ה-Thermodynamic Drivers of Steel Micro Structure

פלדה נותרה החומר המבני הנפוץ ביותר בהנדסה מודרנית, והתכונות המכאניות שלה נקבעות בעיקר על ידי סידור של פחמן ואטומי ברזל במיקרו-אזור. בין המרכיבים המיקרו-מבנהיים העיקריים, מלטיט (Fe3C) ופניניט (תערובת של lamellar של fer ומלטite) הם מרכזיים בביצוע של פחמן רבים ושפל הבנה.

השינוי מגידולים בטמפרטורה גבוהה נוטה מלטיט ופניניט על הקירור אינו רק תוצאה של שינוי טמפרטורה; זה בעקבות הכתיבים של מפרש אנרגיה חינם גיבס. על ידי ניתוח enthalpy, entropy, ואת השלב שיווי משקל המתואר בשלב ברזל-פחמן, מהנדסים יכולים לחזות אילו מבנים מיקרו-מבנה יהיו תחת תנאי קירור וסגסוגת.

שלב הברזל-Carbon Diagram and Key Phases

ניתוח תרמודינמי מלא מתחיל עם תרשים שלב הברזל-פחמן (Fe-C) של התרשים מראה את השלבים היציבים כפונקציות של טמפרטורה ותוכן פחמן.עבור פלדות (בדרך כלל 0.008–2.11 wt% C), השלבים החשובים הם:

  • (FLT:0)Austenite ( ⁇ -Fe): veF1) פתרון מוצק של פחמן בברזל, יציב מעל -72 ° C עבור יצירות eutectoid.
  • <חזק>Ferrite (α-Fe): a body-centered Interface (BCC) פתרון מוצק עם שפע של פחמן נמוך מאוד (<0.02 wt% בטמפרטורת החדר).
  • (FLT:0)Cementite (Fe3C): מתחם בין-מטאלי עם סטויצ'ימטריה קבועה (-6.67 wt% C), קשה וגלוי.

פרליט אינו שלב ייחודי אלא מיקרו-קונסטטור - אוסף של ferrite ו מלטיט שצורות כאשר austenite של הרכב eutectoid (0.76 wt% C) הוא קריר לאט דרך הטמפרטורה האקטקטית (72 ° C) הדיאגרמה שלב מספק את גבולות האיזון; עם זאת, שינויים אמיתיים רק לעתים רחוקות להשיג איזון מושלם עקב מגבלות.

Thermodynamic Foundations of Phaseטרנספורמציות

גיבס אנרגיה חופשית וכוח הנהיגה לטרנספורמציה

(ב) כל שינוי בתכליתי רק אם האנרגיה החופשית של המערכת יורדת, כי הטמפרטורה נתונה (FLT:0)TFLT:1 ולחצים של גיב:2PigFLT 3:2PearFLT 3:, האנרגיה החינמית של שלב היא LT:4G=H-TSFLT:5, שבו הוא LT7 LT7 LT) ללא שינוי (Fate) ו-TLT) הוא ללא שינוי (אנ')

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אם ⁇ GearFLT:1 הוא שלילי, הטרנספורמציה היא חיובית יחסית. בטמפרטורות מעל eutectoid, austenite יש אנרגיה חופשית נמוכה יותר מאשר תערובת הפרוט-cementite. כמו המערכת קריר מתחת לטמפרטורה eutectoid, האנרגיה החינמית של שילוב הפרוט-סיבית הופכת נמוכה יותר, מתן הכוח המניעה להיווצרות פנינית.

גודלו של ה-FLT:0 ⁇ GFLT:1 קובע את מידת ההפחתה (העליונות) הנדרשת לניקיון.הגדולה יותר הערך השלילי, כך גדול יותר כוח הנהיגה לניקיון וצמיחה.מערכת יחסים זו היא מרכזית בשליטה על ספיגה מזחלת וקצב טרנספורמציה כללי.

תרומה אנתפירית ו- Entropy

(ב) שינוי ההלכתי (FLT:0) ⁇ HFreaLT:1) משקף את ההבדל בין המוצר לבין שלבים מגיבים.עבור טרנספורמציה ⁇ + ⁇ ⁇ , שינוי ההלכתי הוא exthermic; חום הוא שוחרר כמו מערכת יחסים חזקה יותר P-C במלטite יציב יותר ויציבות BCC ferttrop:2S 3Fite, כלומר, תצורה גבוהה יותר של LT5 ⁇ Fercreto-pite, כך, כלומר, כלומר, לעומת זאת, LT2Ferterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterterte, אם כך, הוא גבוה יותר, הוא ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תצורת Cementite: Nucleation and growth

Cementite (Fe3C) הוא שלב metastable -graphite הוא השלב האמיתי פחמן עשיר במערכת Fe-C, אבל היווצרותו הוא מעכב קינטית בפלדות.thermoדינמיתally, צורות מלטיט כי האנרגיה החינמית שלה נמוכה יותר מאשר זה של ferrite בתוספת גרפן בתנאים קירור פלדה טיפוסי.הטרנספורמציה מ atenite למלטite כרוכה פחמן דיפרפי ופרק לאחור של אטומים של חום או גבישי.

טיהור מלטיט מתרחש באופן מועדף בגבולות דגנים אאורנטיים, שבו מחסום האנרגיה החופשי (אנרגיה של ייצור עבור nucleation) הוא הקטן ביותר.הרדיוס הקריטי FLT:0r*FLT:1 עבור גרעין יציב ניתן על ידי:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1966]]]]]], [[1924]]]]]]]] ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

המונחים: The Eutectoid Transformation

פרליט הוא המיקרוקונקט הנפוץ ביותר של אלקטרוקואיד בפלדות פחמן קרירות לאט.It מורכב משינוי של lamellae של ferrite (α) ומלטיט ( ⁇ ) הכוח המניע התרמודדינמי עבור היווצרות פניניט נגזר הפרש אנרגיה חינם ייצור בין austenite של הרכב eutectoid ואת תערובת של fer + מלטite. at פשוט מתחת 72Ctraa, נהיגה כוח קטן, 000 הוא מוביל ללח).

צמיחת פנינייט היא תהליך שיתופי. Cementite לוחיות ראשון מתבודדות בגבולות גרגר הרחם, ופריט אז טפסים ליד לוחיות מלטיט כי ריכוז הפחמן המקומי מופחת.השניים גדלים יחד לתוך האנוסטנטי, שמירה על חזית בערך פלאאר.הדיפוזה של פחמן בתוך אטמוסטה לפני ההתקדמות של שליטה חזית פנינית הקדמית הקדמית את הצמיחה המאוזנת, כאשר קצב האנרגמית מתרחש.

(ה) תאוריה של זנר לצמיחת פניניט מתייחסת ל"התח"ל:0SentiFLT 1 ל-"ד" (בתרגום חופשי:2)

(ב) ויקרא י"ד:2 (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

דיאטות התרמודינמיקה והמודלים החופשיים של ה-Energy

מידע קלורימטרי ומתודולוגיה Calphad

(הניתוח התרמודדינמי של שינויי פלדה מבוסס על קלוריות ניסיוניות ותרמודינמיקה חישובית (Calphad) enthalpy של היווצרות מלטיט נמדד באמצעות קטוסטר סריקה סרוטרית סריקה שונה (DSC) לדוגמה, FLT:0HFLT:1fLT:2LTFancy 3 עבור סוללת P3 / C2i) עבור מדידות הבטאוגנית (D) הוא בערך גרף / ⁇ ⁇ (R) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

באמצעות נתונים אלה, מסדי נתונים תרמודינמיים כגון TCFE (הארמו-Calc) או SGTE מאפשרים חישוב של התחייבויות שלב וכוחות נהיגה עבור כל הרכב פלדה.מודל אנרגיה חינם עבור מערכת Fe-C כולל תרומות:

  • (ב) ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,4, מתוך אינטראקציה בלתי-אידאלית בין פחמן וברזל.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מודלים אלה מאפשרים חיזוי של הרכב eutectoid וטמפרטורה, כמו גם את וריאציות של כוח הנהיגה עם תוכן פחמן ותוספות סגסוגת.

המונחים: Pearlite Formation

חישוב מעשי של α + ⁇ כרוך שילוב אנרגיות חינם של כל שלב. עבור פלדה עם 0.76 wt% C ב 700 ° C (2 ° C מתחת לתחתקול), ההבדל באנרגיה חופשית הוא בדרך כלל על סדר של -100 J / m. זה ערך קטן מסביר מדוע קצב פניני הוא איטי ב -700 מעלות צלזיוס (2 ° C (2 ° C מתחת לטמפרטורה נמוכה, 650 / פחות עם כוח ליניארית, בערך.

מהנדסים משתמשים לעתים קרובות בביטוי:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שם (FLT:0) ⁇ SigFLT:1;203FLT 3:203FLT 3:2 הוא השינוי הטרופי בטמפרטורה eutectoid ( ⁇ -8.4 J/molK עבור פלדות טיפוסיות) זה נספח ליניארי מחזיק תחת פיקוח מתון ומאפשר estimation מהירה של כוחות נהיגה ללא חישובים מלאים תרמודינמיקה.

תוצאות של Alloying Elements על Thermodynamics

רוב הפלדה המסחריות מכילות אלמנטים של ⁇ כגון Manganese, סיליקון, chromium, ניקל, ו molybdenum. אלמנטים אלה לשנות את האנרגיות החופשיות של אוסטנטי, ferrite, מלטיט, ובכך לשנות את ההרכב האלקטרוני ואת הטמפרטורה.

  • (ב) [13] ,0) מנבאת את האטמוספירה, מורידה את הטמפרטורה האקטונקטואידית ולהגדיל את תכולת הפחמן של האקטוקטואיד.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)ChromiumofLT:1) יוצר יותר מטענים יציבים (למשל, M23C6, M7C3) ויכול להחליף חלקית עבור ברזל מלטיט, צמצום היציבות התרמודינמית שלה.
  • (FLT:0)Nickeligph:1 מרחיב את שדה שלב אוסטנטי ומפחית את הטמפרטורה האקטואידית, בדומה למניגאניות, אך עם השפעה חלשה יותר.

השינוי בכוח הנהיגה להיווצרות פניניט בשל ⁇ ניתן לחשב באמצעות מסדי נתונים תרמודינמיים.לדוגמה, הוספת 1 wt% Mn מפחיתה את כוח הנהיגה עבור ⁇ mα+ ⁇ על ידי כ 10-15 J / mol כי Mn מחיצות כדי austenite, הגדלת היציבות שלה. זה בתרמודינמיקה דורש פרמטרים טיפול חום מותאם להשגת המיקרו הרצוי.

Kinetics Versus Thermodynamics: Why Not All Possible Phases

בעוד תרמודינמיקה קובעת את שלב שיווי המשקל, המיקרו-מבנה בפועל מורכב לעתים קרובות של שלבים מטבוליים או תערובת. במערכת Fe-C, השלב היציב פחמן עשיר הוא גרפיט, לא מלטיט. אבל צורות מלטיט כי האנרגיה ההפעלה עבור קצבה גרפיט הוא גבוה משמעותית.הרודינמיקה מראה כי מלטיט יש אנרגיה גבוהה יותר מאשר תערובת של גרף וגרף סטטי, אך הוא חומרת חומרת, לעומת זאת, הוא חומרת מתכתי, הוא גבוה יותר, אך הוא מסוגל למטבוליזם מרכזי, אך ורקדנציה מרכזית, אך ורקדנציה, אך ורקדנציה מרכזית, אך ורקדנציה, הוא חומרת, אך ורקדנציה, הוא חומרת, הוא חומרת, הוא גבוה יותר, לעומת זאת, הוא חומר ניקוי, הוא חומרת, לעומת זאת, הוא חומרת, לעומת זאת, הוא גבוה יותר, עם זאת, עם זאת, הוא חומר ניקוי מגנטית, הוא גבוה יותר.

(ב) בפלדות פחמן גבוהות, ניתן לעקוף את היווצרות הפניניט באמצעות קירור מהיר לייצר חישובים מרטן - טרנספורמציה ללא דיפוזיה המונעת על ידי כוח מניע כימי גדול, אך מחוספס על ידי חוסר יכולת של פחמן לטבול.

השלכות מעשיות לעיבוד פלדה

שליטה פרליט מורפיולוגיה באמצעות Cooling Rate

בפלדה מתגלגלת וטיפול חום, שיעור הקירור קובע את החסימה ובכך את הכוח המניע להיווצרות פניניט. קירור איטי (למשל, קירור פרונסי) מייצר פניניט קורקטה עם דיקטטורה גבוהה אבל כוח נמוך יותר. Faster קירור (למשל, קירור אוויר או אוויר מאולץ) מניב פניניט דק יותר, עלייה קשה ועוצמה רבת.

לדוגמה, בייצור פלדה (בדרך כלל 0.7-0.8 wt% C), קירור מבוקר כדי ליצור פניניט עדין (sorbite) משפר את ההתנגדות ללבוש ולהפחית את הצורך בטיפול חום מאוחר.התרמודינמיקה משולבת עם סימולציות חום סופיות-העברה חום מאפשר חיזוי של ספיגה פנינית על פני השטח של הרכבת.

עיצוב Alloy עבור Hardenability

כאשר היווצרות פנינייט היא בלתי רצויה (למשל, רכיבים הדורשים קשיחות גבוהה לאחר quenching), אלמנטים סגסוגת משמשים כדי לעכב את הטרנספורמציה ⁇ + ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ â ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Manganese, chromium, ו molybdenum הם תוספות נפוצות למטרה זו.אפקט תרמודינמי על אנרגיה חופשית משולב עם נתונים דיפרנציאליים במודלים קינטיים כדי לחזות שיעורי קירור קריטיים עבור קשיחות מלאה.

אופטימיזציה של טיפול אנליז ו- Spheroidization

עבור פלדה כלי פחמן גבוה, מלט מלט רביר פניניט הוא לעתים קרובות spheroid על ידי חימום ממושך רק מתחת לטמפרטורה eutectoid. כוח הנהיגה עבור spheroidization מגיע מן ההפחתה באנרגיה בין-גזעית: חלקיקים spherical מלטite יש פחות שטח פני השטח מאשר lamellae.הניתוח האנרגמי של מערכת מורפיום מצביע על כך מלטיט sobility in fracttic תהליך עם התרחבות, כלומר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, אם הוא שטח חזק יותר מאשר אזור פנינה.

נושאים מתקדמים: First-Principles Calculations ו-High- Throughput Screening

חומרים חישוביים מודרניים מדע אפשרה את החיזוי של תכונות תרמודינמיות של מלטיט ופנינייט מן העקרונות הראשונים (תאוריה פונקציונלית של density, DFT) חישובים DFT יכול לקבוע את היווצרות enthalpy, רובולוס, ואפילו את אנטרופיה רטט רטט של מלטיט עם דיוק סביר מבלי להסתמך על נתונים ניסיוניים.

(קישור ראשון: 0) , ◄ מחקר ראשוני של תרמודינמיקה מלטית - Acta MaterialiaFLT:1]

בדיקות מהירות, בשילוב עם שיטות קלפאד, מאפשר לחוקרים למקם כוחות נהיגה עבור היווצרות פניניט על פני מגוון רחב של יצירות וטמפרטורות. גישה זו מאיצה את התגלית של ציוני פלדה חדשים עם מיקרו מבנים אופטימיזציה עבור יישומים תובעניים כגון פלדה גיליון רכב, פלדה צינורות, וכלי.

מסקנה

היווצרות מלטיט ופניניט בפלדות נשלטת על ידי עקרונות תרמודינמיקה יסודיים המבטאים את הנטייה של המערכת להוריד את האנרגיה החינמית של גיבס שלה. על ידי לכמת ההבדלים בין אוסטנטי לבין תערובת הפרוטקטית-הציפל באמצעות enthalpy ו entropy של תרומות, מתכתלוורגיסטים יכולים לחזות שלב, לצמצום, וטמפרטורות ברזל.

אלמנטים משניים משנים נופים תרמודינמיים, המאפשרים התאמה מכוונת של הנקודה האקטואידית והטרנספורמציה קינטיקה.תהליכים מעשיים לטיפול בחום - סנקציות, מודרניזציה, ריצוף, ומזג - תוך מינוף תובנות תרמודינמיקה אלה כדי להתאים מיקרו מבנים פלדה עבור תכונות מכניות ספציפיות.תעורר כלים חישוביים חישוביים, ממאגרי מידע חישובים קלים ראשוניים, להמשיך להעמיק את התובנות המשתנים שלנו כדי להציע מסלולים מתקדמים.

(ב) לקריאה נוספת על תרמודינמיקה שלבית, ההתייחסות הסמכותית (FLT:0Phaseטרנספורמציות במתכת ו- Alloyssph 1 (Porter, Sorling, and Sherif) ומקורות מקוונים כגון FLT:2 Thermo-Cafil Software SiteFLT 3: and FLT:4NIST Dynamicsal thermocioFal, ו-Ral: 7.