עיצוב ⁇ פלדה עם microstructures נשלט בדיוק הוא הבסיס של הנדסה חומרים מודרניים.היכולת להתאים תכונות מכניות כגון כוח, קשיחות, קשיחות, ו ductility תלוי הבנה עמוקה של איך פלדה משתנה במהלך קירור וטיפול חום. בלב של זה אדמנית מעשית הוא את דיאגרמת ברזל, שלב כי המפות שלב המאזן הנוכחי בטמפרטורות שונות ומבני פחמן על ידי פרשנות ומדליקומים אלה יכולים להרחיב את ה ⁇ חומרים מתכתיים.

שלב הברזל-Carbon Diagram: A Foundational Tool

תרשים שלב הברזל-פחמן (Fe-C) הוא אבן הפינה של מתכת גופנית.זה מראה את השלבים היציבים כי coexist בסגסוגת ברזל פחמן תחת תנאי איזון כתפקוד של טמפרטורה ותוכן פחמן. בעוד עיבוד בעולם האמיתי לעתים קרובות deviates ממאזן, הדיאגרמה מספקת קו בסיס להבנת שינויים ומדריכי טיפול חום.

שלב במערכת

ארבעה שלבים עיקריים מופיעים במערכת ברזל-פחמן:

  • (FLT:0)Ferrite (α-iron): ההרחבה 1 (שלב מעוקב ממוקד גוף (BCC) עם שפע של פחמן נמוך מאוד (מקסימום -0.02% ב 72 ° C). פריטה היא רכת ודקטיבית, עם כוח מתון.
  • (FLT:0)Austenite ( ⁇ -iron): ⁇ FLT:1) שלב מעוקב ממוקד פנים (FCC) שיכול להתמוסס עד 2.14 פחמן וואט% ב- 114 ° C. Austenite הוא לא מגנטי וקשה, וזה השלב של ההורה עבור רוב הטיפולים בחום.
  • (FLT:0Cementite (Fe3C): אינטגרל 1 (תרכובת בין-מטאלילית עם מבנה גבישי אורתורומומבי ו בדיוק 6.67 פחמן וואט%.זה קשה מאוד ושברירי, לתרום כוח ולבוש התנגדות כאשר מופץ כמו lamellae או חלקיקים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ברזל, קיים מעל טמפרטורת הנוזל.

Graphite יכול גם ליצור ברזלי יצוקה (פחמן >2%), אבל בפלדה הפחמימות היציבה הוא מלטיט; הדיאגרמת P-Fe3C metastable משמשת למטרות הנדסיות כי מלטיט טפסים מהר יותר מאשר גרפיט בשינויים של מדינת מוצק.

טמפרטורות וטמפרטורות קריטיות

כמה נקודות השחלות על התרבמה הן חיוניות להבנת טרנספורמציה פלדה:

  • (FLT:0) נקודה אלקטרו-אידית: 1FLT:1 ב 0.76 ואט% פחמן ו 72 ° C. Upon איטי קירור, austenite של ההרכב הזה מתווה תערובת של fer ו מלטיט הנקרא פניניט.זה התגובה החשובה ביותר לטיפול חום של פלדות.
  • (FLT:0) נקודה גלקטית: 1FLT:1 בשעה 4.3 וואט% פחמן ו- 1147°C. נוזל מוצקה לתערובת של אוסטנטית מלטיט (ledeburite) נקודה זו רלוונטית עבור ברזלי יצוקה, לא פלדה טיפוסית.
  • (FLT:0) נקודה פורקטיבית: 1 בשעה 0106 פחמן ו 1495 מעלות צלזיוס בטמפרטורה זו, נוזל ודאטה-פריט מגיבים ליצירת אוסטן.
  • (FLT:0 ,Solvusקווים: FLT:1 α /(α+ ⁇ ) ו ⁇ /( ⁇ +α) גבולות מגדירים את הגבלת הסוללות התלת לטמפרטורה עבור פחמן בפרוטקט ואוסטנטי.

הבנת אזורי השלב

הדיאגרמה מתחלקת לאזורים שבהם אחד או שניים הם יציבים.עבור פלדות היפותקטאיד (פחמן <0.76%), האזור מתחת לטמפרטורה A1 (72 ° C) הוא תערובת של ferrite ו מלטיט (pearlite), עם פרוקטאידית ⁇ נוטה להרכיב תחילה על קירור איטי.

התפתחות מיקרו-מבנה במהלך קירור

הדרך ⁇ פלדה לוקח מטיפול חם או חום באמצעות קירור קובע המיקרו-מבנה הסופי שלו.על ידי שליטה בקצב הקירור, אנו יכולים לנווט את השינוי הרחק מעודף משקל כדי לייצר שלבים שונים ומורמולוגיות.הדיאגרמת ברזל-פחמנית מציינת אילו שלבים אפשריים, אבל הקינטיים של טרנספורמציה - מכוסים בזמן-זמן-שינוי (TT) וטרנספורמציה רציפה (T) ושיפוץ מתמשך (CC) - מהצורות למעשה.

Hypoeutectoid Steels (Ferrite + Pearlite)

פלדה עם פחות מ - 0.76% פחמן, כגון 1018 (0.18% C) או 1045 (0.45% C), הם hypoeutectoid. במהלך קירור איטי מאזור austenite, proeutectoid ferrite tnucleates ב austenite גרגר גבולות גדל עד הטמפרטורה מגיע 72 ° C. בנקודה זו, alusite (כיום tectoid) הופך את רוחב הרחם (תוספת רוחב).

אוקטקאיד פלדה (Pearlite)

פלדה פחמן 0.76%, כגון 1080, הוא eutectoid מלא.כאשר קריר לאט מן austenite, זה הופך לחלוטין פניניט ב 72 ° C. פרליט מורכב משינוי lamellae של fer ו מלטיט; החיתוך הבין-lamellar תלוי קצב הקירור - קירור מהיר נותן ספיגה דק, אשר מגביר את העוצמה ואת הכוח (אולם מתכתי זה הוא רגיל).

Hypereutectoid Steels (Pearlite + Cementite)

פלדה עם תוכן פחמן מעל 0.76%, כגון 1095 (0.95% C), הם hypereutectoid.on איטי קירור מן austenite, proeutectoid מלטite precipitate לגבולות דגנים כמו צלחות או רשתות. at 727°C, austenite הנותרים הופך פניניט.

לא-Equilibrium Cooling: Martensite ו Bainite

כאשר קירור הוא מהיר מדי עבור אטומי פחמן כדי diffuse, austenite הופך ל- Martensite דיאגרמה בשלב מרוכז גוף tetragonal (BCT) פתרון מוצק של פחמן בברזל.זה דיפוזיה, ה-hear-type הופך מתרחש ב-FLT:0MsFLT:1 (התחלות גבוהה) אשר יורד עם תוכן מוגבר, אך אינו דורש איזון קצר, אך אינו מכיל לחץ דם חזק מאוד, אך אינו כולל לחץ דם בינוני, אך הוא דורש רק מכווץ, אך הוא דורש מכווץ, אך הוא דורש מכווץ, אך אינו מכווץ, אך ורק מכווץ, אך אינו מכווץ, אך הוא דורש מכווץ, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, אך הוא דורש מכווץ, אך הוא דורש מכווץ, אך ורק מכווץ, אך הוא דורש מכווץ, אך הוא דורש מכווץ, אך ורק מטבולי, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, הוא דורש לחץ דם בינוני, אך ורק מטבולי, אך הוא דורש מכווץ, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, אך ורק מכווץ, אך

טיפול פסיכולוגי Fundamentals

טיפול חום הוא חימום מבוקר וקירור פלדה לשנות את המיקרו-מבנה והנכסים שלו.האגרמת ברזל-פחמן מנחה את בחירת הטמפרטורות לכל שלב.כל טיפול חום מתחיל עם FLT:0austenitizing FLT:1 - חימום הפלדה לתוך שלב אוסטרנטי (בדרך כלל 30-50 מעלות צלזיוס מעל A3 או קו סנטימטר, בהתאם לתוכן פחמן) כדי לפזר את המבנה ההומוגני.

המונחים: Martensite Formation

קונצ'ינג כרוך קירור מהיר מאזורי הטרנספורמציה של פנינים ולהגיע לרמה בינונית כגון מים, שמן או פתרון פולימרי.המטרה היא לעקוף את אזורי הטרנספורמציה פניניט והבסטיה ולעבור למרטן.הקצב הקירור חייב לעלות על שיעור הקירור הקריטי של אותו פלדה.תוכן פחמן משפיע מאוד על קשיחות - פחמן גבוה יותר נמוך יותר והופך את מרטן קשה יותר, אבל גם נוטה יותר לפצחיקפיפות ברזל כדי לקבוע את התוכן המקסימלית (לכן פחמן).

ניסיון עבור Toughness

כמו-quenched martensite הוא גם מתפתל עבור רוב היישומים. טמפינג מחממת את פלדה לטמפרטורה מתחת לקו A1 (בדרך כלל 150-650 ° C) והוא מחזיק אותו כדי לאפשר פחמן להחרים כמו carbides בסדר, וכדי להקל על מתחים שאריות.אגרמת ברזל פחמן מעידה על הגבלת הטמפרטורה העליונה (A1) כדי למנוע רטיבית מחדש.

אנליזות ונורמליזציה

אנלילינג כרוך בפלדה חימום לאזור austenite (או רק מעל A1 עבור נשימה מלאה) ואחריו קירור איטי (למשל, קירור פרווה) זה מייצר מבנה פניניט קורקזה עבור רכות מקסימלית ומיומנות.נרמל חום פלדה ל- 50 מעלות צלזיוס מעל A3 (או ACM) ולאחר מכן אוויר-cool, וכתוצאה מכך כוח דק עם שלב גבוה יותר של ברזל.

מתנגן כעת: Austempering and Martempering

Austempering הוא טיפול חום דו-צדדי שבו פלדה מוקצה לטמפרטורה בין גבה לבין ה- bainite להתחיל טמפרטורה (B), שנערך עד שטרנספורמציה לבניט הושלמה, ולאחר מכן אוויר-קוע.המיקרו-מבנה הבזיליקה וכתוצאה מכך מציע קשיחות גבוהה עם דיאגרמת תוספת פחות מאשר ריצוף קונבנציונלי (מכוס) כרוך queing) להפחתה רק מעל, שווה כדי לטמפרטורה נמוכה יותר, לאחר מכן, לאחר מכן עם לחץ דם נמוך יותר מטווח עם לחץ דם נמוך יותר עם לחץ על פני הטמפרטורות תרמי.

עיצוב Alloy Micro Structures for Specific Applications

על ידי שילוב הידע של דיאגרמת ברזל פחמן עם טיפול חום מבוקר, מהנדסים יכולים לעצב פלדה עם מיקרו-מבנה מותאם לדרישות ביצועים ספציפיות.

פלדה גבוהה-Strength Steels

עבור רכיבים מבניים הדורשים יחס גבוה במשקל, פלדה עם תוכן פחמן סביב 0.3-0.5% הם מכווצים וממוסמכים לייצר מנטה ממוזג.הפיזור העדין של carbides במריצה מפרטקס מספק נקודות תשואה מעל 1000 MPa. Alloying אלמנטים כמו chromium, mobdenum, ו- ניקל משמר את עקומות TTT, הגדלת יכולת קשה ורמת דיוק של טמפרטורות פחמן-פחמן (בייט) במקום טמפרטורות פחמן-מעיטות.

חביתות -Resistant Steels

פלדה כלי ולוחיות ללבוש לעתים קרובות יש תוכן פחמן מ 0.8% עד 1.2% (hypereutectoid או ליד-eutectoid) טיפול חום כולל quenching מלא מרטן ואחריו מזג אוויר נמוך כדי לשמור על קשיחות גבוהה.נוכחות של הסתברות של carbids aliectoid בלחצבים hypereutectoid מוסיף התנגדות. עבור abra קיצונית, הוביל כלי ברזל כגון ⁇ ds.

פלדה דונטילית להפקה

מרכיבים מלוטשים או מבולטים דורשים פלדה פחמן נמוך (<5%) עם דיוק גבוה.Annaling מייצרת גרגרי קוהרזה מפרט עם כמה חלקיקים מלטיטים מפוצצים (spheroidize annealing), אשר מצמצם את העבודה קשה במהלך היווצרות.אגרמת ברזל פחמן עוזר לבחור את הטמפרטורה של אנמנלינג (רק מעל A1 עבור spheroidization) להשיג את המיקרו-קוליום הרצוי עבור יישומים מופחתים.

מגבלות ותוספות של ה- Iron-Carbon Diagram

בעוד דיאגרמת ברזל פחמן היא כלי הוראה חיוני והפנייה, היא מניחה תנאי איזון - מאוד איטי קירור המאפשר דיפוזיה מלאה. בפועל, רוב הטיפולים החום התעשייתי להתרחש בתנאים שאינם אקוויליבריום, המוביל לשלבים ומיקרו-אורגניזמים שאינם מוצגים בתרשים הבסיסי.בנוסף, רוב פלדות ההנדסה מכילות אלמנטים מסגסוגת שמשנים את השלבים והאקטיקות.

השפעות נוספות של יסודות

אלמנטים כגון Manganese, סיליקון, chromium, ניקל, molybdenum, ו vanadium לשנות את הטמפרטורה ואת ההרכב eutectoid. לדוגמה, chromium מגביר את הטמפרטורה A1 ומזיז את ההרכב eutectoid כדי להפחית את התוכן פחמן ספציפי. Manganese, בניגוד, מדכא את הטמפרטורה A1.

שלב אבחון לא-Equilibrium Phase Diagrams

לתכנון מיקרו-מבנה מבוקר בתנאים קירור אמיתיים, מטלורגיסטים מסתמכים על דיאגרמות זמן-זמן-זמן-שינוי (TTT) וטרנספורמציה רציפה של קירור (CCT) דיאגרמות אלה מעלים את הגבולות של השלב מהאגרמת ברזל-פחמן עם קינטקים של מעברים עבור פנינייט, ביניט, ומרדט.לדוגמה, קצב קירור מהיר שמעכב את "ה" של האזור הארקטי, הם לאט יותר, בעוד שמקובלים, בעודם, הם משתמשים בדרגה Cects, בעודם של אמצעי קירור.

מסקנה

דיאגרמת שלב הברזל-פחמן היא התייחסות הכרחית לכל מבולורגיסט או מהנדס חומרים המעורבים בעיצוב ⁇ פלדה עם מיקרו-מבנה מבוקר.זה מספק מפת הדרכים של שלבים שיכולים להיווצר בתוכן פחמן נתון וטמפרטורה, ויצר את הבסיס למבחר תהליך חום תהליך איסוף.על ידי שילוב הידע הזה עם הבנה של קינטיקה והשפעה של אלמנטים ⁇ , מהנדסים יכולים להתאים במדויק את המיקרו-ולכן של תכונות מכניות עבור פיתוח CADD (לפני ירידה של סוללות) על ידי ירידה של פיתוח מוקדם יותר מאשר פיתוח של מודלים מכנית של תאים מכניים של מודלים מכניים של CD.

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