KWALIFIKACJA MTL5 - STYCZEŃ 2016

PYTANIE NR 37.
Na podstawie fotomikrografii określ składniki strukturalne stali o zawartości 0,13% C, po wyżarzaniu normalizującym.
Ilustracja przedstawia fotomikrografię struktury stali o zawartości 0,13% węgla po wyżarzaniu normalizującym.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Stal o zawartości 0,13% C jest stalą podeutektoidalną, więc po normalizowaniu jej mikrostruktura w temperaturze pokojowej składa się z ferrytu (osnowa) oraz perlitu (wyspy/kolonie perlitu).
Odpowiedzi z grafitem dotyczą żeliwa, a "cementyt i perlit" pasuje do stali o wyższym C (nadeutektoidalnej).

Pełne wyjaśnienie:

Stal o zawartości 0,13% C należy do stali podeutektoidalnych (zawartość węgla mniejsza niż eutektoidalna). W takim zakresie składu, po nagrzaniu do zakresu austenitu i chłodzeniu w warunkach normalizowania, w czasie przemian podczas chłodzenia najpierw wydziela się ferryt proeutektoidalny, a pozostała część austenitu ulega przemianie eutektoidalnej do perlitu.

Dlatego w temperaturze pokojowej typową mikrostrukturą jest ferryt + perlit: ferryt stanowi jasną osnowę, a perlit występuje jako ciemniejsze obszary/kolonie o lamelarnej budowie (widocznej zależnie od powiększenia i trawienia). Przy tak niskiej zawartości węgla udział perlitu jest relatywnie mały, a przeważa ferryt, co dodatkowo ułatwia rozpoznanie.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są nieprawidłowe?

  • Grafit płytkowy i perlit – grafit jest charakterystyczny dla żeliw, a nie dla stali węglowych. W stali węgiel występuje w roztworze stałym (w ferryt/austenit) lub w węglikach (cementyt), a nie jako wolny grafit w typowych warunkach technologicznych.
  • Cementyt i perlit – taki zestaw składników strukturalnych jest typowy dla stali nadeutektoidalnych, gdzie pojawia się cementyt proeutektoidalny (np. na granicach ziaren). Dla 0,13% C spodziewamy się ferrytu proeutektoidalnego, nie cementytu.
  • Grafit sferoidalny na tle ferrytu – to także opis typowy dla żeliwa sferoidalnego (kulki grafitu w osnowie ferrytowej/perlitycznej), a nie dla stali.

Wskazówka egzaminacyjna: jeśli widzisz w odpowiedziach grafit, sprawdź, czy w ogóle pytanie dotyczy żeliwa. Dla stali węglowych w praktyce najczęściej rozważasz układ: ferryt, perlit, cementyt oraz ich kombinacje zależne od zawartości węgla i obróbki cieplnej.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Ferryt to roztwór stały węgla w żelazie alfa, bardzo ubogi w węgiel. Na typowych zgładach trawionych ferryt zwykle jest jasną osnową z wyraźnymi granicami ziaren. W stalach niskowęglowych dominuje objętościowo, dlatego "tło" mikrostruktury bywa głównie ferrytyczne.
Perlit to mieszanina ferrytu i cementytu powstająca w przemianie eutektoidalnej z austenitu podczas chłodzenia. Po normalizowaniu stal jest chłodzona na powietrzu, więc austenit ulega przemianom dyfuzyjnym, a część struktury w temperaturze pokojowej przyjmuje postać kolonii perlitu.
Stal podeutektoidalna ma zawartość węgla mniejszą niż skład eutektoidalny w układzie Fe–Fe3C. Przy 0,13% C w czasie chłodzenia z austenitu najpierw wydziela się ferryt proeutektoidalny, a dopiero reszta austenitu zamienia się w perlit. To daje mikrostrukturę ferryt + perlit.
Dla stali niskowęglowych (w tym ok. 0,13% C) typowa jest struktura ferrytu z niewielkim udziałem perlitu. Ferryt stanowi osnowę, a perlit pojawia się jako ciemniejsze "wyspy". Nie oczekuje się wolnego grafitu, a wolny cementyt jest charakterystyczniejszy dla stali o większej zawartości węgla.
Wolny grafit (płatkowy lub sferoidalny) jest cechą żeliw, gdzie węgla jest znacznie więcej i może on wydzielać się jako grafit. W stali węglowej w typowych warunkach technologicznych węgiel jest związany w strukturze (roztwór stały) lub w postaci cementytu, więc "grafit" w odpowiedzi zwykle wskazuje na inną grupę stopów.
Cementyt jako składnik wolny (np. cementyt proeutektoidalny) pojawia się typowo w stalach nadeutektoidalnych, czyli o zawartości węgla większej niż eutektoidalna. Wtedy podczas chłodzenia z austenitu najpierw wydziela się cementyt, a dopiero potem powstaje perlit. Dla 0,13% C oczekuje się ferrytu, nie cementytu.
Normalizowanie (nagrzanie do zakresu austenitu i chłodzenie na powietrzu) zwykle daje drobniejszą i bardziej jednorodną mikrostrukturę niż chłodzenie bardzo powolne w piecu. W stalach węglowych często skutkuje to drobniejszym perlitem i poprawą własności mechanicznych względem stanu po wyżarzaniu pełnym.
Perlit najczęściej widać jako ciemniejsze pola w porównaniu z ferrytową osnową. Lamelarna budowa (płytki ferrytu i cementytu) może być widoczna przy większym powiększeniu; przy mniejszym perlit wygląda jak ciemna, "ziarnista" wyspa. Zawsze oceniaj też udział procentowy względem zawartości C.
Tak, w przybliżeniu. Dla stali węglowych po obróbce prowadzącej do przemian dyfuzyjnych (np. normalizowanie) zawartość C pozwala przewidzieć, czy stal jest podeutektoidalna (ferryt + perlit), eutektoidalna (głównie perlit) czy nadeutektoidalna (perlit + cementyt proeutektoidalny).
Najczęstsze błędy to: mieszanie stali z żeliwem (wybieranie grafitu), wybieranie "cementytu" dla każdej stali bez sprawdzenia zakresu C oraz ignorowanie wpływu obróbki cieplnej (normalizowanie vs hartowanie). Warto ćwiczyć na atlasach mikrostruktur i łączyć obraz z wykresem Fe–Fe3C.
info

Statystycznie 40% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Źródła:

  • ASM Handbook, Volume 4: Heat Treating (hasła/sekcje: Normalizing of steels; Microstructures of plain carbon steels)
  • William D. Callister, "Materials Science and Engineering: An Introduction" (rozdziały o wykresie Fe–Fe3C oraz mikrostrukturach stali podeutektoidalnych)

Materiały:

  • Podręcznik do metaloznawstwa: rozdziały o stalach węglowych i składnikach strukturalnych
  • Atlas mikrostruktur stali węglowych (fotomikrografie ferrytu, perlitu, cementytu)
  • Materiały dydaktyczne o wykresie Fe–Fe3C i przemianach eutektoidalnych

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego