철 탄소 합금의 단계 안정성에 온도 변이의 효과

철 탄소 합금의 단계 : 상세한 개요

철 탄소 합금 (철철과 무쇠)의 기계적인 행동 그리고 서비스 기간은 그들의 미세 구조에서 존재하는 결정적인 단계의 혼합물에 의해 결정됩니다. 가공 도중 온도 교대는 또는 서비스에서 직행 변화하고 단계가 안정되어 있는 방법 및 변환하는. 우리가 Fe-C 체계에서 나타나는 중요한 단계를 시험하기의 밑에, 재산 엔지니어에 그들의 결정 구조를 rely 위에 연결하.

Ferrite (α-Fe) – 부드러운 연성이 있는 몸 중심 입방 (BCC) 단계. 페라이트는 727°C에서 매우 작은 탄소 (최대 ~0.022 wt%)를 녹여 저탄소 강철에서 1 차적인 단계입니다. BCC 구조는 다른 단계와 비교된 좋은 단단함 그러나 더 낮은 힘을 줍니다.
Austenite (γ-Fe) – 매우 높은 탄소 가용성 (1148°C에 2.14 wt%까지)를 가진 얼굴 중심 입방 (FCC) 단계. 아수스토이트는 727°C (갑각선을 위해)의 위 안정되어 있고 탄소를 녹일 것이다 그것의 연성 및 능력 때문에 뜨거운 형성 그리고 열처리를 가능하게 합니다.
Cementite (Fe3C)] – 정형외화 결정 구조와 상호 금속 화합물. 6.67 wt% 탄소를 포함하는 매우 단단하고 브리틀입니다. 시멘트는 진주에 있는 분리된 단계로 나타나고 hypereutectoid 강철에 있는 네트워크로, 고강도를 강화하고 연성이 감소시킵니다.
Pearlite – 알파철과 시멘트의 교체 층으로 구성된 라멜라 에utectoid 구조. 그것은 eutectoid 구성의 아수스토이트가 (0.76 wt% C)를 천천히 냉각하는 경우 모양 727°C. interlamellar 간격 제어 기계적 성질: 미세 간격 증가 힘 (Hall-Petch 유형 효력).
Bainite – 중간 냉각 비율로 형성된 아칼 (needle-like) 미세 구조, 페라이트 플레이트 및 정밀한 시멘트 입자로 구성된. Bainite는 강도와 강인성의 좋은 조합을 제공합니다.
Martensite – BCT (체 중심의 tetragonal) lattice에 있는 탄소의 비침범성, super 포화 단단한 해결책, austenite의 급속한 냉각 (냉각)에 의해 형성해. Martensite는 아주 단단하고 과민합니다; 탄소 내용으로 그것의 경도 증가합니다.

이 단계의 각각은 철 탄소 단계 도표에서 요약된 온도와 구성에 관하여 명백한 안정성 범위가 있습니다.

철 탄소 단계 다이어그램 : 온도 - 위치 맵

Fe-C의 평형 단계 다이어그램 (최대 6.67 wt % C)은 온도 효과에 대한 기초입니다. 주요 비동기 점은 다음과 같습니다.

Eutectoid point (0.76 wt% C, 727°C): Austenite (γ)는 페라이트 (α) 및 플래티크 (Fe3C)의 혼합물로 분해됩니다. 즉, 진주.
유투트 포인트 (4.30 wt% C, 1148°C): 액체는 무쇠에서 아스텐이트와 시멘트 (ledeburite)의 혼합물로 변환합니다.
Peritectic point (0.17 wt% C, 1493°C): 액상 액상은 δ-ferrite와 함께 아수스텐트를 형성합니다.

냉각에, 단계 변환은 이러한 평형 경계에 의해 안내되지만, 냉각 속도는 bainite 또는 martensite를 생산하는 편차 (비 equilibrium 변환)를 일으킬 수 있습니다.

단계 안정성에 대한 온도 범위

912°C (순수철을 위해; 강철을 위해 약간 낮게)

이 온도에서, austenite는 2.14 wt%의 밑에 대부분의 탄소 내용을 위한 안정되어 있는 단계입니다. 이것은 뜨거운 일 (회전, 위조) 및 균질화 처리를 위한 범위입니다. austenite의 FCC 격자는 높은 탄소 확산을 허용하고, carburizing와 다른 지상 처리를 위해 근본적으로.

727°C와 912°C 사이 (hypoeutectoid 지역)

낮은 탄소 강철에서, 안정되어 있는 단계는 2단계 지구에 있는 알파철과 오스테나이트입니다. 온도 하락으로, 알파철은 오스테나이트의 곡물 경계에서 형성하기 시작합니다. ferrite의 비율은 eutectoid 온도까지 증가합니다.

727°C의 밑에

이펙트로이드의 온도에서, 평야 탄소 강철을 위한 평형 미세 구조는 페라이트와 시멘트 (유틸티노이드 구성에 있는 진주)로 이루어져 있습니다. 그러나 냉각이 급속하더라도, 아스텐이트는 베이인이트 (between ~550°C와 Ms) 또는 martensite (Ms 온도) 같이 비 효율성 단계로 변환할 수 있습니다.

가열 및 냉각 중에 단계 변환

난방: Austenitization와 곡물 성장

A3 온도 (예: 저속한) 또는 A1 (eutectoid를 위해)의 위 강철이 가열될 때, 기존하는 페라이트 및 시멘트가 아ustenite에 변형합니다. 이 과정은 탄소 확산을 요구하고 전형적으로 온도 (20-40°C 위 중요한 선)의 범위에 일어나. Proper austenitization는 획일한 탄소 배급을 지킵니다. 그러나, 머리말을 붙인 고열은 종결 제품 (Hall-Pall)를 약하게 하는 아스텐이트 곡물 coarsening를 일으키는 원인이 됩니다.

냉각: 통제 Microstructure

냉각 경로는 최종 단계 혼합물을 결정합니다. 냉각 austenite에 3개의 주요한 변환 제품은:

Pearlite – 700°C의 온도에서 느린 냉각 (냉각, 정상화)에 의해 형성해. 과정은 확산 근거한: 시멘트 층으로 탄소 원자 분할입니다. interlamellar 간격은 undercooling와 관련이 있습니다; 빠른 냉각은 정밀한 진주와 더 높은 경도 (예를들면, 특허가 주어진 철사에서)를 줍니다.
Bainite – 중간 냉각 비율(예: 450-550°C)에서 동열 냉각에 형성됨. Bainite는 탄소 배출에 따라 diffusionless 전단 메커니즘에 의해 성장합니다. 낮은 bainite (낮은 온도에서 형성)는 정밀한 카바이드와 더 높은 강도를 가지고 있습니다.
Martensite – 냉각 속도가 C-curve의 코를 우회하여 중요한 냉각 속도를 초과할 때 형성된. 변이는 열과 diffusionless입니다; tetragonal 구조를 형성하기 위하여 austenite lattice 깎아. martensite 시작 온도 (Ms)는 탄소 함량에 달려 있습니다. 높은 탄소 강철을 위해, Ms는 실내 온도, 유지한 austenite가 존재할 수 있는 의미의 밑에 입니다.

고전적인 시간 온도 변환 (TTT) 다이어그램은이 요법을 표시합니다. 냉각 곡선을 선택하면, 야금술은 원하는 미세 구조를 타겟 할 수 있습니다.

온도 안정성에 합금 성분의 효력

Practical 강철은 단계 경계선과 변환 운동화를 교대하는 망간, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 등을 포함합니다. 예를 들면:

니켈과 망간은 austenite 분야 (낮은 A3 온도를 확장하고 eutectoid 탄소 함량을 감소시킵니다)를 확장합니다.
크롬, 바나듐 및 몰리브덴은 페라이트를 안정화하고 합금 카바이드의 형성을 촉진하고, eutectoid 온도를 올리십시오.
합금 요소는 일반적으로 더 긴 시간에 TTT 곡선을 이동하고 martensite (즉, 그들은 hardenability를 증가)를 형성하기 쉬운.

이러한 변화에 대한 이해는 열 처리 온도를 선택하기위한 중요합니다. 예를 들어 표준 4340 강철 (Ni-Cr-Mo)은 일반 1045 (780-820°C)보다 높은 austenitizing 온도 (840-870°C)를 요구합니다.

Practical 열처리 신청

의붓기

어닐링은 아수스텐트 범위 (또는 A1) 이상으로 가열하고 천천히 냉각합니다 (냉각 냉각). 이 부드러움은 강철을 구호하고 내부 응력을 구호하고, 코아르세 진주 미세 구조를 생성합니다. 전체 어닐링 (A3) 정제 곡물 구조; 최대 machinability를 위한 유리 시멘트를 형성하십시오 (A1)의 밑에 아산화를 강화하십시오.

의약

아수스텐이트와 공기 냉각에 가열은 획일한, 정밀한 진주미립을 일으킵니다. 정상화는 as-rolled 또는 던지기 상태와 비교된 균질과 기계적 성질을 개량합니다. 그것은 자주 경화를 위한 전처리로 사용됩니다.

냉각 및 템퍼링

아수스텐이트에서 냉각하는 냉각 (물, 기름, 또는 공기에서)는 martensite를 일으킵니다. 유래 강철은 아주 단단하 그러나 강모 및 긴장됩니다. 부드럽게 하는 것은 정밀한 탄화물으로 탄소 강수를 허용하기 위하여 A1 (일반적으로 150-650°C)의 밑에 온도에 재열을, 경도를 감소시키고 단단함을 증가시키기 위하여 포함합니다. 부드럽게 하는 온도는 힘과 연성이의 마지막 균형을 통제합니다.

Isothermal 열처리

Austempering (바인라이트 형성 온도에서 목욕에 보관) 우수한 인성으로 베이니틱 마이크로 구조가 수 있습니다. Martempering (Ms 이상으로 유지 한 다음 냉각)은 직접 냉각과 비교하여 찡그림과 균열을 감소시킵니다. 두 프로세스는 온도 의존 변이 운동화를 악화합니다.