Table of Contents
مقدمة: دياغرام الحديد - الكاربون كمؤسسة لتصميم الصلب
ويشكل مخطط المرحلة المتعلقة بكربونات الحديد أحد أهم الأدوات في علوم المواد والهندسة المميتة، وهو يوفر تمثيلاً بيانياً للمراحل الموجودة في سبائك الكربون في درجات حرارة مختلفة وتكوينات الكربون، مما يتيح للمهندسين التنبؤ بتطور الهياكل الأساسية الدقيقة أثناء التجهيز الحراري، أما بالنسبة للفولاذات الناقصة الرحمية - التي تحتوي على أقل من 0.76 في المائة من الكربون حسب الوزن - فإن الرسم البياني للهيكل الميكانيكي يكشف عن وجود تركيبات الدقيقة.
(ب) فهم كيفية إبلاغ رسم خرائط الكربون الحديدي بالهيكل الجزئي للصلب الناقص من الرحم أمر أساسي لاختيار المعالجة الحرارية المناسبة، والتنبؤ بأداء الخدمات، وتصميم السكك الحديدية لتلبية متطلبات محددة، وتستكشف هذه المادة التحولات التدريجية، وملامح الهياكل الدقيقة، والترابط بين الممتلكات، والاستخدامات العملية للفولاذ الناقص من خلال نظام الكربون الحديدي.
نظام التوازن في المرحلة الحديدية - الكربون
المراحل الرئيسية وهيكلها الكريستالي
ويرسم رسم خرائط مركبات الكربون المشبع بالفلور في مناطق الاستقرار في عدة مراحل، وفي درجات الحرارة المرتفعة، يوجد أوستنيت (غاما - ف) كحل مركب مركب مركب مركب مركب مركب مركب مركب من نوع CCC) قادر على حل الكربون بنسبة تصل إلى 2.11 في المائة عند درجة حرارة 1148 درجة مئوية.
درجات حرجة ورواسب المرحلة
وتتصل نقاط التكوين المتغيرة وخطوط الحدود على الرسم البياني بأهمية خاصة بالنسبة للفولاذ الناقص في الرحم، ودرجة الحرارة A1 (درجة حرارة الدهون) عند 727 درجة مئوية، وهي أدنى حد للاستقرار في الأوستنت، وخط الألف-3 يمثل درجة الحرارة التي تبدأ فيها الخصبة في الترميز أثناء التبريد؛ وهي تهبط من 912 درجة مئوية إلى 727 درجة مئوية.
وتتحول حدود هذه المرحلة إلى إضافة عناصر سبائك، وهذا هو السبب في أن المعالجة الحرارية العملية غالبا ما تشير إلى درجات حرارة من درجة ألف 3 وألف 1 لكل درجة من الفولاذ بدلا من الرسم البياني الثنائي لفئة جيم وحدها، ومع ذلك، فإن الرسم البياني الثنائي يوفر الفهم الأساسي اللازم لتفسير السبيكات التجارية الأكثر تعقيدا.
تحديد شتلات الهيبوكتويد: التكوين والتصنيف
ركن الكربون ونقطه الرطوبة
ويعرف الفولاذ الوبائي بمحتويات الكربون التي تقل عن التركيبة الرحمية البالغة 0.76 في المائة جيم. وتشمل هذه الفئة الأغلبية الساحقة من الفولاذ المنخفض الكربون والمتوسط الكربون المستخدم في التشييد والسيارات والهندسة العامة، أما الفولاذ الذي يتراوح بين 0.02 و0.3 في المائة جيم فيصنف عادة على أنه فولاذ منخفض الكربون؛ أما الفولاذ الذي يتراوح بين 0.30 و0.6 في المائة من الفولاذ المتوسط الكربون، ولكن 0.6 في المائة من الفولاذ الحاد.
ونقطة الترسخ عند نسبة 0.76 في المائة جيم هامة لأنها تمثل التركيبة التي تحول فيها أوستنيت كليا إلى اللؤلؤ دون أي خصبة أو سمنتية أولية، ولذلك فإن الفولاذ الوبائي يحتوي دائما على كمية من الأسمدة البروتكتويدية التي تشكل قبل التحول البكتري، مع وجود التوازن في اللؤلؤ، وتأتي الأجزاء النسبية من درجة الحرارة التي سبقت تطبيقها مباشرة.
الرتب والتعيينات القياسية
وتصنف الفولاذات الناقصة في الهندسة في مختلف النظم، وتصنف الصفوف من هذا النوع مثل 1018 (0.18 في المائة جيم)، و1045 (0.4 في المائة جيم)، و1060 (0.6 في المائة جيم) في تركيبات افتراضية مشتركة، كما أن الفولاذات الهيكلية مثل ASTM A36 (0.26 في المائة من الماركس) وA572 من الرواسب 50 تقع ضمن هذه الفئة.
مؤسسات البنية التحتية
Proeutectoid Ferrite: Morphology and Distribution
إن المرحلة الأولى من التكوين أثناء تبريد الفولاذ الناقص هي الخصبة اللوطيية، وتعتمد المورفولوجيا على معدل التبريد وعلى حجم الحبوب المميتة السابقة، وفي ظل ظروف التبريد البطيئة التي تطبع نواة الفرن أو تطبيعها عند الحدود القصوى للتبريد، وتزداد معدلات التخصيب في الترميز بين الطائفتين على طول تلك الحدود، مما يشكل شبكة دائمة.
ويقلص حجم الأسمدة البروتكتويد حيث يقترب محتوى الكربون من التركيبة البدائية، وقد تحتوي البنية الدقيقة على نحو 75 في المائة من الفولاذ و25 في المائة من اللؤلؤ، بينما قد يتألف الفولاذ بنسبة 0.6 في المائة تقريبا من الأسمدة و80 في المائة من اللؤلؤ، ويمكن التنبؤ بهذه النسب باستخدام قاعدة السائل على مقياس الكربون الحديدي عند درجة حرارة أعلى بقليل.
اللؤلؤ: هيكل لاملار وسباعة بين النجوم
فاللؤلؤة هي منتج لعزلة الرحمة يتألف من تبدلات من الخصبة والسمنت، ويحدث التحول عندما تصل نسبة الـ " أوستنيت " المتبقية )المثرية إلى زهاء ٠,٧٦ في المائة جيم( إلى درجة الحرارة الداكنة، ويحدث التنظيف عادة عند واجهة التقلبات الحسنة، وتنمو المستعمرات بشكل مشع إلى أن ترتفع درجة الحرارة المتاخمة.
ويوفر الهيكل الصهري للبيرليت آلية فعالة لتعزيز شبيهة بالركبة، كما يوفر حمل الدببة الصخرية الصلبة في حين يوفر الليملا الخصبة قدرة على النعال، ومع زيادة محتوى الكربون، يزداد حجم اللؤلؤ، ويزيد من قوة الصلب بوجه عام ويزيد من صعوبةه على حساب القابلية للخصوبة والتشكيل.
آليات التحول أثناء الترشيد
تمزيق ونمو الحرف
وعندما يبرد الفولاذ الناقص من المنطقة المتعارف عليها تماما، يكون أول حدث تحول هو ندرة الأسمدة البروتكتويدية، ويحدث الترميز بصورة تفضيلية عند حدود الحبوب المحبوبة لأن هذه المواقع توفر حواجز أقل فيما بين الوجوه، وتنشأ قوة الدافعة لتكوين العبيد من الارتفاع الناقص في درجة التخصيب 3، حيث ينمو تركيز الكربون في محيطه.
ويخضع حركية النمو في الطوابق للتحكم بنشر الكربون في الأوستنيت، وفي درجات الحرارة العالية للتحول (التدمير البسيط) يكون الانتشار سريعاً، ولكن قوة الدفع صغيرة، مما يؤدي إلى تضاؤل وحبوب الأسمدة المصفورة، وفي ارتفاع العزل، فإن القوة المحركة العالية، مقرونة بمنتجات التوزيع المحدودة، غالباً ما تحدد معدلات النمو الوعائي بين الأورام.
Pearlite Formation from Carbon-Enriched Austenite
وبعد أن يصل الموقع المتبقي إلى نحو 0.76 في المائة جيم، وتهبط درجة الحرارة إلى أقل من 727 درجة مئوية، يرتفع معدل التحول البكتري، ويرتفع معدل النمو في المناطق المحيطة بالحبوب أو عند واجهات التكوين، ويترك هذا التحول النمو التعاوني في لوحات الأسمدة والاسمنتية، مع تقسيم الكربون بين المرحلتين، ويرتفع معدل النمو في هيكل الحرارة الأدنى.
وفي التبريد المستمر (مقابل التحول الحراري) يتكون اللؤلؤ من مجموعة من درجات الحرارة، مما يؤدي إلى توزيع المباعدات بين القطبين، ويساهم الجزء من اللؤلؤ الذي يتكون من درجات حرارة أقل (المباعدة بين الزمن) بشكل غير متناسب في القوة العامة، ولهذا السبب كثيرا ما تكون الصلبات المطهرة أعلى من الصلبين المصابين بنفس التركيبة - معدل التبريد السريع تؤدي إلى غرامات.
مقياس التحول المستمر في التبريد
وبالنسبة للعلاج العملي للحرارة، فإن التحول المستمر في تشخيص التبريد أكثر فائدة من رسم بياني للكربون المكافئ وحده، وتبين رسمات التلويث الكربوني أن معدل التحولات في تركيبات الأسمدة والليوت والخليط والجنتينات المميتة هو معدل ثابت بالنسبة للفولاذ المميت، وينتج معدلات التبريد البطيئة (تبريد الكبريتي)
العوامل التي تؤثر على البنية الدقيقة المُجمَّعة
معدل التبريد
وقد يحدث معدل التبريد في أعلى درجات الحرارة، وينتج هياكل مجهرية ذات أحجام كبيرة من الصلبان الناقص، وفي معدلات التبريد البطيئة جدا (1س/م/م/م/م/م/م/أقل) حيث قد تحدث معدلات حرارة وتحولات لؤلؤية في درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى نشوء هياكل مجهرية مصغرة ذات أحجام كبيرة من الرمل، وإلى انخفاض في معدلات الجرعات
وفي الممارسة العملية، يؤدي سميك القسم دورا رئيسيا لأن الأقسام الأكثر كثافة تبرد في الوسط أكثر من السطح، ويمكن أن ينتج ذلك بنية صغيرة ذات درجة عالية، تحتوي على مواد أدق وأقوى على السطح وكميات المرنة، ومواد أكثر مرونة في القاع، ويجب أن يحسب المهندسون ذلك عند تصميم مكونات كبيرة.
حجم الحبوب الأوزتينية
إن حجم الحبوب التي تُستخدم في التخدير قبل التحول يتحكم بقوة في الهيكل الميكروفي النهائي، وتوفر الحبوب الحسنة الحادة مساحة حدوداً أكثر حبة لكل وحدة، مما يخلق مواقع أكثر نواة للخصوبة، وينتج عن ذلك حجماً محمّلاً من الحبوب الخصبة بعد التحول، مما يحسن من قوة (أثر التابوت الهالكلي) والقوى.
Alloying Element Additions
وفي حين يشكل الرسم البياني الثنائي للكربون الأساس، فإن الفولاذات النفاقية التجارية تحتوي دائما على عناصر سبائكية تعدل استقرار المرحلة وتحوّل حركية، ويعزز المنغنيز، الموجود في جميع الفولاذات تقريبا عند مستويات تتراوح بين 0.5 و2.0 في المائة، درجة الحرارة الاستوائية وتخفض درجة الحرارة الدهنية، كما أنه يصقل اللؤلؤ ويحسن قوة الارتداد من خلال تعزيز الحلول الصلبة().
علاقات المشاريع الصغيرة
مدى الاعتماد على القوة والعجز في نسبة الفيريت - بيرليت
وتأتي الممتلكات الميكانيكية للفولاذ الناقص من الدهون في اتجاه يمكن التنبؤ به مع محتوى الكربون، ومع زيادة الكربون، فإن نسبة النصيب الأكبر من اللؤلؤ تزداد، وتصل إلى ارتفاع في القوة الإنتاجية والتركيب، وقد تصل نسبة الفولاذ إلى نحو 0.2 في المائة من الفولاذ إلى نحو 250 ميغاواطاً بنسبة 30 في المائة، وفي نسبة 0.6 في المائة من الألف، يمكن أن تصل نسبة التراكم إلى 400-450 في المائة.
دور حجم قراير
ويحقق حجم الحبوب المحمَّلة قوة من خلال علاقة الهال - بيتش: / / / / / /// //// ///// //// ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Pearlite Interlamellar Spacing and Strength
0Lie strength follows an inverse relationship with interlamellar spacing, similar to the Hall-Petch effect. finer spacings increase the number of ferrite-cementite interfaces per unit volume, which impede dislocation motion. The yield strength of pearlite can be approximated as steel[FL:0]y - earFLT:1]
معالجة الدروع الهضمية
كاملة
ويشمل التحلل الكامل الفولاذ الناقص من الدهون إلى 30 إلى 50 درجة مئوية فوق درجة حرارة درجة حرارة درجة حرارة درجة حرارة درجة حرارة درجة حرارة درجة حرارة 3، مع الاحتفاظ بضمان التسخين الكامل، ثم التبريد ببطء في الفرن، ويؤدي بطء معدل التبريد إلى إنتاج خصبة ولفائف من الكبريت بأقل ضغط داخلي، ويخفف هذا العلاج من حدة الفولاذ ويحسن من قابلية التمويه والارتطام، ويص على تركيبة الصلبة بعد العمل المثير.
التطبيع
ويستلزم التطبيع زيادة سرعة التهدئة فوق درجة الحرارة 3، ويعقبها التبريد الجوي، ويزيد معدل التبريد السريع مقارنة بحجم الحبوب الحديدية ويقلل من سرعة التباعد بين اللؤلؤ، وينتج هيكلاً صغيراً أقوى وأصعب، ويقضي على تركيبات الحبوب المزروعة من العمل الساخن أو الصبغة، ويوفر هيكلاً صغيراً أكثر توحيداً، ويستخدم على نطاق واسع في الفولاذات الهيكلية، كما أنه علاج أولي.
الفصل والتمهيد
)أ( بالنسبة للفولاذ الناقص من المادة ٠٠٥ الذي يحتوي على كمية كافية من الكربون )أعلى من ٠,٣ في المائة من المادة ٣(، فإن التسرب من أعلى مستوى من المادة ٣ ينتج الطفيلية، وهي مرحلة صعبة ومرنة ذات هيكل رباعي مركب من الجسم، ويتطلب الفصل معدلاً للتبريد فوق المعدل الحرج لتكوين الفولاذ وحجمه، ثم يؤدي التقلب إلى ارتفاع درجة الحرارة إلى ٠٠٤ ألف )٦(
الاستعلام والتجهيز الحراري
وتجمع طرق التجهيز المتقدمة بين التحلل والتحول لتحقيق خصائص أعلى، وفي التدحرج المراقب، يُشَوَّل الفولاذ الناقص في منطقة الأوستنيت عند درجات الحرارة التي يتم فيها قمع التكديس، مما يخلق كثافة عالية من نطاقات التشهير والحبوب المحفورة، وينتج التحول اللاحق كميات كبيرة من الغازات الحديدية.
التطبيقات العملية للفولاذ البنفسجي
الهياكل الأساسية وأجهزة البناء
أما الصلب المنخفض الكربوني (0.15-0.3 في المائة جيم) فهو العمود الفقري لصناعة البناء، أما الصلب A36، الذي يبلغ زهاء 0.25% جيم، فيوفر قدرة جيدة على التحمل، وقوام متوسط (250 من إنتاج إم بي إم بي أي)، وقابلية ممتازة للتشغيل في المسامير والأعمدة واللوحات، ودرجات أعلى من ذلك مثل A992 (0.23 في المائة من الفلزوم، مع توفير درجة حرارة في المغنزيون وتحسين
النقل والسيارات
ويستخدم الفولاذ الناقص من مركبات الكربون المتوسطة (0.30-0.5 في المائة جيم) في المكونات الآلية التي تتطلب قوة أعلى، ويستخدم الفولاذ البالغ الصغر 1045، على سبيل المثال، في الأكسدة والثدي والعتاد والشقائق، وكثيرا ما تتلقى هذه المكونات التصفيق والإغراء لتحقيق التركيبة الزمنية المطلوبة من القوة والارتطام والمقاومة المميتة.
Pipeline and Energy Applications
إن الفولاذ المتناهي الصغري الهابط للهيدروكتويد هو المواد الرئيسية لخطوط النفط والغاز، إذ تحتوي غراديس مثل X65 و X70 على كربون منخفض (0.1 في المائة أو أقل) مقترنة بإضافة صغيرة من النيبيوم والفاناديوم والتانيوم، وتنتج هذه التركيبة المتحكم فيها بنية صغيرة محمولة تحتوي على كمية صغيرة من اللؤلؤ أو الصبغة البكية، مما يحقق قوة قدرها 450.
وصف الهياكل الدقيقة للهياكل الهيبوكتويدية
أجهزة تصوير وتصوير مصغرة
ويستخدم تحليل البنية التحتية المصغرة للفولاذ الناقص السائل الميكروبي البصري على العينات المهذبة وغير المهذبة، أما المواد القياسية، مثل 2 في المائة من النيتال (حامض الإيثانول) فتكشف عن الأسمدة باعتبارها مناطق للضغط الخفيف والبيرليت كمستعمرات مظلمة، كما أن جزءاً من مسودة اللؤلؤ يقدم تقديراً سريعاً لمحتوى الكربون باستخدام معادلات الميكانيكية.
جهاز تصوير إليكرون
ويُقدم جهاز الاستنساخ الإلكتروني المُمْكَنِّع إلى درجة أعلى من الدقة في فحص المباعدة بين اللؤلؤ والملامح الأسمدة الغرامية، ويكشف التصوير الإلكتروني الثانوي عن التضاريس الثلاثي الأبعاد للأسطح المُخَلَّفة، بينما يظهر التصوير الإلكتروني المُتَردَّد الظاهري الظاهري الخفيف، وجود جميع خصائص التخريب المغناطيسي الحاد.
خاتمة
ولا يزال مخطط الكربون الحديدي هو الإطار الأساسي لفهم الهياكل الدقيقة الفولاذية الناقصة وعلاقتها بالتجهيز والممتلكات، ومن نواة الأسمدة البروتكتويدية إلى النمو التعاوني لخط أنابيب اللؤلؤ، يمكن تفسير كل مرحلة من مراحل التحول من خلال التوازن التدريجي والمبادئ الحركية التي وضعها الرسم البياني، ويستخدم المهندسون وأجهزة المعالجة هذه المعارف في اختيار التكوينات.
وفي حين أن الفولاذ الحديث يتضمن عناصر متعددة للرحلات وطرق التجهيز المعقدة، فإن المفاهيم الأساسية المستمدة من نظام الكربون الثنائي للكربون لا تزال محورية في هندسة المواد، ويمكِّن الماجستير في هذه المبادئ من تطوير الفولاذات ذات الهياكل الدقيقة المصممة التي تلبي متطلبات البنية التحتية المعاصرة، والنقل، ونظم الطاقة.