ski: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo . Warszawa: WNT, 2003. ISBN  83-204-2793-2 .
• Jerzy Pacyna: Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia . Krakow: UWND AGH, 2005. ISBN  83-89388-93-6 .