Metallenes mikrostruktur og egenskaper: Øving 3 - Stål II

Oppgave 1

Oppgave 1a - TTT/CCT-diagram

  • innhold av legeringselementer
  • tøyningshastighet
  • karbonkonsentrasjon
  • austenitt-kornstørrelse
  • transformasjonstemperatur
Utseende til TTT (Temperature Time Transformation)-diagram og CCT (Continuous Cooling Transformation)-diagram avhenger av

Oppgave 1b - IT-diagram

  • Austenitt
  • Ferritt
  • Perlitt
  • Martensitt
  • Sementitt
  • Bainitt
Hvilke faser er til stede i et IT-diagram for et eutektisk stål? 

Oppgave 1c - Produksjon av krankrok A

  • Ferrittisk struktur
  • Sfærodisert perlittisk struktur
  • Martensittisk struktur med noe restaustenitt
  • Anløpt martensittisk struktur
  • Bainittisk struktur
  • Perlittisk struktur

Krankroker er produsert av et ulegert eutektisk stål.

Den første kroken (krok A) er austenittisert og avkjølt veldig sakte til romtemperatur. Kroken glødes etterfølgende 20 minutter ved 600 °C. Hva slags mikrostruktur får den?

Oppgave 1d - Produksjon av krankrok B

  • Ferrittisk struktur
  • Sfærodisert perlittisk struktur
  • Martensittisk struktur med noe restaustenitt
  • Anløpt martensittisk struktur
  • Bainittisk struktur
  • Perlittisk struktur

Krankroker er produsert av et ulegert eutektisk stål.

En annen krok (krok B) er austenittisert på samme måten som krok A, men ved et uhell blir denne mistet direkte ut av ovnen og ned i en bøtte med vann. Kroken blir etterfølgende glødet sammen med krok A, altså 20 minutter ved 600 °C. Hva slags mikrostruktur får kroken?

Oppgave 2

Oppgave 2a - Bruk av IT-diagram

IT-diagrammet under, for et ulegert eutektisk stål, viser avkjølingsforløpene for to tynne prøver som har blitt austenittisert ved samme temperatur og tid. Den heltrukne linjen representerer isoterm avkjøling (gløding), mens den stiplete linjen representerer kontinuerlig avkjøling etterfulgt av bråkjøling fra samme temperatur/tid som i det isoterme tilfellet. Bråkjølingen er den grå pilen i begge tilfeller.

Hva vil mikrostrukturen til den isoterme avkjølingen være (oppgi i hele %, f. eks 80 hvis svaret er 80 %):

 % bainitt +  % martensitt +  % austenitt.

Oppgave 2b - Bruk av IT-diagram

  • Øvre bainitt
  • Nedre bainitt
  • Både øvre og nedre bainitt blir dannet
  • Ingen bainitt blir dannet

IT-diagrammet under, for et ulegert eutektisk stål, viser avkjølingsforløpene for to tynne prøver som har blitt austenittisert ved samme temperatur og tid. Den heltrukne linjen representerer isoterm avkjøling (gløding), mens den stiplete linjen representerer kontinuerlig avkjøling etterfulgt av bråkjøling fra samme temperatur/tid som i det isoterme tilfellet. Bråkjølingen er den grå pilen i begge tilfeller.

Under den isoterme avkjølingen, hva slags bainitt blir (mest sannsynlig) dannet?

Oppgave 2c - Bruk av IT-diagram

  • IT
  • CCT
  • Hverken IT eller CCT burde bli brukt

IT-diagrammet under, for et ulegert eutektisk stål, viser avkjølingsforløpene for to tynne prøver som har blitt austenittisert ved samme temperatur og tid. Den heltrukne linjen representerer isoterm avkjøling (gløding), mens den stiplete linjen representerer kontinuerlig avkjøling etterfulgt av bråkjøling fra samme temperatur/tid som i det isoterme tilfellet. Bråkjølingen er den grå pilen i begge tilfeller.

Hva slags diagram burde bli brukt for å vurdere den kontinuerlige avkjølingen (etterfulgt av bråkjøling )?

Oppgave 2d - Bruk av IT-diagram

  • Øvre bainitt
  • Nedre bainitt
  • Både øvre og nedre bainitt blir dannet
  • Ingen bainitt blir dannet

IT-diagrammet under, for et ulegert eutektisk stål, viser avkjølingsforløpene for to tynne prøver som har blitt austenittisert ved samme temperatur og tid. Den heltrukne linjen representerer isoterm avkjøling (gløding), mens den stiplete linjen representerer kontinuerlig avkjøling etterfulgt av bråkjøling fra samme temperatur/tid som i det isoterme tilfellet. Bråkjølingen er den grå pilen i begge tilfeller.

Under den kontinuerlige avkjølingen, hva slags bainitt blir (mest sannsynlig) dannet?

Oppgave 2e - Bruk av IT-diagram

  • 100 % bainitt
  • 90 % bainitt + 10 % martensitt
  • 80 % bainitt + 20 % perlitt
  • 80 % bainitt + 20 % martensitt
  • 50 % bainitt + 30 % perlitt + 20 % martensitt
  • 50 % perlitt + 30 % bainitt + 20 % martensitt

IT-diagrammet under, for et ulegert eutektisk stål, viser avkjølingsforløpene for to tynne prøver som har blitt austenittisert ved samme temperatur og tid. Den heltrukne linjen representerer isoterm avkjøling (gløding), mens den stiplete linjen representerer kontinuerlig avkjøling etterfulgt av bråkjøling fra samme temperatur/tid som i det isoterme tilfellet. Bråkjølingen er den grå pilen i begge tilfeller.

Hva vil mikrostrukturen til den kontinuerlige avkjølingen (mest sannsynlig) være?

Tips: Hva vil egentlig skje når et IT-diagram skal omgjøres til et CCT-diagram (men husk at ingen av dem kan egentlig brukes!)?

Oppgave 3

***Grov og fin perlitt***

I perlitt vil tykkelsen mellom ferritt og sementitt avgjøre om det er kategorisert som grov eller fin perlitt. Dannes perlitten ved høye temperaturer vil diffusjonshastigheten være høy, og det blir dannet tykke lameller. Når diffusjonshastigheten synker ved lavere temperaturer vil lamellene bli tynnere, og det omtales som fin perlitt. Perlittens egenskaper er blant annet avhengig av lamelle-avstanden. Dette er vist i figurene under.

IT-diagram:

CCT-diagram:

***Avlesing av IT-diagrammer***

Når det gjelder avlesing av IT-diagrammer for å finne den resulterende sammensetningen skal dere i de neste oppgavene forholde dere til linjene start (0 %), 50 % og ferdig (100 %). Eksempler er vist i figuren under.

a) Resulterer i 100 % grov perlitt

b) Resulterer i 50 % martensitt og 50 % austenitt (Ikke realistisk, denne er fortsatt på M50% temperaturen. Men de 50 % austenitten som er igjen kan omdannes, enten til martensitt ved videre avkjøling, eller andre faser ved direkte oppvarming).

c) OBS! Ved stegvis varmeforløp må avlesingen starte "på null" for den gjenværende austenitten (eller ca. 1 sekund som her). På første steg blir det dannet 50 % perlitt, mens på andre steg blir 50 % av den gjenværende austenitten omvandlet til bainitt, dvs. totalt 25 %. De resterende 25 % austenitt blir omdannet til martensitt på siste bråkjøling. Resulterer i 50 % grov perlitt, 25 % bainitt og 25 % martensitt.

 

Oppgave 3a - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
  • Martensitt
  • Temperert martensitt
  • Sfærodisert perlitt

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Hvilken mikrostruktur vil bli dannet med følgende varmebehandling: Rask avkjøling til 350 °C, hold i 1000 sekunder før bråkjøling til romtemperatur.

Oppgave 3b - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
  • Martensitt
  • Temperert martensitt
  • Sfærodisert perlitt

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Hvilken mikrostruktur vil bli dannet med følgende varmebehandling:  Rask avkjøling til 300 °C, hold i 20 sekunder før bråkjøling. Deretter varmes stålet raskt opp til 425 °C, holdes der i 1000 sekunder før rolig avkjøling til romtemperatur.

Oppgave 3c - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
  • Martensitt
  • Temperert martensitt
  • Sfærodisert perlitt

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Hvilken mikrostruktur vil bli dannet med følgende varmebehandling: Rask avkjøling til 665 °C, hold i 1000 sekunder før bråkjøling til romtemperatur.

Oppgave 3d - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
  • Martensitt
  • Martensitt
  • Temperert martensitt
  • Sfærodisert perlitt

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Hvilken mikrostruktur vil bli dannet med følgende varmebehandling: Rask avkjøling til 575 °C, hold i 20 sekunder, kjøl rask ned til 350 °C, holdes der i 100 sekunder før bråkjøling til romtemperatur.

Oppgave 4

Oppgave 4a - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det kunn er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Anslå hvor mange % det er av de ulike strukturene i den ferdige mikrostrukturen når varmebehandlingen er som følger: Rask avkjøling til 625 °C, hold i 10 sekunder før bråkjøling til romtemperatur.

% perlitt og % martensitt.

Oppgave 4b - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det kunn er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Anslå hvor mange % det er av de ulike strukturene i den ferdige mikrostrukturen når varmebehandlingen er som følger: Rask avkjøling til 600 °C, hold i 4 sekunder, kjøl videre raskt ned til 450 °C hvor det holdes i 10 sekunder før bråkjøling.

% (fin) perlitt, % bainitt, % martensitt.  

Oppgave 4c - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det kunn er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Anslå hvor mange % det er av de ulike strukturene i den ferdige mikrostrukturen når varmebehandlingen er som følger: Rask avkjøling til 700 °C, hold i 10000 sekunder før bråkjøling.

% (grov) perlitt og % martensitt.

Oppgave 4d - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det kunn er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Anslå hvor mange % det er av de ulike strukturene i den ferdige mikrostrukturen når varmebehandlingen er som følger: Rask avkjøling til 350 °C, hold i 150 sekunder før avkjøling.

% bainitt, % martensitt.

Oppgave 4e - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det kunn er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Anslå hvor mange % det er av de ulike strukturene i den ferdige mikrostrukturen når varmebehandlingen er som følger: Rask avkjøling til 250 °C, hold i 100 sekunder før avkjøling.

% bainitt og % martensitt.

Oppgave 4f - IT-diagram og ulike varmebehandlinger

Bruk IT-diagrammet under (eutektoid sammensetning) og svar på spørsmål angående resulterende mikrostruktur stålet får etter ulike varmebehandlinger. Anta at stålet er austenittisert på 760 °C lenge nok til at det kunn er en homogen austenittstruktur før den beskrevne behandlingen.

Anslå hvor mange % det er av de ulike strukturene i den ferdige mikrostrukturen når varmebehandlingen er som følger: Rask avkjøling til 650 °C, hold i 20 sekunder, videre rask avkjøling til 400 °C, hold her i 100 sekunder før bråkjøling.

% perlitt, % bainitt og % martensitt.

Oppgave 5

Oppgave 5a - IT-diagram av et overeutektoid stål

  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
  • Martensitt
  • Temperert martensitt
  • Sfærodisert perlitt
  • Sfærodisert perlitt

Under er det vist et IT-diagram til et overeutektoid stål (1,13 % karbon). Anta at stålet er austenittisert på 920 °C lenge nok til at det er en homogen austenittstruktur før den beskrevne varmebehandlingen.

Hvilken mikrostruktur vil bli dannet med følgende varmebehandling: Rask avkjøling til 250 °C, hold i 1000 sekunder før bråkjøling til romtemperatur.

Oppgave 5b - IT-diagram av et overeutektoid stål

  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
  • Martensitt
  • Temperert martensitt
  • Sfærodisert perlitt
  • Sfærodisert perlitt

Under er det vist et IT-diagram til et overeutektoid stål (1,13 % karbon). Anta at stålet er austenittisert på 920 °C lenge nok til at det er en homogen austenittstruktur før den beskrevne varmebehandlingen.

Hvilken mikrostruktur vil bli dannet med følgende varmebehandling: Rask avkjøling til 400 °C, hold i 500 sekunder før bråkjøling til romtemperatur.

Oppgave 5c - Sfærodisering

  • 800 °C
  • 700 °C
  • 600 °C
  • 500 °C
  • 400 °C

Stål som er perlittiske (eller bainittiske) kan, hvis stålet er holdt lenge nok på en gunstig temperatur (18-24 timer), bli sfærodisert, og resulterende  mikrostruktur vil være sfæriske sementittpartikler i en ferritt-matrix. Denne kinetikken er ikke vist i et IT-diagram.

Ved hvilken temperature burde sfærodiseringen skje?

Oppgave 5d - IT diagram

Under er det vist et IT-diagram til et overeutektoid stål (1,13 % karbon) med tre varmebehandlinger presentert ved tre ulike grafer, en fulltrukket, en med lange streker og en med korte streker.

Hvilke av behandlingene fører til hvilken mikrostruktur?

  • Heltrukket
    100 % temperert martensitt
  • Lange streker
    50 % fin perlitt + 50 % bainitt
  • Korte streker
    Proeutektoid sementitt + Grov perlitt
  • Ingen av dem!
    50 % fin perlitt + 25 % bainitt + 25 % martensitt

Oppgave 5e - Sammensetning ferdig fase

I forrige oppgave gav det ene tilfellet proeutektoid sementitt og grov perlitt. Hvor mye er det av hver av fasene? Bruk fasediagrammet under (husk at det er 1,13 % C).

Oppgi svarene med en desimal:

Proeutektoid sementitt: %

(Grov) perlitt: %

Oppgave 6

Oppgave 6a - CCT-diagram til et eutektoid stål

  • Martensitt
  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
Bruk CCT-diagrammet under, som tilhører et eutektoid stål, til å bestemme resulterende mikrostruktur ved ulike avkjølingshastigheter.

Hva blir mikrostrukturen når avkjølingshastigheten er 1 °C/s?

Oppgave 6b - CCT-diagram til et eutektoid stål

  • Martensitt
  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
Bruk CCT-diagrammet under, som tilhører et eutektoid stål, til å bestemme resulterende mikrostruktur ved ulike avkjølingshastigheter.

Hva blir mikrostrukturen når avkjølingshastigheten er 20 °C/s?

Oppgave 6c - CCT-diagram til et eutektoid stål

  • Martensitt
  • Grov perlitt
  • Fin perlitt
  • Bainitt
Bruk CCT-diagrammet under, som tilhører et eutektoid stål, til å bestemme resulterende mikrostruktur ved ulike avkjølingshastigheter.

Hva blir mikrostrukturen når avkjølingshastigheten er 175 °C/s?

Oppgave 6d - CCT-diagram til et eutektoid stål

  • Fin perlitt
  • Grov perlitt
  • Bainitt
  • Martensitt

Bruk CCT-diagrammet til et eutektoid stål til å avgjøre resulterende mikrostruktur med en avkjølingshastighet på 100 °C/s.

Oppgave 6e - CCT-diagram av 4340 stål

  • Martensitt
  • Bainitt
  • Proeutektoid ferritt
  • Perlitt

Hvilke faser er til stede i 4340-stålet, vist i CCT-diagrammet under, etter en avkjølingshastighet på 10 °C/s? Anta at stålet er helt austenittisert før avkjølingen begynner.

Oppgave 6f - CCT-diagram av 4340 stål

  • Martensitt
  • Bainitt
  • Proeutektoid ferritt
  • Perlitt

Hvilke faser er til stede i 4340-stålet, vist i CCT-diagrammet under, etter en avkjølingshastighet på 0,1 °C/s? Anta at stålet er helt austenittisert før avkjølingen begynner.