Fagartikkel

Perlitt

Atomstrukturen i stål kan ha mange ulike fasar og strukturar. Ein av desse strukturfasane blir kalla perlitt.

Bilete som viser ulike atomstrukturar med varierande storleik og farge. Foto. — Perlittisk struktur i stål forstørra 500 gonger. Bilete: Melancholia~itwiki / CC BY-SA 4.0

Kva er perlitt?

Perlitt er ein struktur av stål og andre legeringar, og han består av lag av ferritt og sementitt. Han er danna ved langsam avkjøling av stål frå austenittens omdanningstemperatur og utmerker seg ved dei fine lamellane av ferritt og sementitt.

Perlitt har ein balanse mellom styrke og seigleik og er derfor eigna for bruksområde som krev mekaniske eigenskapar som styrke og deformasjonsmotstand. Han blir vanlegvis danna gjennom perlittisk omdanning og speler ei viktig rolle i materialteknikk, spesielt i produksjon av konstruksjonsmateriale og komponentar der både styrke og duktilitet (tøyelegheit) er viktig.

Ulike typar perlittstål
Ståltype	Eigenskapar
Konstruksjonsstål	Desse ståla inneheld vanlegvis opptil 0,25 % karbon og har ei blanding av ferritt og opptil 30 % perlitt. Desse ståltypane blir brukte i bygningar og bruer på grunn av styrken og seigleiken.
Jernbaneskjener	Laga av stål med 0,7 % karbon og 1 % mangan som gir dei ein høg strekkfastleik på 800 MPa. Perlitt gir skjenegangane den nødvendige styrken og haldbarheita.
Pianotråd	Denne tråden er laga av stål med veldig tynn perlittisk struktur, noko som gjer han veldig sterk. Han blir brukt i musikkinstrument, fjører, ståltau og sykkeleiker. Til dømes har tråd for heiswire ein strekkfastleik på 1400 MPa, og tråd for kutting av solcelleskiver er så tynn som 40 mikrometer.

Støypejern kan òg ha ein mikrostruktur av anten ferritt eller perlitt. Perlittisk støypejern er sterkare enn ferrittisk støypejern. Nokre spesielle typar støypejern, kalla kvite støypejern, inneheld alltid perlitt med mindre dei er høglegerte.

Struktur

Perlitt er ein mikrostruktur som består av vekslande lag av to fasar: ferritt (jern med veldig lite karbon) og sementitt (jernkarbid, Fe₃C). Denne lamellære strukturen gir perlitt unike mekaniske eigenskapar.

Perlittstruktur

Ferritt (α-fase)

Krystallstruktur: kroppssentrert kubisk (BCC)

Karboninnhald: svært lågt, typisk mindre enn 0,02 % karbon

Eigenskapar: Ferritt er mjuk og duktil (tøyeleg), noko som betyr at han kan deformerast utan å brekke.

Sementitt (Fe₃C)

Kubisk struktur der ingen av aksane har lik lengde. Illustrasjon. — I ein ortorombisk struktur har ingen av sidene lik lengde, men er kopla til kvarandre i rette vinklar. Bilete: Daniel Mayer / CC BY-SA 4.0

Krystallstruktur: ortorombisk

Karboninnhald: høg, 6,67 % karbon (i forhold til vekt)

Eigenskapar: Sementitt er hard og sprø og bidreg til styrken i perlitten.

Lamellær struktur

Danningsmåte: Ved langsam nedkjøling av austenitt med 0,76 % karbon ved den eutektoide temperaturen (727 °C) blir austenitt transformert til vekslande lag av ferritt og sementitt.

Utsjånad

Når vi ser på perlitt under eit mikroskop, ser han ut som tynne, parallelle striper eller skiver. Desse stripene er vekslande lag av ferritt og sementitt.

Korleis blir perlitt danna?

Perlitt blir danna når stål blir avkjølt sakte frå høg temperatur. Når stålet er varmt, er det i ein fase som blir kalla austenitt. Når temperaturen søkk til rundt 727 °C, blir austenitten omdanna til perlitt. For at dette skal skje, må stålet innehalde omtrent 0,76 prosent karbon.

Danninga av perlitt

1. Oppvarming til austenittområdet

Først må stålet varmast opp til ein høg temperatur for å få mikrostrukturen til å bli austenitt. Dette skjer vanlegvis mellom 800 og 1000 °C, avhengig av stålsamansetjinga. Ved denne temperaturen har jernet ein FCC (Face-Centered Cubic) krystallstruktur, og karbonatoma er jamt fordelte i jernmatrisa.

2. Langsam nedkjøling

Deretter blir stålet avkjølt sakte. Når temperaturen søkk til rundt 727 °C, skjer det ei eutektoid omdanning. Dette er ein kjemisk reaksjon der ein fase (austenitt) blir transformert til to ulike fasar (ferritt og sementitt) samtidig.

3. Eutektoid omdanning

Ved 727 °C og med 0,76 vektprosent karbon skjer den eutektoide omdanninga. Austenitt blir omdanna til ei blanding av ferritt og sementitt gjennom følgande reaksjon:

austenitt(γ)→ferritt(α)+sementitt(Fe₃C)

Ei eutektoid omdanning er ein type faseovergang i metallurgi der ein enkelt fast fase (som austenitt) blir omdanna til to ulike faste fasar (som ferritt og sementitt) ved ein bestemd temperatur og samansetjing. Dette skjer utan at materialet går gjennom ein flytande fase.

4. Danninga av lamellær struktur

Denne omdanninga skjer på ein måte som resulterer i ein lamellær struktur, der tynne skiver av ferritt og sementitt ligg vekselvis. Denne strukturen blir kalla perlitt. Ferritt er relativt mjuk og duktil, mens sementitt er hard og sprø. Kombinasjonen av desse to gir perlitt dei karakteristiske eigenskapane.

5. Kontroll av kjølefart

For å sikre danninga av perlitt må nedkjølinga vere langsam nok til at karbonatoma kan diffundere (bevege seg) til bestemde stader og danne sementittfasen. Viss nedkjølinga er for rask, vil ikkje karbonatoma ha tid til å bevege seg, og dette kan resultere i danning av andre mikrostrukturar som bainitt eller martensitt.

Fordelar

Perlitt har ein balanse mellom styrke og seigleik, og han er meir duktil enn martensitt. Dette gjer han eigna for bruksområde der styrke og seigleik er viktige.

Ulemper

Perlitt har ikkje like høg hardleik som martensitt, så han kan vere mindre eigna for bruksområde der hardleik er avgjerande.

Kjelde

Solberg, J. K. (2023, 11. januar). Perlitt (metallurgi). I Store norske leksikon. https://snl.no/perlitt_-_metallurgi