فولادهای تندبر
۲۴ مرداد ۱۳۹۶
تیرآهن IPE
تیرآهن CPE (لانه زنبوری)
۱ شهریور ۱۳۹۶

 

 

 


انجماد در فولاد


 

شرکت فولاد سخت؛ تامین کننده فولادهای آلیاژی

جهت اطلاعات بیشتر به کانال تلگرام "فولاد سخت" بپیوندید

انجماد در فولاد


انجماد در فولاد

آلوتروپی (چند ساختاری) حالتی است که در بعضی عناصر از جمله آهن وجود دارد. در سال ۱۸۶۶ میلادی وقتی چرنیف (D.K Cherniov) دانشمند روسی، آزمایشاتی را بر روی آلیاژهای آهن_کربن انجام می داد متوجه شد در اثر گرم شدن یا سرد شدن فولاد، در درجه حرارت های معینی ساختار کریستالی تغییر می کند.

چرنیف این درجه حرارت های مشخص را نقاط بحرانی نامید.

با سرد کردن مذاب اولین جوانه های جامد، یعنی جوانه های دلتا با ساختار کریستالی BBC در دمای ۱۵۳۹ درجه سانتیگراد پدید می آیند.

 

انجماد در فولاد

با ادامه سرد کردن، ساختار آهن تغییر کرده و آهن گاما با ساختار کریستالی FCC در دمای ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد به وجود می آید. سپس در ادامه سرد کردن در دمای ۹۱۰ درجه سانتیگراد آخرین تغییر ساختاری، یعنی تبدیل شبکه کریستالی FCC به شبکه کریستالی BCC رخ داده و آهن آلفا بدست خواهد آمد.

در صورت ادامه سرد کردن تا دمای محیط تغییرات ساختاری دیگری رخ نمی دهد ولی در دمای ۷۶۹ درجه سانتیگراد انرژی داخلی و قابلیت هدایت الکتریکی آهن a تغییر کرده و در آن خاصیت مغناطیسی به وجود می آید.

لازم به ذکر است که دماهای فوق الذکر در مورد آهن خالص بوده و در حضور عناصر آلیاژی این دماها تغییر خواهند کرد.

 

انجماد در فولاد

دیاگرام های فازی آهن_کربن


دیاگرام های فازی آهن_کربن آهن خالص بسیار نرم بوده و مورد استفاده صنعتی زیادی نداشته و اضافه کردن عناصر آلیاژی به آهن باعث افزایش خواص مکانیکی آن خواهد شد.

در میان عناصر آلیاژی، کربن مهمترین عنصری است که بر روی خواص مکانیکی آهن تاثیر می گذارد. به طوریکه در بسیاری از موارد، عامل تعیین کننده خواص مکانیکی در آلیاژهای آهن می باشد.

طبق تعریف، اگر میزان کربن در آهن کمتر از ۲% زباشد، آلیاژ را فولاد و درصورتیکه بیش از ۲% باشد آن را چدن می نامند.

دیاگرام فازی آهن_کربن نشان دهنده تغییرات ساختاری آلیاژهای آهن_کربن نسبت به درجه حرارت می باشد.

از آنجایی که ساختار نهایی در فولاد، تعیین کننده خواص مکانیکی بوده و معمولا از طریق عملیات حرارتی به دست می آید، شناخت دیاگرام فازی آهن_کربن و محدوده های حرارتی استحاله های فازی، بسیار ضروری می باشد.

انجماد در فولاد

انجماد در فولاد


البته برای مقاصد ویژه، ممکن است عناصر آلیاژی دیگری به فولاد اضافه شوند که در این صورت آن را فولاد مخصوص نامیده و همانطور که می دانیم این عناصر آلیاژی، محدوده های حرارتی استحاله ها را نیز تغییر می دهند.

از آنجایی که آهن با کربن یک ترکیب واسطه به نام سمنتیت Fe3C می دهد، این دیاگرام را دیاگرام آهن_سمنتیت نیز می نامند. به علت این که Fe3C از نظر ترمودینامیکی پاپایدار بوده و به صورت Fe3C →۳Fe+C تجزیه می شود، دیاگرام آهن _سمنتیت یک دیاگرام تعادلی نیمه پایدار بوده و بر روی این دیاگرام، دیاگرام تعادلی آهن_کربن نیز به صورت خط چین نمایش داده می شود.

انجماد در فولاد

توضیحات مختصری درباره ی فازهای موجود در دیاگرام تعادلی  آهن_کربن


انجماد در فولاد

فاز دلتا δ

آهن دلتا مابین درجه حرارت های ۱۵۳۶-۱۲۹۲ درجه سانتیگراد وجود دارد. این فاز می تواند تا حد ۰٫۵% کربن به همراه مذاب وجود داشته باشد.

فاز دلتا در نقطه پریتکتیک با ۱۸% کرین با فاز آستنیت در تعادل است و در رنج کربن کمتر از ۰٫۱% به صورت تک فاز وجود دارد.

انجماد در فولاد

فاز گاما γ

هنگامی که آلیاژی با ساختار فازی دلتا سرد شده و وارد محدوده فاز γ شود استحاله فازی در شبکه کریستالی آن از BBC به FCC رخ می دهد این تحول به همراه انقباض در ساختار کریستالی فلز می باشد.

ساختمان کریستالی γ قادر است مقادیر زیادی کربن را در خود حل کند، همچنین این فاز قدرت تثبیت و حد حلالیت بیشتری را از کربن نسبت به فازهای دیگر داراست.

انجماد در فولاد

فاز فریت α

محلول جامد کربن در آهن α را فریت می نامند. فریت که در زیر میکروسکوپ به صورت فازی سفید رنگ مشاهده می شود، نرم ترین و شکل پذیری فاز در دو فولاد می باشد.

آهن α دارای ساختار کریستالی BCC بوده و در پایین تر از ۹۱۰ درجه سانتیگراد به وجود می آید. این فاز در محدوده حرارتی ۹۱۰-۷۶۹ درجه سانتیگراد غیرمغناطیسی می باشد.

حد حلالیت کربن در این فاز بسیار کم می باشد به طوری که ماکزیمم درصد کربنی که در آهن α حل می شود ۰٫۰۲۵% آن هم در دمای ۷۲۳ درجه سانتیگراد می باشد که این مقدار در دمای محیط به ۰٫۰۰۲۵% می رسد.

انجماد در فولاد

سمنتیت Fe3C

سمنتیت که فازی سخت و شکننده می باشد، دارای ساختار کریستالی ارترومبیک (Orthorhombic) بوده و می تواند حاوی ۶٫۶۷% کربن باشد.

انجماد در فولاد

به طور کلی چند نوع سمنتیت وجود دارد که از مرجع های مختلف به وجود آمده اند.

۱- سمنتیت اولیه که از مذاب جوانه می زند. (Fe3C1)
۲- سمنتیت یوتکتیک که ناشی از تحول یوتکتیک می باشد. (Fe3C3)
۳- سمنتیت ثانویه که مرجع آن فاز γ می باشد. (Fe3C11)
۴- سمنتیت یوتکتوئید که ناشی از تحول یوتکتوئیدی می باشد. (Fe3Ce)
۵- سمنتیت ثالثیه یا سمنتیت نوع سوم که در اثر خروج اتم های کربن از شبکه فریت
به وجود می آید و دور دانه های فریت را می گیرند. (Fe3C111)
تمامی این سمنتیت ها دارای ساختار کریستالی و ترکیب شیمیایی یکسان بوده و
فرق آن ها فقط در مرجعی است که از آن به وجود آمده اند.

انجماد در فولاد

پرلیت +Fe3Cα

خواص مکانیکی پرلیت مابین فریت و سمنتیت بوده و وابستگی بسیار زیادی به ریز بودن لایه های متناوب فریت و سمنتیت دارد.

لایه های فریت و سمنتیت دارای ضخامتی می باشند که هر چه ضخامت این لایه ها کمتر باشد، پرلیت حاصله ظریف تر و خواص مکانیکی آن بالاتر خواهد بود.

انجماد در فولاد

 

 

شرکت فولاد سخت؛ تامین کننده و توزیع کننده فولادهای آلیاژی

دیدگاه ها بسته شده است