שלב הברזל-Carbon Diagram: תפקידה בהנדסת חומרים מודרניים

ה- Iron-Carbon (Fe-C) דיאגרמת שלב נשאר אבן הפינה של מתכת פיזית, בשימוש יומיומי על ידי מהנדסי חומרים כדי לחזות אבולוציה מיקרו-מבנה במהלך הליכוד, ויצר טיפול חום.אגרמת זו ממפה את השלבים הנמצאים בסגסוגת ברזל פחמן כפונקציה של רכיבי גשר פשוטים (לעמודי גשר פשוטים) ותוכן פחמן (לצד הציר האופקי, עד 667%, Cite, בעוד שגודלו של ברזל יחיד, כולל 11C) הוא מכיל את התכונות של כלי רכב יחיד, כולל, 7CPTC) ו-41, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, 7.

הכוח של דיאגרמת השלבים הוא ביכולת לענות על שתי שאלות קריטיות: אילו שלבים קיימים במגבלה מסוימת ובטמפרטורה, וכיצד השלבים האלה משתנים כאשר הטמפרטורה משתנה.לדוגמה, פלדה עם 0.4% פחמן מחומם מעל 800 מעלות צלזיוס הופכת למחזור חד-פעמיים חד-פעמיים, אשר לאחר מכן ניתן למקם את הגרף כדי ליצור מרטן.

קריאה ב-Digram: Axes, Invariant Points, and Key Zones

תרשים שלב Fe-C מוקרן עם טמפרטורה (בדרך כלל in ° C או °F) על y-axis ו ריכוז פחמן (במשקל אחוזים) על x-axis. הגרף משתרע על כ 6.67 wt% C (הרכב של מלטיט, FeFLT:03FLT:1C))) למעשה שמאל ב 0% מייצג ברזל טהור, אשר הוא שלוש תיבות של אלפא (Flowttures) ו-CC (D) באופן דרמטי (Dates) (Dapatettures) (D) (Daptures) הוא בעצם משתנה פחמן-FLT: 03FLT: 03FLT:1C) (D) (D) (D) (D)) הוא למעשה משתנה פחמן (Daptures) (D) (Damtphite) (D))))) (Daptures) של פחמן-FLT:1C) באופן משמעותי רוחב C.

שלושת התגובות האינפורמטיביות

שלוש תגובות שונות - נקודות שבהן שלושה שלבים coexist בטמפרטורה קבועה והרכב - הגנה על התכונות העיקריות של התרמילון:

  • (FLT:0) תגובה פורמלית (1495 ° C, 0.16 wt% C): 1FreaLT נוזל + ⁇ -ferrite ⁇ austenite ( ⁇ ) תגובה זו חשובה בחיזוק של פלדות פחמן נמוך, שבו ⁇ -ferrite טפסים ראשון ולאחר מכן הופך להיות מואצת על קירור נוסף.
  • (FLT:0) תגובה גלקטית (1147 ° C, 4.30 wt% C): ⁇ FLT:1 נוזל נוזל ⁇ austenite + מלטite (או austenite + גרפן, בהתאם ליציבות) תגובה זו שולטת על האיתנה של ברזלי יצוקה.המוצר נקרא הוביל aburite + מלטite) בברזל לבן.
  • (FLT:0) תגובה אקסטקטואיד (727 ° C, 0.76 wt% C): ibph:1 ⁇ Austenite ⁇ ferrite + מלטite.זה רחוק הנקודה המשמעותית ביותר מבחינה טכנולוגית כי הוא שולט בהתנהגות של פלדות פחמן פשוטות. תערובת lamellar של ferrite ו מלטite המיוצר נקרא פניניט.

אי השחלות הרביעית קיימת ב-912 מעלות צלזיוס עבור ברזל טהור (הטמפרטורה AIRFLT:030303030303IRLT:1 טמפרטורה), אך היא אינה תלויה בהרכב, בנוסף, ב 770 מעלות צלזיוס (טמפרטורת קארי של טקס) יש טרנספורמציה מגנטית, אבל זהו שינוי מסדר שני ולא תמיד מוצג על דיאגרמות המיועדות לניתוח חום.

שלב מרכזי שדות

שדה שלב הוא אזור בתרשים שבו שלב אחד או תערובת של שני שלבים הוא יציב יחסית.

  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ 0L + ⁇ -ferrite: FIRLT:1 ; שדה דו-phase עבור פלדות פחמן נמוכה בטמפרטורות גבוהות.
  • (ב) ⁇ -ferrite: 1FLT:1 שדה צר רק מתחת לנקודת ההמסה, עד 0.1% C.
  • (ב) ⁇ 0 (austenite): ibph:1 להציג עבור פלדה מעל הרכב eutectic עבור פלדה בין כ 0.16 אחוזים ו -2.11% C במהלך הגשמה.
  • (FLT:0)Austenite ( ⁇ ): FLT:1 השדה FCC חד-phase, יציב בין - 727 ° C ו 1495 ° C (בהתאם לתוכן פחמן) פחמן באוסנטיט מגיע מקסימום של 2.11 wt% ב 1147 ° C.
  • (ב) ויקרא י"א): "בְּהַּהְּהַּהְיִדְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִית" (בראשית כ"ד).
  • (FLT:0)Ferrite (α): שלב BCC, עם שפע של פחמן נמוך מאוד (מקסימום 0.022 wt% ב 727 ° C).
  • (ב) ⁇ (ב"א): "ה' (ב')" (ב')" (ב')"ב[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חשוב להכיר כי הדיאגרמה המוצגת ברוב ספרי הלימוד היא למעשה metastable Fe-FecioFveLT:0 ;0 ;3FLT:1C תרשים, כי מלטיט הוא שלב metastable אשר מסתכם גרף נתון מספיק זמן (במיוחד בנוכחות סיליקון) דיאגרמת גרפנטט-ברזל יציבה, רלוונטית יותר עבור ערכות אפורות, יש את השינוי האקטקטי למהנדסים שלהם -2% כדי להבין את Cutoid שלהם.

השלבים בפירוט: מבנה, נכסים ו- Occurrence

בכל שלב שנקלע למערכת Fe-C יש מאפיינים גבישיים ומכניים נפרדים שמהנדסים מנצלים באמצעות בקרה מיקרו-מבנהית.

Ferrite (α-Fe)

לפריט יש מעוקב מרוכז גוף (BCC) lattice והוא השלב היציב של ברזל טהור בטמפרטורת החדר.הסוללה פחמן שלה הוא רשלנות (< 0.008 wt% בטמפרטורת החדר, עולה ל-0.0122% ב 727 ° C) זה סוללה נמוכה כי כל פחמן עודף של גבול זה יהיה precipitate כמו מלטיט או גרפיט, בהתאם לתנאי קירור נמוך יותר (Ricol) הוא נמוך יותר מגובה פחמן (Ricol) נמוך יותר מגובה פחמן (Ricol) הוא נמוך יותר מגובה פחמן (Ricol) הוא נמוך יותר מגובה פחמן (Ricol) הוא נמוך יותר מגובהוריד פלדה גבוהה יחסית) הוא נמוך יותר) 000) הוא נמוך יותר מגובה פחמן (Rine) 000) 000) 000) 000) הוא נמוך יותר מאשר נפח פלדה גבוהה יחסית של פחמן (Ric פלדה גבוהה יחסית של פחמן (Ric פלדה גבוהה יחסית).

Austenite ( ⁇ -Fe)

With a face-centered cubic (FCC) structure, austenite is stable only at elevated temperatures in plain carbon steels. Its FCC lattice provides larger interstitial sites, allowing carbon solubility up to 2.11 wt%. Austenite is non-magnetic and generally ductile, with a high strain-hardening rate. In heat treatment practice, austenite is the parent phase from which all final microstructures are derived. Its grain size at the time of quenching or cooling strongly influences the resulting mechanical properties: finer austenite grains lead to finer martensite laths or finer pearlite interlamellar spacing, improving both strength and toughness. Austenite can be retained at room temperature in high-carbon steels or those with significant manganese or nickel content (the basis of austenitic stainless steels and Hadfield manganese steel).

(ב) ⁇ (ב"ג: ⁇ )

Cementite הוא תרכובת intermetallic עם מבנה גביש אורתורומבי המכיל 6.67 wt% פחמן.It הוא מאוד קשה (approx. 800 HV) ו- brittle, עם בעצם ללא כל ctility. in Steelstructures, מלטיט מופיע כמו lamellae דק בפניניט, כמו רשתות לאורך גבולות גרגר אנסטרנטי (protoid ב-Catoid פלדה, בעוד שכמות גבוהה של פלדה היא בעלת רמות מתכת צהובות), כמו ציפוי ברזל ארוך של פלדה או ציפוי ברזל).

פרליט

פרליט אינו שלב יחיד, אלא מוצר של אקונואיד המורכב משינוי של דלקת אקולוגית של ferrite ומלטט. זה טפסים כאשר austenite של הרכב eutectoid (0.76-0.80 wtttle% C) הוא קר לאט דרך טמפרטורת דלקת הלחמה של דלקת הלחמית (המרחק בין מלטולית) תלוי על בסיס ניקוי מהיר יותר (aected פלדה).

גרפיט

(Gatephite הוא הצורה היציבה של פחמן במערכת Fe-C. יש לו מבנה שכבתי hexagonal והוא רך מאוד (קשה של Mhs 1–2), עם תכונות סיכה מצוינות.בברזל, גראגרמת גרפיט גרפיטי סגסוגת פחמן רגיל בדמולוגיות שונות: גרף photticite (ברזל), גרף או גרף צלול (מברזל), משפר את הגרף ברזל), ואפקטיבי של גרף זעיר של חומר ניקוי מגנטי (Gicite)

שימוש ב-Digram כדי לחזות מיקרו-מבנה: קירור וקומפוזיציה

אחת האפליקציות החזקות ביותר של דיאגרמת שלב ה-P-C היא לחזות את המרכיבים המיקרו-מבניים שמרכיבים תחת קירור איטי (תנאי אקלים) זהו הבסיס לתכנון פלדה עם יחסים ספציפיים של ferrite/pearlite או להטיל ברזל עם מורפולוגיה גרפית הרצויה.

Hypoeutectoid Steels (0.02-0.76 wt% C)

כאשר פלדה hypoeutectoid (למשל, AISI 1020 עם 0.20% C) הוא לאט קריר מן האזור austenite, המוצק הראשון צורה הוא proeutectoid (0irs בערך 0.2% Colite גרגר Cectite אורך 0.1%) גדל כמו טיפות הטמפרטורה דרך אזור ( ⁇ +α) 2-phase.

Hypereutectoid Steels (0.76-2.11 wt% C)

ב- hypereutectoid Steels, proeutectoid מלטite precipitates תחילה על גבולות גרגר austenite כמו ⁇ קירור דרך ( ⁇ + FeFLT:0303FLT:1C) אזור בטמפרטורה eutectoid, אלא אם כן, כלי הבטק הנותרים (כיום ב-0.6 אחוזים C) הופך פניניט.

ברזל (2.11–6.67 wt% C)

עבור ⁇ מעל 2.11 אחוזים C, התגובה eutectic למשול הגשמה.בברזל לבן, המוצר eutectic הוא הוביל את בוריט (austenite + מלטite), אשר מניב חומר חזק, גלי מתאים יישומים סגסוגת נגדיים (למשל, סגסוגת) מסייע ליצית נוזל (למשל, גרף ניקוי) וקטרקטיס (מסלולארי) איטי של גרף (a) (כלומר, גרף ניקוי מינימלי) (pite) (מחדש) גרף ניקוי מגנטי (ampleicicicicicicicicicicicicicicic Reduction) או גרף (ampleicicicic Retraic Reduction) (pite) (pite) (ampleic Reduction) (ampleic Reduction) (ample Reduction) (ample Reduction) (a) (ample Reduction) (pite) (ample Reduction) (ample Reduction) (ample Returneucateic Returneectate Reduction) (ample Retras) (pite Rate) (כלומר, גרף (ample Returning nozzlereic Return) (pite) (a

מעבר ל Equilibrium: חיבור שלב Diagram ל- CCT ו-TTT Diagrams

תרשים שלב Fe-C הוא תרשים שיווי משקל, כלומר הוא מראה שלבים כי היה קיים אם הקירור היה איטי אינסופית. בפועל תעשייתי בפועל, שיעורי קירור הם סופיים, ואת השלבים שאינם האקליביום כגון מרטן, ביניט, ואפילו נשמר דיאגרמת אוסטיטיסט להופיע. כדי לעשות שימוש מעשי של התראגרמת שלב, מהנדסים לאורך זמן-שינוי (TT) או דיאגרמת פלדה מתמשכת (Ttraation) עבור הדפסה מתמשכת (Tolation-CC) לקומפוזיציה מתמשכת (Tolation) לאימון פלדה (Tolation מתמשך).

דיאגרמת שיווי המשקל של TpitTT (נקראת גם דיאגרמת טרנספורמציה נוספת) מראה את הקינטיקה של הטרנספורמציה בטמפרטורה מתמדת.טמפרטורת eutectoid (727 ° C) היא קו ההתייחסות האופקי על דיאגרמות TTT: מעל הטמפרטורה הזו, austenite הוא יציב; רק מתחתיו, צורות פניניות נמוכות יותר, בטמפרטורות נמוכות יותר, באטיט; ובקירור מהיר, קווי הטרנספורמציה מתחילים מדוכאים, ומרדמים בצורות מלמטה (FD) בטמפרטורה של פחמן (FD2D2 (למשל, לדוגמה).

(ה) ⁇ (ה) ,(ה) , ⁇ ) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

יישומי טיפול בשרירים

חמוש עם דיאגרמות בשלב ודיאגרמות קינטיות, מהנדסי חומרים מעצבים מחזורי טיפול חום אשר משיגים מיקרו-מבנה ספציפיים.הבאים הם שלוש דוגמאות קלאסיות.

Total Annealing of Hypoeutectoid Steel

מלא annealing מבוצע כדי לרכך פלדה עבור יצירת או מאצ'ינג מאוחר יותר.הפלדה מחומם 30-50 מעלות צלזיוס מעל AFLT:030303030303FLT:1 עד השלמת austenitization מתרחשת, ולאחר מכן קריר לאט ב פרונואיד על פי הדיאגרה שלב, קירור איטי דרך אזור 2-phase ( ⁇ +α) ואת הטרנספורמציה eutoid מייצרת קופסה מקסימלית 845 כדי לתת קל.

Spheroidize Annealing of High-Carbon Steel

(ב) פלדה hypereutectoid (למשל, AISI 1095, 1.0 אחוזים C) ופלדות כלי פחמן גבוהה, טיפול spheroidize משמש לייצר מלט גלוברומי בשלב ferrite matrix.

דרך ההשמדה והפיתוי

כדי למקסם את הקשידות, פלדה הם austenitized, ולאחר מכן quenched לשלב מרטן. עבור פלדה אלקטרו-קוטאיד (0.76 אחוזים C), הדיאגרמה בשלב זה הוא מראה כי ב 727 ° C, austenite של זה מתהפך עדינה (Flowate) אבל עם מהירות ריצוף, הטרנספורמציה לפנינה או bainite הוא מדוכא, ומרד על פני השטח של כ-250 מעלות צלזיוס).

מגבלות ודעות נפוצות

בעוד דיאגרמת שלב Fe-C אינה ניתנת לערעור, יש לה מגבלות לכך שמתרגלים חייבים להכיר:

  • (FLT:0) תנאי האקלים: FLT:1 הדיאגרמה מניחה איטי אינסופי קירור או חימום. תהליכים אמיתיים כרוכים בשיעורים סופיים, כך ששלבים המוצגים בתרשים עשויים לא להופיע, או שלבים מטבוליים (רטן, ביניט) עשויים להיווצר במקום.
  • (ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]][ה]]]][ה]]]][ה]]]][ה]]]] [הההה[[המאה ה-20], [ה[[המאה ה-20]]], ו[[ה[[ה[[המאה ה-20]],]], [[ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה-20]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[ה[[1924]], [[ה[[1924]]]]]]]]]]]], [[ה[[1924]]]], [[ה[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[ה[[1924]]]]]]]]]], [[ה[[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]],
  • (ב) [ה]הרש"ל: [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]][ה]]][ה]]]][ה]]]][ה]]]]][ה]]], ה"הרש"ל" (="ה"ה"ל]"ה"ה"ה"ל"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ל"ל"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ל"ה"ה"ה"ה"ה"ב"ה"ה"ה"ה"ה"ב"ב"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ב"ב"ה"ה"ה"ה"ב"ב"ב"ב" (ה"ב"ב"ה"ה"ה"ה"ב"ה"ה"ה"ב"ב"ה"ה"ה"ב"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ב"ב"ה"ה"ה"ה"ה"ה
  • (FLT:0) אין מידע על קינטיקה: FLT:1rea לא אומר כיצד שינויים מהירים מתרחשים.זה דורש נתונים TTT או CCT. מהנדסים לעתים קרובות להשתמש בתרשים שלב כדי להגדיר טמפרטורות תהליך ולאחר מכן להשתמש במודלים קינטיים כדי לעצב את שערי קירור.

תפיסה שגויה נפוצה היא כי ההרכב eutectoid הוא בדיוק 0.76 אחוזים C ב 727 ° C. במציאות, ערכים אלה משתנים עם כמויות קטנות של אלמנטים ⁇ . עבור פלדות פחמן בינוני (עם 0.5% Mn), eutectoid הוא בערך 0.80% C ו 727 ° C. עם 1% Mn, פחמן eutectoid נופל ל-0.6% C נחקר וטמפרטורה - 7C תמיד מתייחס נתונים ספציפיים.

מסקנה

[ה] תרשים שלב הברזל-קרבון הוא הרבה יותר מאשר נושא בחינה הכרחי - זהו כלי יומי מעשי המתבסס על העיצוב והעיבוד של ⁇ מפרה.על ידי זיהוי השלבים העיקריים (הפריט, אגודל, מלטיט, פניניט, גרפיט) ויציבותם, חומרים יכולים לחזות את הביצועים של מיקרו-מבנה, בחירת טמפרטורות מתקדמות, עיצוב, טיפול תרופתי, וצפייה באפקטים של שליטה על פני שטח ברזל, כגון: