שינוי שלב הטמפרטורות תלויות ברזל-פחמן כלולים ליישומים תעשייתיים

הקדמה: Iron-Carbon Alloys

⁇ ברזל פחמן, הידוע בדרך כלל כמו פלדה, ליצור את עמוד השדרה של הציוויליזציה התעשייתית המודרנית.משחקים וגשרים לרכיבי רכב וכלי חיתוך, חומרים אלה הם הכרחיים בגלל האיזון יוצא דופן שלהם של כוח, דיקטטוריות, וחסכוניות.המאפיין המגדיר של ⁇ אלה הוא נוכחות פחמן, בדרך כלל החל מ 0.02% עד 2.14% על ידי משקל.

הבנת השינויים בשלב תלוי הטמפרטורה בסגסוגת ברזל פחמן קריטי עבור מהנדסים ומתכתלורגיסטים.היכולת לשלוט בשינויים אלה באמצעות טיפול חום מאפשרת ייצור של חומרים עם תכונות מותאמות עבור יישומים ספציפיים.לדוגמה, אותו סגסוגת ניתן לעשות קשה מאוד ושברירי עבור כלי חיתוך או רך ורקוד עבור לוח רכב מרוקן עמוק, רק על ידי מניפולציה ההיסטוריה התרמית זה, לחקור את המנגנונים של שלב קריטי, על מנגנונים בקרה מדויקת ואפקטיביים על מנגנונים בקרה, על מנגנונים מעשיים, על מנגנונים בקרה מדויקים, על מנגנונים בקרה, על מנגנונים מעשיים.

חשיבות היסטורית וחשיבות

השימוש המכוון של חום לשנות תכונות מתכת מתוארך אלפי שנים, אבל ההבנה המדעית של שינויים שלב ברזל פחמן הופיעו בסוף המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20. פיונירים כמו סר ויליאם צ'נדלר רוברטס-אוסטן, שלאחריו השלב האנוסטנטי נקרא, ו אדולף מרטן, שאפיינו את השלב הקשה הנושא את שמו, הניחו את הקרקעות עבור מתכת גופנית מודרנית שלהם, בשילוב עם התפתחות אנרגיה עמוקה, אשר סיפקה כיום, טיפול תרופתי, הדורשת, כמו טיפול תרופתי, אשר סיפק טיפול תרופתי, אשר שימשה, כמו גם כיום, הדורש טיפול תרופתי, כמו גם הוא טיפול תרופתי, הדורש טיפול תרופתי, הדורש טיפול תרופתי, אשר מספק טיפול תרופתי, אשר שימש כטיפול מעודן, אשר היווה, הדורש, אשר היווה כיום, אשר דורש, אשר דורשני, אשר היווה טיפול תרופתי, אשר היווה טיפול תרופתי, אשר היווה טיפול תרופתי, אשר היווה טיפול תרופתי, אשר היווה טיפול תרופתי, אשר דורש, אשר מספק טיפול תרופתי, אשר שימש כיום, אשר היווה טיפול תרופתי, אשר דורש, אשר דורש, אשר דורש, אשר מהווה כיום, אשר מהווה כיום, אשר היווה טיפול תרופתי, אשר מהווה טיפול תרופתי, אשר מהווה טיפול תרופתי, אשר מהווה טיפול תרופתי, אשר דורש טיפול תרופתי, אשר תוכנן כיום,

המונחים: Carbon Content Classification

בהתבסס על אחוז פחמן, ⁇ פחמן ברזל מסווגות באופן רחב לשלוש קטגוריות:

• (ב) ⁇ 0 (Low-carbon Steels (עד 0.3% CIR): רך, דוקטריל, וניתן ליצור בקלות את השימוש בדבורים מבניות, לוחות גוף רכב, צינורות.
• (FLT:0) פלדות פחמן (0.3%–0.6% C): כוח עליון 1 עם טיהור מתון.
• (FLT:0) פלדה פחמן גבוהה (0.6% -2.14% CIR): קשה גבוהה 1:1 ללבוש התנגדות אבל מופחת קשיחות לשימוש עבור כלי חיתוך, מת ומעיין.

Alloys עם פחמן מעל 2.14% מסווגים כמו ברזלי יצוקה, המכיל מבנה אקוקטי ומציגים התנהגות מעצמה שונה. מאמר זה מתמקד בטווח הפלדה, שבו שינויים במצב מוצק הם רלוונטיים ביותר.

טרנספורמציות שלב בסיסיות

ככל ששינויים בטמפרטורה, ⁇ פחמן ברזל עוברים מספר שינויים משמעותיים במצב מוצק.כל שינוי משנה את הסדר של אטומי ברזל ואת חלוקת פחמן, המוביל למיקרו-מבנה ייחודי עם תכונות ייחודיות.המפתח לשלוט בשינויים אלה הוא להבין את דיאגרמת שלב שיווי המשקל ואת הקינטיקה של שינויים שאינם-קלימיים.

שלב במערכת הברזל-Carbon

השלבים הבאים הם אבני הבניין של מיקרו-מבנה פלדה:

• (FLT:0)Ferrite (α-Fe): LT:1 זהו השלב המתואם מרוכז בגוף (BCC) של ברזל, יציב בטמפרטורת החדר.יש לו הרבה יתרות פחמן נמוכות מאוד (מקסימום על 0.02% ב 72 מעלות צלזיוס) פרייט הוא רך, דוקטריל ומגנטי מתחת לנקודת הקלפי (770 מעלות צלזיוס).
• (FLT:0)Austenite ( ⁇ -Fe): ההרחבה 1 (שלב מעוקב ממוקד פנים (FCC) יציב בטמפרטורות גבוהות (מעל 912C עבור ברזל טהור, אבל טווח היציבות משתנה על ידי פחמן ואלמנטים אחרים ⁇ ) Austenite יכול להתמוסס עד 2.14% פחמן ב- 114 מעלות צלזיוס, מה שהופך אותו שלב מוגן עבור ההומוניזציה וטרנספורמציה לא מגנטית טובה לאחר מכן.
• (FLT:0Cementite (Fe3C): אינטגרל 1 (תרכובת בין-מטאלילית של ברזל ופחמן עם הרכב קבוע של 6.67% C. Cementite הוא קשה מאוד וגלוע.זה נראה כמו lamellae בפניניט או כמו רשת רציפה של פלדות היפר-אופטיקואיד.
• (FLT:0) מארטר: 1 (FLT:1) שלב מטבולי שנוצר כאשר אוסטנטי הוא קרר במהירות (מיושב) לטמפרטורת החדר.הטרנספורמציה היא דיפוזה חסרת אונים (ששרה), וכתוצאה מכך מבנה גוף ממוקד tetragonal (BCT) בעל עודף פחמן.
• (FLT:0)Pearlite:FLT:1 לא שלב ייחודי אלא תערובת אלקטרו-קוטאידית שכבתית של ferrite ו מלטיט.זה טפסים כאשר אוסטנטית קרירה לאט דרך הטמפרטורה eutectoid (72 ° C). ה- interlamellar ספאcing קובע את הכוח והקשה של פניניט.
• (FLT:0) ביניט: 1FLT (עוד מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-אלומיניום שאינו-קוויאליבריום המורכב מפריט ומלטיט (או מטענים) נוצרו בשיעורי קירור ביניים, עם מורפולוגיה טיפוסית או נוצה.

שלב הברזל-Carbon Diagram

דיאגרמת שלב הברזל-פחמן היא אבן הפינה של מתכת פורהגיה.זה מבססת טמפרטורה נגד תוכן פחמן ומראה את השלבים היציבים בכל מצב תחת קירור איטי (תנאים שלnear-equilibrium).

• (FLT:0) נקודה גלקטית: 1 ב 4.3% C ו-114 ° C, שבו נוזל הופך ישירות לתערובת של אוסטנטית מלטיט (ledeburite).
• (FLT:0) נקודה Eutectoid: 1FLT 1 ב 0.76% C ו 72 ° C, שבו austenite הופך תערובת של ferrite ו מלטיט (pearlite) על הקירור.
• (FLT:0)Ferrite + Austenite Zone:BuildFLT:1) בתוכן פחמן מתחת ל-0.7% (ההיסטריה של פלדות), קירור משדה שלב אוסטנטי מוביל לפרואטואיד טאפר לפני הטרנספורמציה eutectoid.
• (FLT:0Cementite + Austenite Zone:BuildFLT:1) בתוכן פחמן מעל 0.76% (היסטריה של פלדות), precipitate מלטי proeutectoid לפני התגובה eutectoid.
• (FLT:0) גבולות פתרון: FLT:1, המרוב של פחמן ב-ferrite (α) נמוך מאוד, בעוד ב- austenite ( ⁇ ) הוא מגיע ל-2.14%.

הדיאגרמה משמשת כפניה, אך טיפולים תעשייתיים אמיתיים לעתים קרובות כרוכים בשיעורי קירור שאינם מקיפים, מה שמוביל לשלבים מטבוליים כמו מרטן וביניט.עבור תנאים כאלה, טרנספורמציה של זמן (TTT) ודמיון קירור רציף (CCT) משמשים.

טמפרטורה קריטית

כמה טמפרטורות מפתח מגדירות את התנהגות הטרנספורמציה של פלדה:

• (בטמפרטורה קצרה יותר): כפל 1:72 ° C עבור פלדות פחמן רגילות.בטמפרטורה זו, הטרנספורמציה האקטונקטואידית מתרחשת מתחת A1, אוסטנטי כבר לא יציב.
• (ב)0 (טמפרטורה קריטית עבור פלדות היפותאטוקטקואיד): הטמפרטורה שבה התוספת הופכת לחלוטין לאוסטנטית על חימום.
• (ב) [ה]ב[[1724]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]
• (FLT:0)Ms (התחלות ממותג) ו Mf (סיומו של האתר) טמפרטורות: ibph1 אלה תלויים בתוכן פחמן ואלמנטים סגסוגת. גב ' טיפות כמו עלייה של תוכן פחמן; בדרך כלל, עבור פלדה של 0.2% C הוא סביב 450 מעלות צלזיוס, בעוד 0.8% C הוא סביב 250 מעלות צלזיוס. Mf הוא לעתים קרובות מתחת לטמפרטורה גבוהה פלדת פחמן.

הבנת הטמפרטורות הללו מאפשרת למהנדסים לעצב מחזורי חימום וקירור המייצרים מבנים הרצויים.

מיקרוסקופים של שינויים בשלב

השינויים בשלב בסגסוגת ברזל פחמן מתרחשים באמצעות מנגנונים מבוקרים או דליקים.שיעור הקירור קובע אילו מנגנון שולט.

Diffusion-Controlled Transformations

כאשר קירור הוא איטי מספיק כדי לאפשר לאטומי פחמן להתפוגג על מרחקים משמעותיים, הטרנספורמציות ממשיכות באמצעות nucleation וצמיחה.לדוגמה, כאשר אוסטטה קריר מתחת A1, טופסי ה- eutectoid decomposition פניניט: שינוי lamellae של fertite ו- מלטite.הטרנספורמציה מתחילה בגבולות דגנים וגדל לתוך גרגר הרחם.

בדומה, פרוקטקטנואיד או מפלטיט מחלחל בטמפרטורות גבוהות יותר לפני התגובה האקטונקטואידית, בהתאם לתוכן פחמן.השינויים הללו נשלטים על ידי דיפוזיה פחמן באוסט ובממשק הטרנספורמציה.

טרנספורמציה מרטינסיבית

אם austenite הוא קר מאוד מהר (מיושב) למטה גבה, אטומי פחמן אין זמן diffuse. במקום, aFCC austenite עובר sar (displacive) טרנספורמציה אל BCT מרטיטן.הטרנספורמציה זו היא מיידית אדיבה ו athermal (כמות המרטן תלויה רק בטמפרטורה שהושגה, לא בזמן וכתוצאה מכך מכיל את כל חומר פחמן חזק, אך הוא דורש שיפור חזק של פחמן חזק, אך הוא דורש שיפור חזק, אך הוא בעל יעילותו של פחמן חזק.

הטמפרטורה של גב' קריטית לטיפול בחום.אם קצב הקירור אינו מספיק כדי להימנע מעיצוב פניני או ביניט, המבנה המיקרו הסופי יהיה תערובת, וקשהות מלאה לא ניתן להשיג.

זמן-Temperature-Transformation (TTT) Diagrams

(המכונים גם דיאגרמות טרנספורמציה ארסית) מבססות את ההתקדמות של טרנספורמציה בטמפרטורה מתמדת.הם מראים את הזמן הנדרש עבור פניניט או ביניט להתחיל ולסיים, כמו גם את הטמפרטורה. דיאגרמות אלה חיוניים לתהליכים כמו austempering (שינוי יתר על פניניט) ו-Moderttureing (מחדש) מתמשכים (TCC) הם דיאגרמות מעשיות יותר עבור סקירה תעשייתית מעולה של קיימברידג '0.

שכפול תעשייתי וטיפול חום

שינויים בשלבי בקרה באמצעות טיפול חום היא השיטה העיקרית להתאמה של תכונות פלדה.התהליכים הבאים משמשים באופן נרחב בתעשייה.

אנליזות ונורמליזציה

(הופנה מהדף A3) או מעל AIRFLT:2 ס"מ כולל פלדה חימום לטמפרטורה מעל A3 (ליפות hypoeutectoid) או מעל AcioFLT:2 ס"מ (עבור היפראוליקטאיד), המחזיקה מספיק זמן כדי ליצור אוטמיגן הומוגני, לאחר מכן קירור איטי מאוד (בדרך כלל בזעם רגיל) זה מייצר מבנה פניניטריט, רך ורך נמוך יותר, אך מנקה, אך הוא עדיין מנקה, או מנקה, אך הוא בעל עוצמה גבוהה יותר, או מנקה, או מנקה, או מנקה, אך הוא בעל מבנה מנקה, הוא בעל מבנה גבוה יותר, הוא בעל מבנה מנקה גבוהה יותר, הוא בעל עוצמה גבוהה יותר, או מנקה, הוא בעל מבנה גבוה יותר, אך הוא גם מנקה, או מנקה, אך הוא נוטה גבוה יותר, אך מנקה, אך הוא בעל מבנה מנקה, הוא בעל מבנה גבוה יותר, אך הוא נוטה גבוה יותר, אך מנקה, הוא נוטה גבוה יותר, הוא נוטה גבוה יותר, אך הוא גם מנקה, אך הוא גם מנקה, הוא גם מנקה, אך הוא נוטה לגוון חום גבוה יותר, הוא נוטה נמוך יותר, אך מנקה, אך מנקה גבוהה יותר,

המונחים:

ריצוף הוא הקירור המהיר של אננסים ליצור מרטיני.מדיום הקירור (מים, שמן, מחזורי פולימר או אוויר) קובע את קצב הקירור.השקה במים חמורה ויכולה לגרום לעיוותים או לפצח; שמן מתון יותר לאחר quenching, הפלדה היא קשה מאוד אך מתפתלת.

מתנגן כעת: Austempering and Martempering

(ה) הם תהליכים מיוחדים למזער עיוות וסדקים תוך השגת תכונות ייחודיות. AustemperingtureFLT:1 כרוך quenching לטמפרטורה רק מעל גבה, החזקת היא שונה לחלוטין כדי להפוך את austenite ל bainite, ולאחר מכן קירור לטמפרטורת החדר.

יסודות והשפעותיהם

בעוד פחמן הוא הנהג העיקרי של שינויים בשלב, אלמנטים אחרים של ⁇ מתווספים בכוונה לשנות את הקינטיקה, טווחי יציבות, ונכסים הסופיים.FLT:0A דיון מקיף על השפעות ⁇ ניתן למצוא ב AZoMIRLT:1.

תגיות קשורות Alloying Additions

• (FLT:0)מנדנס:0)1 מעלה את הקושי על ידי שינוי עקומות CCT לתקופות ארוכות יותר, ומאפשר היווצרות מרטן בקצב קירור איטי יותר.הוא משלב גם עם גופרית כדי למנוע הריסות.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : 1 (ה) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ :0) ⁇ :0 (Nickel:FLT:1) מגביר את הקשידות ומפחית את טמפרטורת המעבר הדלוני-ברי.
• (ב) [15] ⁇ :0) ⁇ (ה') ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא י"ד): "הצבות קשות מאוד שמתנגדות לשחיקה בטמפרטורות גבוהות.הוא מעדן את גודל הדגנים ומשפר את ההתנגדות לחבושת.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ : 1 (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אלמנטים של כלולים גם משפיעים על הקומפוזיציה eutectoid וטמפרטורה.לדוגמה, chromium ו molybdenum להעלות את הטמפרטורה eutectoid, בעוד ניקל ומניגאני נמוך יותר זה.הבנת השפעות אלה חיוני עבור עיצוב פלדה עבור יישומים ספציפיים, ממכשירים חיתוך במהירות גבוהה כדי לבעוט כלי לחץ.

מסקנה

השינויים שלב תלותי הטמפרטורה בסגסוגת ברזל פחמן הם מרכזיים לייצור של פלדה ביצועים גבוהים בשימוש כמעט בכל המגזר התעשייתי. a יסודי תפיסה של דיאגרמת שלב ברזל פחמן, האופי של ferrite, austenite, מלטיט, מרטיניט, מרטן, פניניט, וביניט, ואת הקינטיקה של טרנספורמציה תחת תנאים קירור שונים מאפשר מהנדסים לעצב מחזורי חום כי מניבים תכונות ספציפיות מיקרו מכניות.

מתהליכים פשוטים של quench-and-temper מורכבים, היכולת לשלוט בטרנספורמציות שלב מבטיחה כי פלדה לעמוד בדרישות התובעניות של יישומים מודרניים. תוספת של אלמנטים ⁇ מרחיבה עוד את טווח הנכסים האפשריים, המאפשרת פיתוח חומרים כי הם במקביל חזקים, קשיחים, עונדים, ותעשיות קורוזון-resistant. כמו להמשיך לדחוף את הביצועים של מדע בסיסי, או שלב מתכתי של חומר נפץ, ישארון, ישארון, ישארון, שינויים חזקים, או עמידות, או עמידות, בחדשנות עמידים.