Mga Phase sa mga Alloy ng Bakal-Carbon: Isang Detaled Overview

Ang mekanikal na pag-uugali at buhay serbisyo ng mga haluang metal na iron-carbon (mga steel at mga hulmang bakal) ay idinirekta ng halo ng mga stage na kristal na pangkasalukuyan sa kanilang mikrotrikong istruktura. ang temperatura ay nagbabago sa panahon ng pagpoproseso o sa elektronasyunal na pagbabago kung aling mga yugto ang matatag at kung paano nagbabago ang mga ito. sa ibaba sinusuri ang mga pangunahing yugto na lumilitaw sa sistemang Fe-C, na nag-uugnay ng kanilang mga istrakturang kristal sa mga inhinyerong pang-aristispo.

  • Ferrite ( ⁇ )[[ – Isang yugtong body-gitnang urbano (BCC) na malambot at ductile.tinunaw ng Ferrite ang napakaliit na karbon (max ⁇ 0.022 wt% sa 727°C) at ang pangunahing phase sa mga low-carbon steels nito. Ang istraktura nito ay nagbibigay ng mahusay na tibay ngunit mas mababang lakas kumpara sa ibang statipikasyon.
  • [[[C]] Ang austenite (γινινινος] – Isang face-gitnang yugtong urbano (FCC) na may mas mataas na karbong solubility (hanggang 2.14 wt% sa 1148°C).Ang Austenite ay matatag na higit sa 727°C (para sa mga bakal na hyponeutectoid) at nagiging sanhi ng mainit na pagbubuo at pag-init dahil sa dukwenksiyon at kakayahan nitong tunawin ang carbon.
  • [Cementite (Fe3C)[ – Ang isang inter metalikong compound na may orthorhomikong istrukturang kristal. Ito ay labis na matigas at malutong, na naglalaman ng 6.67 wt% karbon.Ang endorte ay lumilitaw bilang isang hiwalay na yugto sa pearlite at bilang isang network sa mga bakal na hypereutectoid, na nagdudulot ng mataas na lakas ngunit binabawasan ang ductility.
  • Pearlite – Ang isang vollar eutectoid na istraktura na binubuo ng mga patong-patong na femrite at commitite. Ito ay nabubuo kapag ang austenite ng komposisyong eutectoid (0.76 wt% C) ay pinalamig nang dahan-dahan sa pamamagitan ng 727°C. Ang interlamellar influsion ay kumokontrol sa mga katangiang mekanikal: Ang mas pinong inbertebrium ay nagpapataas (Hall-Petch type effect).
  • Bainite – Ang isang acicular (na parang needle-like) na mikroture na nabuo sa intermediate rate, na binubuo ng mga ferrite plate at pinong compilationite particle. Ang Bainite ay nagbibigay ng mahusay na kombinasyon ng lakas at tibay.
  • – A non-equilibrium, supersaturated solid solution of carbon in BCT (body-centered tetragonal) lattice, na binuo ng mabilis na paglamig (quenching) ng austenite.Ang martensite ay napakatigas at malutong; ang katigasan nito ay tumataas sa nilalamang karbon.

Ang bawat isa sa mga yugtong ito ay may natatanging katatagan kung tungkol sa temperatura at komposisyon, gaya ng binuod sa bakal-carbon phase diagram.

Ang Iron-Carbon Phase Diagram: Ang Diperensiya–CompositionMap

Ang balanseng phase diagram para sa Fe-C (hanggang 6.67 wt% C) ay ang pundasyon para sa pag-unawa ng mga epekto ng temperatura. Key invariant points ay kinabibilangan ng:

  • [Eutectoid point (0.76 wt% C, 727°C): Ang austenite (γ) ay nabubulok sa pinaghalong ferrite ( ⁇ ) at sementong termite (Fe3C) – yaon ay, pearlite.
  • Euterctic point (4.30 wt% C, 1148°C): Ang Likido ay nagbabago tungo sa pinaghalong austenite at semento (ledeburite) sa mga nahulmang bakal.
  • Peritectic point (0.17 wt% C, 1493°C): Ang likidong react ay tumutugon sa ⁇ -ferrite upang bumuo ng austenite.

Sa paglamig, ang mga pagbabagong phase ay ginagabayan ng mga hangganang ito ng balanse, ngunit sa pagsasagawa ng paglamig ay maaaring magdulot ng mga paglihis (non-equilibrium transpormasyon) na lumilikha ng bainite o martensite.

Mga Lugar ng Temperatura Para sa Kakayahang Mag - ingat sa Pag - iinit

Abod 912°C (para sa purong bakal; medyo mababa para sa mga bakal)

Sa mga temperaturang ito, ang austenite ay ang matatag na yugto para sa karamihan ng mga nilalaman ng karbon na mababa sa 2.14 wt%. Ito ang range para sa mainit na paggawa (rolling, forging) at homogenization treatments. Ang FC lattice ng austenite ay pumapayag sa mataas na carbon diffication, mahalaga para sa carburzing at iba pang mga paggamot sa ibabaw.

Sa pagitan ng 727°C at 912°C (hypoeutectoid rehiyon)

Sa mga mababang-carbon na bakal, ang matatag na mga phase ay ferite at austenite sa isang dalawang-phase rehiyon. Habang bumababa ang temperatura, ang femarte ay nagsisimulang bumuo sa mga hangganan ng butil na austenite. Ang proporsiyon ng femarita ay tumataas hanggang sa temperaturang euktoid.

Ibaba 727°C

Sa mga temperatura sa ilalim ng eutectoid, ang balanseng mikrotibidad para sa payak na mga bakal na karbon ay binubuo ng ferrite at sementoite (pearlite sa komposisyong eutectoid). gayunpaman, kung ang pagpapalamig ay mabilis, ang austenite ay maaaring magbago tungo sa hindi-equilibrium stature tulad ng bainite (sa pagitan ng ⁇ 550°C at Ms) o martensite (pagpapababa ng temperatura ng Ms).

Mga Pagbabago sa Lattika sa Panahon ng Pagpapainit at Paglamig

Pagpapainit: Pag - unlad at Pag - unlad ng Butil

Kapag ang isang bakal ay pinainit sa ibabaw ng temperaturang A3 (para sa hypoeutectoid) o A1 (para sa eukaryotid), ang umiiral na ferite at sementite transforming tungo sa austenite. Ang prosesong ito ay nangangailangan ng carbon diffication at karaniwang nangyayari sa isang saklaw ng temperatura (20–40°C sa itaas ng kritikal na linya). Ang tamang austenitization ay tumitiyak ng pare-parehong distribusyon ng karbon. Gayunpaman, ang matagal na mataas na temperatura ay nagdudulot ng austenite graintine rowning, na nagpapahina sa pangwakas na produkto (Hall-Peall: ang mas malaking epektong produkwen: ang mga butil ay nagbibigay ng enerhiya).

Pagpapalamig: Pagkontrol sa Microstructure

Ang landas ng pagpapalamig ang nagtatakda sa pangwakas na halo ng phase. Ang tatlong pangunahing mga produktong transpormasyon sa pagpapalamig ng austenite ay:

  1. [ – Nabuo sa pamamagitan ng mabagal na paglamig (furnace cooling, normalization) sa temperaturang malapit sa 700°C. Ang proseso ay diffication-based: ang mga atomo ng karbon na nahahati sa mga patong na semento. Ang interlamellar na interplace ay hindi magkakaugnay sa undercooling; ang mabilis na paglamig ay nagbibigay ng mas pinong pearlite at mas mataas na tigas (e., sa patententified wire).
  2. Bainite – Namedise sa intermediate rates (e.g., in isolfmal refered sa 450–550°C). Ang Bainite ay lumalaki sa pamamagitan ng isang mekanismong diffunsionless shear na sinusundan ng carbon dispensiyon. Ang Lower bainite (nabuo sa mas mababang temperatura) ay may pinong carbides at mas mataas na lakas.
  3. – Formed kapag ang antas ng pagpapalamig ay lumampas sa kritikal na antas ng pagpapalamig, na nalagpasan ang ilong ng C-curve. Ang pagbabago ay isang astromal at difficationless; ang austenite platform na mga platform upang bumuo ng isang tetragonal na istraktura. Ang martensite starture (Ms) ay nakasalalay sa carbon nilalaman. Para sa mataas na mga carbon steel, Ms ay mas mababa ang temperatura, na na na nangangahulugang maaaring manatili.

Ang klasikong Time-Temperature-Transformation (TTT) na dayagram ay nagtatanghal ng mga rehimeng ito. Sa pagpili ng isang kurbang pampalamig, ang mga metallurgist ay maaaring umasinta ng ninanais na mga mikrotrikong istruktura.

Epekto ng mga Elemento ng Pag - aayos ng Atmospero sa Pag - aayos ng Temperatura

Ang praktikal na mga bakal ay naglalaman ng mga calcino, chromium, nikel, molybdenum, atbp., na nagpapabago sa mga hangganan ng yugto at pagbabago ng kinetics.

  • Pinalalawak nina Nickel at Hannover ang larangang austenite (mas mababa ang temperaturang A3 at binabawasan ang nilalamang eutektoid na karbon).
  • Ang chromium, vanadium, at molybdenum ay nagpapatatag sa ferrite at nagtataguyod ng pagbuo ng mga alloy carbides, na nagpapataas sa temperaturang eutectoid.
  • Ang mga elementong alloying ay pangkalahatang bumabagal sa difffusion, na nagbabago ng mga kurba ng TT sa mas mahabang panahon at ginagawa nitong mas madaling bumuo ng martensite (i.e., pinatitindi nito ang pagiging matigas).

Ang pag-unawa sa mga hali- haliling ito ay mahalaga sa pagpili ng temperatura ng heat treatment. Halimbawa, ang isang pamantayang 4340 bakal (Ni-Cr-Mo) ay nangangailangan ng mas mataas na mga temperaturang austenitizing (840–870°C) kaysa payak na 1045 (780–820°C).

Praktikal na mga Pakinabang sa Paggamot sa Init

Pag - aalaga ng mga Hayop

Ang pag-aalsa ay kinasasangkutan ng pagpapainit sa austenite range (o sa itaas ng A1) at paglamig nang dahan-dahan (furnace cooling). Pinalambot nito ang bakal, pinapalambot ang panloob na mga stress, at lumilikha ng magaspang na pearlite microstructure. Full annealing (sa ibabaw ng A3) Dinadalisay ang annealing (sa ibaba lamang ng A1) ay bumubuo ng annermar commitite para sa sukdulang machinable.

Normal na Pag - iisip

Ang pag-uuri sa austenite at pagpapalamig ng hangin ay lumilikha ng pare-pareho, pinong pearl pearl microstructure. Ang normalisasyon ay nagpapabuti ng homosekswalidad at katangiang mekanikal kumpara sa as-roled o hulmang kondisyon. Kalimitan itong ginagamit bilang pre-gamot sa pagtigas.

Paghahabol at Pag - iinit ng Loob

Ang pag-ubo (rapid pagpapalamig sa tubig, langis, o hangin) mula sa austenite ay gumagawa ng martensite.Ang resultang bakal ay napakatigas ngunit malutong at naidiriin.Ang pag-uuugpong ay kinasasangkutan ng muling pag-init sa temperaturang mababa sa A1 (karaniwan na 150–650°C) upang payagan ang pag-ulan ng karbon bilang pinong carbides, pagbabawas ng katigasan at pagtindi ng pagiging matigas.Ang temperaturang pang-init ay kumokontrol sa pangwakas na balanse ng lakas at diktilidad.

Iba Pang Maiinit na Paggamot

Ang austempering (pag-uuri sa isang bahin sa bainite conforming temperature) ay nagbibigay ng bainitic microstructures na may mahusay na tigas. ang Martempering (pagtanong sa ibabaw lamang ng Ms, pagkatapos ay mabagal na paglamig) ay binabawasan ang pagbaluktot at pagbiyak kumpara sa direktang pag-aalsa. ang parehong proseso ay nagsasamantala sa temperature-dependent na mga kinetic.

Pagsasaayos

Ang mga pagkakaiba-iba ng temperatura ay direktang namamahala sa mga phase stalution sa iron-carbon alloys. sa pag-unawa sa phase diagram at transpormasyon kinetics, ang mga inhinyero ay maaaring magdisenyo ng mga siklo ng heat treatment na gumagawa ng mga microstructure na nababagay sa espesipikong lakas, katigasan, at pagiging matigas. Kahit na ang pagkakamit ng pinong pearlite para sa mga bakal ng riles, martensite para sa mga kasangkapang pamputol, o bayite para sa mga enggranahe, eksaktong kontrol ng init at paglamig ay ang susi. Ang patuloy na pananaliksik sa mga ad-screwnchydress ay ang lahat ng mga hangganan ay ang mga ito ay ang mga aspeklust.

Para sa mga autoritatibong reperensiya, ang ASM Handbook Volume 4: Heat Treating at ang Iron-Carbon phase diagramed entry on Wikipedia ay nagbibigay ng komprehensibong detalye. bukod dito, ang MatWeb database ay nag-aalok ng mekanikal na datos ng pag-aari para sa iba't ibang mga heat-treatreated steel.