Table of Contents
مقدمه: نقش حیاتی کربن در سخت شدن فولاد
فولاد همچنان به طور گسترده ای از آلیاژ مهندسی استفاده می کند و خواص مکانیکی آن اساساً توسط درمان گرما کنترل می شود.در میان فرآیندهای مختلف درمان گرما، رفع - خنک کننده سریع از فاز آستنیت -produces martensite، یک ساختار مکانیکی جامع که سختی و قدرت را پوشش می دهد. محتوای کربن فولاد تنها عامل تاثیرگذار است که تشکیل دهنده نهایی، و مکانیسم های اکتشاف دقیق آن است.
اصول تشکیل Martensite
Martensite یک فاز متازable است که توسط یک تحول پراکنده، تبدیل اوار-محور از مکعب رو به رو (FCC) به یک ساختار تتراگونal بدن محور (BCT) تشکیل شده است، سرعت خاموش (میزان تخریب در محل به منظور 100 درجه سانتیگراد / به 1000 درجه سانتیگراد / بسته به محتوای کربن) باعث سرکوب اتم های شبکه کربن می شود (تنها در این تقسیم بندی کربن، نه تنها به یک بخش از آن، کاهش دما.
ویژگی های کلیدی مارتنsite شامل مورفولوژی (مانند نیاز) ، چگالی دررفتگی بالا و یک زیرساختار خوب از دوقلوها یا laths است. مورفولوژی خود بستگی به محتوای کربن دارد: فولادهای کم کربن (کمتر از 0.4٪ C) تمایل به شکل دادن به جای مارتن محل با صفحات موازی دارند ، در حالی که فولادهای با کربن بالا (بالا) توانایی تولید مستقیم با این تفاوت های صفحه را به طور مستقیم با این تفاوت های تبدیل می کند.
چگونه محتوای کربن تحول Martensite را اداره می کند
کربن به عنوان یک عنصر بین المللی آلیاژ
اتم های کربن سایت های بین مرزی را در داخل شبکه انتننیت FCC اشغال می کنند، در طول خاموش کردن، کربن نمی تواند به اندازه کافی سریع پخش شود تا سیمانیت (Fe3C) یا سایر کاربیدها را تشکیل دهد؛ به جای آن، به دام افتاده است، و یک تحریف شدید تتراگونال (c/a) از حدود 1.008C به 11.2٪ افزایش می یابد.
رابطه بین محتوای کربن و درجه حرارت خانم بسیار مهم و به خوبی تثبیت شده است: هر افزایش 0.1٪ کربن خانم را تقریباً 30-40 درجه سانتیگراد کاهش می دهد. فرمول های Empirical مانند معادله اندروز می گوید:
[°C] = 539 - 423 (%C) - 30.4 (%Mn) - 17.7 (%Ni) - 12.1 (%Cr) - 7.5 (%Mo) +
بنابراین، یک فولاد کربن ساده با 0.8٪C خانم حدود 200 درجه سانتیگراد دارد، در حالی که فولاد 0.2٪C خانم نزدیک به 500 درجه سانتیگراد است، درجه حرارت martensite (Mf) به طور معمول 200-250 درجه سانتیگراد زیر خانم است، اگرچه در فولادهای با کربن بالا Mf ممکن است زیر دمای اتاق قرار گیرد، که منجر به حفظ austenite می شود.
نرخ خنک کننده بحرانی و سخت بودن
برای تشکیل martensite، نرخ خنک کننده باید از نرخ خنک کننده بحرانی (CCR) تجاوز کند - حداقل نرخ که از تحولات انتشار به مروارید یا بییت جلوگیری می کند، محتوای کربن به شدت بر منحنی کربن بالاتر تأثیر می گذارد، به جای کاهش سرعت تبدیل مداوم خنک کننده (CCT) نمودار به زمان طولانی تر، آن را آسان تر به دست آوردن کامل با کندتر (با این حال، به جای استفاده از مقدار زیاد از کربن، به جای آن نیاز است.
| Carbon Content (wt%) | Typical Ms (°C) | Hardenability | Preferred Quenchant |
|---|---|---|---|
| 0.05 – 0.25 | 450 – 500 | Low | Water |
| 0.30 – 0.50 | 350 – 450 | Moderate | Water (small sections) or oil |
| 0.60 – 0.80 | 200 – 350 | High | Oil or polymer |
| 0.90 – 1.20 | 100 – 200 | Very high | Oil or martempering |
توجه: اضافه کردن آلیاژ می تواند به طور قابل ملاحظه ای این محدوده ها را تغییر دهد، برای جزئیات بیشتر، ببینید [FLT:ASM] منابع درمانی بین المللی .
محتوای کربن و خواص مکانیکی Martensite
سختی و قدرت
سختی مارتن محل به عنوان کربن تقریبا خطی با محتوای کربن تا حدود 0.8٪ C است. معادله کلاسیک است:
[HRC] سخت بودن (HRC) 60 × 60 {\displaystyle C} + 20 (برای محتوای کربن تا 0.8٪)
بنابراین، در سختی 0.2٪C حدود 47 HRC است؛ در 0.8٪C آن را به حدود 67 HRC. فراتر از 0.8٪C، سختی پلاکت ها به دلیل کربن اضافی باقی مانده در راه حل اما افزایش تتراگونگی منجر به خرد و حفظ austenite. T کشش به طور مشابه از 1000 {\displaystyle 0.2Ctentensite به بیش از 2500 ebn کربن بالا.
آرامش و سختی
Martensite ذاتا به دلیل شبکه فوق اشباع، تنش های داخلی بالا و حضور مناطق دوقلو (به ویژه در فولادهای با کربن بالا) شکننده است. € 10-15٪ در پایین کربن نقطه مارتن محل به کمتر از 1٪ در محل پر کربن اثرات سخت بودن صفحه همچنین کاهش می یابد، و باعث می شود که برخی از نیروهای بی کربن به طور فزاینده ای به این سختی تجاری نزدیک شوند.
بازداشت آستین
محتوای کربن بالا باعث تثبیت austenite به دمای پایین می شود، به این معنی که دمای Mf (درجه حرارت MLT می تواند زیر محیط قرار گیرد، در نتیجه، کسری از austenite پس از خاموش کردن یک ابزار کلی فولاد (tenc) برای حفظ 10-30٪ austtenite، این مرحله نرم تر می تواند سختی کلی را کاهش دهد و باعث بی ثباتی شود.
پردازش عملی Implications
انتخاب Quenching Medium
- فولادهای کم کربن (0.02-0.3٪ C): نیاز به خنک کننده سریع (به عنوان مثال، brine یخ زده یا آب) برای رسیدن به CCR؛ حتی پس از آن، کل مارتنت تنها ممکن است در بخش های نازک به دست آورد.
- فولادهای کربن- کربن (0.3-0.6% C): آب جوش رایج است، اما روغن می تواند برای آلیاژهای با قابلیت بهبود استفاده استفاده شود.
- فولادهای با کربن بالا (0.6-1.2% C): فرو ریختن روغن معمول است برای جلوگیری از شکستن از شوک حرارتی. مارتمپرینگ (و انواع مختلف) کمک به کاهش تحریفات استفاده شده برای برش ابزار، مرگ، و چشمه.
پاسخ های گرم
گرم کردن مارتنsite باعث بارش کاربید انتقال (ε-کاربر در کربن پایین تر، سیمان در کربن بالاتر)، بازیابی دررفتگی ها و کاهش فشارهای باقی مانده می شود. افت سختی به عنوان برش سختی به عنوان ذخیره شده در هنگام گرم کردن اغلب برای فولادهای کربن بالاتر شیب دار است، زیرا کربن فوق اشباع شده برای تشکیل کاربیدهای کاربید در دسترس است.
عناصر آلیاژی و فعل و انفعال آنها با کربن
اضافه کردن عناصر آلیاژی، تحول مارتن را به روش های مختلف اصلاح می کند:
- Nickel و منگنز: دمای پایین خانم، افزایش تمایل به حفظ اکیدا.
- Chromium و Molybdenum: قابلیت افزایش، اجازه می دهد تا نشت روغن برای فولادهای با کربن بالا نیز ترویج تشکیل کاربید در طول گرم کردن.
- [FLT: 1] ، تقسیم مواد ریز که مرزهای دانه و اصلاح اندازه بسته مارتنsite.
- [در این باره]: [[۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱] [۱] [۳] [۱] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [براى [براى [براى [براى [براى [براى] در هنگام گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى] در هنگام گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى گرم کردن [براى]،]،]،]،]،]،]،]،]،] آهن،]، [براى فولادهای گرم کردن [براى فولادهای گرم کردن [براى فولادهای گرم کردن [براى فولادهای گرم کردن [براى فولادهایى [براى فولادهای گرم کردن [براى فولاد
برای بحث عمیق در مورد اثرات آلیاژی، به مقاله کل ماتی در مورد سخت افزار مراجعه کنید.
انتخاب محتوای کربن مناسب برای برنامه های کاربردی
مهندسان محتوای کربن را برای مطابقت با نیازهای خدمات تنظیم می کنند:
- کربن کم ( 0.05-0.25% C) - فولادهای سخت کننده: هسته سخت باقی مانده؛ سطح به 0.8- ⁇ C رسیده و برای تولید یک مورد سخت و مقاوم در برابر سایش، نمونه هایی از: دنده های بازیافت شده، ظروف، ظروف، سوراخ، مهر و موم شده است.
- کربن منادیوم (0.3-0.5%) - فولادهای شکسته و گرم: قدرت، سختی و مقاومت خستگی برای محورها، اتصال میله ها، پیچ ها و قطعات ماشین را ارائه می دهد.
- کربن بالا (0.6-1.2% C) - فولادهای مقاوم در برابر سایش و ابزار: حداکثر سختی را پس از خاموش کردن و گرم کردن، هر چند با تسکین استرس دقیق مورد استفاده برای مرگ، چاقو، تیغ، ابزار سرد و سیم های بهار فراهم می کند.
- کربن فوق العاده بالا (1.2-2٪ C) - کاربردهای ویژه: به ندرت به دلیل شکننده شدید استفاده می شود؛ ممکن است از طریق متالورژی پودر یا درمان های حرارتی تخصصی برای قطعات لباس بالا پردازش شود.
نتیجه گیری
محتوای کربن فولاد، متغیر اصلی کنترل شکل گیری مارتن محل، ساختار بلور آن و خواص مکانیکی متعاقب آن است.از تغییر دما و نرخ خنک کننده انتقادی به سختی زدایی، تحرک و حفظ یک ابزار ضدعفونی کننده، نقش کربن برای درمان گرما و مهندسان طراحی پایه است.
برای مطالعه بیشتر در تکنیک های درمانی مدرن، کتابخانه فنی مجله گرمایش صنعتی و استانداردهای مربوطه از ] ASTM International را ببینید.