השפעת הטמפרטורות על שלב יציבות בפחמן הברזל

שלב הברזל-Carbon Alloys: A briefed Review

ההתנהגות המכנית וחיי השירות של ⁇ ברזל-פחמן (שיטים וברזלים יצולים) מוכתבים על ידי תערובת של שלבים גבישיים הקיימים ב-microstructure שלהם. טמפרטורות משתנות - בין אם במהלך עיבוד או בשירות - שינוי ישיר אשר שלבים יציבים וכיצד הם משנים.

• (FLT:0)Ferrite (α-Fe)FearLT:1) - שלב מעוקב מרוכז בגוף (BCC) רך ודקן. Ferrite מתמוסס מעט מאוד פחמן (מקסימום -0.02% ב 72 ° C) והוא השלב העיקרי בפלדות פחמן נמוכות.
• (FLT:0)Austenite ( ⁇ -Fe)veFLT:1) שלב מעוקב ממוקד (FCC) עם הרבה יותר גבוה פילוליות פחמן (עד 2.14 wt% ב 1148 ° C) Austenite יציב מעל 727°C (עבור פלדות היפותקטאיד) ומאפשר יצירת חום חם וחום בגלל הדליביות שלה ויכולת להתמוסס פחמן.
• (FLT:0Cementite (Fe3C)FigLT:1 ), תרכובת בין-מטלית עם מבנה גבישי אורתורומוגבי.זה קשה מאוד ושברירי, המכיל 6.67 פחמן.Cementite מופיע כשלב נפרד פניני וכרשת בפלדות היפר-אופטיקואיד, תורמת כוח גבוה אך מצמצם את הדלילות.
• (FLT:0)Pearliteph1 (המבנה האלקטרוקואידי של lamellar המורכב משינוי שכבות של ferrite ו מלטite.It טפסים כאשר austenite of eutectoidקומפוזיציה (0.76 wt% C) הוא קריר לאט דרך 727°C.המדן דחוס בקרות מכניות: עלייה חדה עדיפה (אפקט מסוג Hall-ch).
• (ב) ⁇ :0) ,BainiteFLT:1 ; acicular (כמו-המכונה) מיקרו-מבנה שנוצר בשיעורי קירור ביניים, המורכב מהצלחות ferrite ו חלקיקים מלטיטים משובחים.
• (FLT:0) MartensiteFLT:1 - A non-equilibrium, פתרון מוצק על-טבעי של פחמן ב BCT (המרכז tetragonal) lattice, שנוצר על ידי קירור מהיר (הקציר) של אנסט. Martensite הוא מאוד קשה וגלוע; הקשיחות שלו עולה עם פחמן תוכן.

לכל אחד משלבים אלה יש טווח יציבות מובהק ביחס לטמפרטורה ולקומפוזיציה, כפי שסוכם בתרשים שלב הברזל-פחמן.

שלב הברזל-Carbon Diagram: טמפרטורה-Composition Map

תרשים שלב שיווי המשקל של Fe-C (עד 6.67 wt% C) הוא הבסיס להבנת השפעות הטמפרטורה.נקודות מפתח שונות כוללות:

• (FLT:0) נקודת תצפית (Eutectoidmia PointFLT:1 (0.76 wt% C, 727°C): Austenite ( ⁇ ) מסתכם תערובת של ferrite (α) ו מלטיט (Fe3C) - כלומר, פניניט.
• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

על הקירור, הטרנספורמציות של השלב מודרך על ידי גבולות שיווי משקל אלה, אבל בפועל קצב הקירור יכול לגרום סטייתות (לא-equilibriumטרנספורמציות) המייצרות ביניט או מרטינט.

טווח טמפרטורה עבור שלב יציבות

מעל 912C (לברזל טהור; מעט נמוך יותר עבור פלדה)

בטמפרטורות אלה, austenite הוא השלב היציב עבור רוב תכולת הפחמן מתחת 2.14 wt%.זהו הטווח עבור עבודה חמה (rolling, זיוף) וטיפולי הומוגניזציה.ה-FCC lattice של austenite מאפשר דיפוזיה פחמן גבוהה, חיוני עבור carburizing וטיפולי פני השטח אחרים.

בין 72 ° C ו 912C (אזור היפוקטקוק)

בפלדות פחמן נמוכות, השלבים היציבים הם ferrite ו austenite באזור דו-phase. כמו טיפות טמפרטורה, ferrite מתחיל להיווצר בגבולות דגנים של אוסטנטי.שיעור של ferrite עולה עד הטמפרטורה eutectoid.

מתחת ל 72 ° C

בטמפרטורות מתחת לאוטואיד, המיקרו של שיווי משקל עבור פלדות פחמן פשוט מורכב של ferrite מלטיט (pearlite in eutectoid הרכב), עם זאת, אם קירור הוא מהיר, austenite יכול להפוך לשלבים לא-equilibrium כמו bainite (בין -550 מעלות צלזיוס ו גב ') או מרטן (טמפרטורה נמוכה).

שינויים בשלב במהלך ההשמצה והקולינג

המונחים: Austenitization and Grain growth

כאשר פלדה מחומם מעל טמפרטורת A3 (ל hypoeutectoid) או A1 (עבור eutectoid), הפורט הקיים ומלטיט להפוך לאוסטנטית.תהליך זה דורש דיפוזיה פחמן ובדרך כלל מתרחש על פני טווח של טמפרטורות (20 עד 40 מעלות צלזיוס מעל קו קריטי כראוי).

Cooling: Controling Micro Structure

נתיב הקירור קובע את תערובת השלב הסופי.שלושת מוצרי הטרנספורמציה העיקריים על אוסטנטי קירור הם:

1. (FLT:0)PearliteveFLT:1 - נוצר על ידי קירור איטי (רי קירור, נורמליזציה) בטמפרטורות ליד 700 מעלות צלזיוס.התהליך מבוסס דיפוזיה: אטומי פחמן מחולקים לתוך שכבות מלטיט.הספאם הבין-lamellar קשור באופן הפוך לתחתית; קירור מהיר נותן פניני חזק יותר ויותר (למשל פטנט, בחוט).
2. (FLT:0)Bainiteph1 (במסגרת שיעורי קירור ביניים (למשל, בשקיפה נוספת בגובה 450–550 מעלות צלזיוס) גדל ביניט על ידי מנגנון קרקעי ללא דיפוזיה ואחריו דחייה פחמן באט נמוך יותר (המתורגם בטמפרטורות נמוכות יותר) יש מטענים דקים וכוח גבוה יותר.
3. (FLT:0) Martensiteph:1 - נוצר כאשר שיעור הקירור עולה על שיעור קירור קריטי, עקף את האף של C-curve.הטרנספורמציה היא athermal ו diffusionless; קצב ההסרה של הכטה לרישיונות כדי ליצור מבנה tetragonal.the Martensite להתחיל טמפרטורה (Ms) תלוי פחמן עבור פחמן גבוה, חום יכול להישאר מתחת לטמפרטורה מתחת לטמפרטורה מתחת לאטמוספירה, כלומר, היא מתחת לטמפרטורה מתחת לטמפרטורה גבוהה, היא מתחת לטמפרטורה מתחת לטמפרטורה מתחת לטמפרטורה מתחת לטמפרטורה מתחת לטמפרטורה מתחת לטמפרטורה מתחת לאטמוספירה.

הדיאגרמת הזמן-הזמן הקלאסית (TTT) מציגה את המשטרים האלה.על ידי בחירת עקומת קירור, מטולורגיסטים יכולים לכוון אורגניזמים מבוקשים.

אפקט של אלמנטים של שימור טמפרטורה

פלדה מעשית מכילה Manganese, כרום, ניקל, molybdenum, וכו ', אשר משנים את גבולות שלב ו קינטיקה טרנספורמציה.

• ניקל ומניגנזה מרחיבים את שדה האנתנסיט (lower A3 טמפרטורה ולהפחית את תכולת הפחמן האקטוקטואידית).
• Chromium, vanadium, ו molybdenum התייצב ferrite ולקדם היווצרות של סגסוגת carbides, העלאת הטמפרטורה eutectoid.
• אלמנטים מכווצים בדרך כלל להאט את דיפוזיה, שינוי עקומות TTT לזמנים ארוכים יותר, מה שהופך אותו קל יותר ליצור מרטינטט (כלומר, הם מגבירים את הקשיות).

הבנת שינויים אלה היא חיונית לבחירת טמפרטורות טיפול חום.לדוגמה, פלדה סטנדרטית 4340 (Ni-Cr-Mo) דורשת טמפרטורות גבוהות יותר (840–870 מעלות צלזיוס) מאשר 1045 (780–820 ° C).

יישומי טיפול בשרירים

אנליינג

אנליינג כרוך חימום לטווח האנתנטי (או מעל A1) וקירור לאט (הקררת הגומי) זה מרכך את הפלדה, מקל על לחצים פנימיים, ומייצר מיקרון פניניט משותף.מלא annealing (above A3) מתקן את מבנה הדגנים; spheroidize annealing (רק מתחת A1) טפסים מטבוליט מלכותי עבור יכולת מקסימלית.

נורמליזציה

הפחתת דלקת הלחמה והקירור האוויר מייצר מיקרון פניני אחיד, עדין, נורמליזציה משפרת את ההומוגניות ואת המאפיינים המכניים בהשוואה לתנאי כרומים או מסיקים.זה משמש לעתים קרובות כטיפול מקדים להקשות.

תזמון ופיתוי

קונצ'ינג (קירור רפיד במים, שמן או אוויר) מ austenite מייצרת מרטינטט.הפלדה המתקבלת היא קשה מאוד אבל מתפתלת וחוץ. טמפינג כרוך בהתחממות לטמפרטורה מתחת ל- A1 (בדרך כלל 150-650 מעלות צלזיוס) כדי לאפשר למשקעים פחמן כמו carbides קנס, צמצום קשיחות והגדלת קשיחות.

טיפול חום אחר

Austempering (הכניסה באמבטיה בטמפרטורת היווצרות ביניט) מניבה מיקרו-מבנה ביניסטי עם קשיחות מעולה. Martempering (הכניסה רק מעל גבה, ולאחר מכן קירור איטי) מפחיתה עיוות וסדקים בהשוואה לקידוד ישיר. Both התהליכים מנצלים את הקינטיקה של הטרנספורמציה תלויה בטמפרטורה.

מסקנה

וריאציות טמפרטורה ישירות למשול יציבות בשלב בסגסוגת ברזל פחמן.על ידי הבנת הדיאגרמה שלב ונופי טרנספורמציה קינטיקה, מהנדסים יכולים לעצב מחזורי טיפול חום המייצרים מיקרו מבנים המותאמים לחוזק מסוים, קשיחות, דרישות קשיחות. בין אם להשיג פנינים דקים עבור פלדה, מרטן עבור כלים חיתוך, או ביניט עבור הילוכים, בקרה מדויקת של מתחמי חימום וקירור הוא המפתח להמשיך מחקר מתקדם לתוך תהליכים מתקדמים (HC) עם סגסוגת מתקדמת (HR) ו-HRic) עם מותאמים לתהליכי פלדה (HC ממשיכה עם מותאמים לתהליכי פלדה מתקדמת (HR) ו-HR) ו-HRicing תהליכים מתקדמים (HRicing סגסוגת TMR) ו-HR) ו-HR.

(FLT:0) לקבלת הפניות סמכותיות, ASM Handbook Volume 4: Heat Treating ואת כניסת הדיאגרמה שלב Iron-Carbon על ויקיפדיה לספק פרטים מקיפים.בנוסף, מסד הנתונים של MatWeb מציע נתונים מכניים של נכסים עבור פלדות שונות לטיפול בחום.