Demir-Carbon Aşama Diagram: Modern Malzeme Mühendisliğindeki Rolü

Demir-Carbon (Fe-C) fazı, her iki sıcaklık (yüzlü eksen) ve karbon içeriğinin bir parçası olarak, döküm sırasında mikroyapısal evrimi tahmin etmek için günlük olarak kullanılan, betonlar ve ısı tedavisi.Bu diyagramlar, tüm ayrıntıları - demir-karbon alaşımları, iki ısı birimi olarak mevcut olan denge aşamaları (el eksende bir boşluk) ve karbon içeriği (kıtlı eksende yüksek çözünürlükte iki çelik kaplama ve iki temel çelik kaplama ile kontrol etmek için iki temel çelik zeminde - yüksek çözünürlükte iki temelleri kontrol etmek için iki temelleri kontrol etmek için.

Örneğin, 800 °C'nin üzerindeki çelik, daha sonra martensite oluşturmak için gerekli olan adımların var olduğunu ve bu aşamaların ısı geçişinin ardından, silikonun üzerinde ısıtılması ve alaşımlama elemanlarına bağlı olarak nasıl değiştiğini açıklıyor.Bu makale, daha sonra da uygulama için kapsamlı bir kılavuz sunuyor.

Diagram'ı okuyun: Axes, Invariant Noktaları ve Anahtar Bölgeler

Fe-C faz diyagramı sıcaklıkla (genellikle °C veya °F) x-küresel olarak x-kücutta (yüzde 3) genişletilir.The diagram genişletilir 6.67 wt% C (projeksiyon, Fe))[D) [Düzükte en fazla sınırı temsil eder, bu karbon ağırlığının üç sırasını gösterir.

Üç Invariant Reaksiyonları

Üç değişken reaksiyon – sabit bir sıcaklık ve kompozisyonda üç fazın nerede olduğunu işaret eder – diyagramın önemli özelliklerini tanımlar:

  • [FONT:0)Peritectic reaksiyonu (1495 °C, 0.16% C): ) Sıvı + ⁇ -ferrite ⁇ austenite ( ⁇ ) Bu reaksiyon, düşük karbonlu çeliklerin sağlamlaştırılmasında önemlidir, sonra daha fazla soğutmaya dönüşür.
  • [FONT=0]Eutectic reaksiyonu (1147 °C, 4.30 wt% C): ) Sıvı ⁇ austenite + çimentoit (veya austenite + grafikite, stabiliteye bağlı olarak).
  • [FONT:0]Eutectoid reaksiyon (727 °C, 0.76 wt% C):), Austenite ⁇ ferrite + çimentoitesi. Bu, en teknolojik olarak önemli invariant noktası tarafından, çünkü ova çeliklerin dönüşümünü kontrol eder.

Dördüncü bir değişmez, 912 °C'de saf demir için mevcuttur (A)[Dört:0)[Dörtüncü :1) ancak ek olarak 770 °C'de (Hücrenin Curie sıcaklığı) bir manyetik dönüşüm vardır, ancak bu her zaman ikinci siparişi verir.

Key Faz Fields

Bir aşama alanı tek bir faz veya iki faz karışımının termodinamik olarak stabil olduğu diyagramda bir bölgedir.

  • [DÜŞÜNÜ:0)Liquid (L): [DÜDÜT:1] Sıvının hattının üstünde, alaşım tamamen moltendir.
  • [FONT:0)L + ⁇ -ferrite: Düşük Karbon Çelikleri için iki fazlı bir alan yüksek sıcaklıklarda.
  • [FONT:0] ⁇ -ferrite:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Azal alan sadece erimiş noktasının altında, yaklaşık% 0.1% C.
  • [FONT:0)L + ⁇ (austenite): [Dönetici kompozisyonun üzerindeki çelikler için mevcut ve yaklaşık% 0.16 ile 2,% C arasında çelikler için sağlam bir şekilde.
  • [FONT=0]Austenite ( ⁇ ):), tek fazlıCOM alanı, ~727 °C ve 1495 °C (karbon içeriğine bağlı olarak) Karbon çözünürlükte 1147 °C'de maksimum 2.11 wt ulaşır.
  • [FONT:0)L + Fe[DÜT:1)[Dönetici:2)C (cementite): [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜDÜDÜSÜDÜSÜDÜDÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜ)
  • [FONT:0)Ferrite (α): [Dönetici: 727 °C'de% 0.022 £ 727 °C) ile BCC aşamasının (FLT:1)
  • [FONT:0)Ferrite + Fe[DÜT:1]3)[Üye Olmayanlar: [Dönetici: 3) İki fazlı bölge, hipo ⁇ çelikler için en iyi ısı; karışım yavaş soğutmada ferrite + incit olarak bilinir.
  • [FONT:0)Fe3)C + α + ⁇ :[Dönetici: 3) Üç fazlı bir bölge, ancak sabit olmayan çizgiler sabit sıcaklıklar temsil eder.

Çoğu ders kitabında gösterilen diyagramın aslında metastable Fe-Fe)3)C diyagramı, çünkü çimento C ve eutectoid ila -0.68 wt diyagramı için geçerli olduğunu anlaması önemlidir.

Detaylı yıllardaki fazlar: Yapı, Özellikler ve Occurrence

Fe-C sisteminde karşılaşılan her aşama, mikroyapı kontrolü aracılığıyla mühendislerin kullandığı farklı kristalografik ve mekanik özelliklere sahiptir.

Ferrite (α-Fe)

Ferrite'nin vücut merkezli bir metre (BCC) lattice vardır ve oda sıcaklığında saf demirin stabil aşamasıdır. Karbon çözünürlüki makul değildir (< 0.008 wt% at oda sıcaklığında, 0.022 wt (elongation up to 50%) ve iyi manyetik kolonilerin altından çıkarılması anlamına gelir.

Austenite ( ⁇ -Fe)

With a face-centered cubic (FCC) structure, austenite is stable only at elevated temperatures in plain carbon steels. Its FCC lattice provides larger interstitial sites, allowing carbon solubility up to 2.11 wt%. Austenite is non-magnetic and generally ductile, with a high strain-hardening rate. In heat treatment practice, austenite is the parent phase from which all final microstructures are derived. Its grain size at the time of quenching or cooling strongly influences the resulting mechanical properties: finer austenite grains lead to finer martensite laths or finer pearlite interlamellar spacing, improving both strength and toughness. Austenite can be retained at room temperature in high-carbon steels or those with significant manganese or nickel content (the basis of austenitic stainless steels and Hadfield manganese steel).

Çimento (Fe)3).

Çimento, çelik mikroyapılarda, sıvıların üzerindeki yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte veya yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, çimentolu ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

Pearl

İncir tek bir aşama değil, eutectoid ısıtımı ürünü, ferrite ve çimentoluların aslına bağlı olarak sürekli olarak düzelme biçimlerine bağlıdır.

Graphite

Grafiksel yüzeyler, Fe-C sisteminde karbonun stabil formudur. Bir hexagonal tabakalı yapıya sahiptir ve çok yumuşaktır (Mohs sertlik 1–2), mükemmel lubricating özellikleri ile.In dökme demirler, grafiksel önlemeler: farklı morfolojilerde çalışır: flake grafiği (gray demir), spheroidal veya nodular grafiklerin (düktörlüğü) ve kompakt grafiksel özelliği ile uygulanabilir.

Mikroyapıyı Tahmin Etmek için Diagram Kullanımı: Soğutma ve Kompozisyon

Fe-C diyagramının en güçlü uygulamaları, yavaş soğutma altında olan mikroyapısal seçmenleri tahmin etmektir (eşem koşullar). Bu, çelikleri belirli ferrite/pearlite oranları ile tasarlamanın temelidir veya istenen grafiklerle demir dökümü.

Hipoeutectoid Çelikler (0.02-0.76% C)

Bu nedenle, hipo ⁇ çelik (örneğin, yüksek çözünürlükte % 0,2 ile 1020) yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş austen ilk katı,% 0,6'ya ulaştı ve proeutectoid ferrite ilerleyebilir.

Hipereutectoid Çelikler (0.76-2.11% C)

Hipereutectoid çelikler, proeutectoid çimentolu ilk başta austeniteli tahıl sınırlarında ( ⁇ + Fe)) çelik bir eksternal tedaviye maruz kalmadığı sürece, 10 ° C) C) penaltınlara ve çeliklere dönüşen yüksek çözünürlükte 10.

Cast Irons (2.11-6.67% C)

2.11'in üzerindeki alaşımlar için, eutectic reaksiyon katılaşmayı yönetir. beyaz döküm demirlerinde, eutectic ürün, beton + çimentolu + fikre (parçalı form) katı veya grafik formlarına uygun olarak verilen soğutma miktarı ve kompozisyon kontrolü sağlar: hızlı soğutmalar (örneğin, değirmen hattı) ve silikonun varlığını artırırken, yumuşak bir şekilde ısıtılır.

Equilibrium'ın Ötesinde: Faz Diagram'ı CCT ve TTT Diagrams'a Bağlayın

Fe-C faz diyagramı bir denge diyagramı, yani faz diyagramının pratik kullanımı varsa var olacak aşamalar gösterir. Gerçek endüstriyel uygulamada, soğutma oranları sonlu ve martensite, bainite gibi son derece karmaşık aşamalar ve hatta bir çelik kompozisyon için pratik kullanımlar yapılır.

TTT diyagramı (ayrıca isotermal dönüşüm diyagramı olarak da adlandırılır) dönüşüm kinetiği sabit sıcaklıkta gösterir. eutectoid sıcaklık (727 °C) TTT diyagramları üzerinde yatay referans hattı oluşturur: Bu sıcaklıkların üzerinde, austenite yavaştır; sadece aşağıda, aşağı sıcaklık, baloit formlar; ve hızlı soğutmada, dönüşüm hatları bastırılır ve Mtezisyonda maksimum sıcaklık (örneğin) yüksek çözünürlükte maksimum sıcaklık (örneğin, yüksek çözünürlükte) olarak kullanılabilir.

C:11 diyagramları, CCT diyagramı üzerinde daha doğrudan uygulanabilir, çünkü elde edilen mikroyapı ve sertliği tahmin edebilir (Dörtücük) ve A[DDDDDDDDDDDD) ile CCT diyagramları arasında, bazı ısıtılmış sıcaklıkları (Düzen) ile ısıtılır.

Pratik Isı Tedavisi Uygulamaları Uygulamaları

Sahne diyagramı ve kinetik diyagramlar ile silahlı, malzemeler mühendisleri belirli mikroyapılara ulaşan ısı tedavi döngüleri tasarlar. Aşağıdaki üç klasik örnektir.

Hipoeutectoid Çelik

Tam ekleme, daha sonra beton veya makine için çelik yumuşatmak için yapılır. Çelik 30-50 °C'nin üzerinde ısınır:0)3[Dönetici: 1) Konarser ve ferrite kadar, o zaman yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş betona göre, iki fazlı ( ⁇ + α) bölge ve eutectoid dönüşümün% 1045'i ısıtır.

Yüksek performanslı Çelik Çeliklerin Annealingini Arpheroidize

Hipereutectoid çelikler için (örneğin, 1095, 1.0% C) ve yüksek karbon aletleri çelikleri için, genişletilmiş bir süre için (daha fazla 20 saate kadar) veya bir döngünün altında ısınır.[Dönetici:0)[Düzg:2))

Zorlama ve Tempering

Sertliği artırmak için, çelikler bir şekilde ısıtılır, ancak hızlı bir şekilde boşaltılır ve yaklaşık 250 °C (M °C, bu kompozisyonun bir kısmı) yüksek çözünürlükte ısıtılır.

Sınırlar ve Ortak Yanlışlar

Fe-C aşamasının paha biçilmez diyagramı olsa da, uygulayıcıların tanıması gereken sınırlamalar vardır:

  • [FONT:0]Equilibrium koşulları: [Dönem: 1) diagram sonsuz yavaş soğutma veya ısıtma gerektirir. Gerçek süreçler sonlu oranları içeriyor, bu yüzden diyagramda gösterilen aşamalar ortaya çıkamayabilir veya metastable aşamalar (evcut, bainite) bunun yerine form verebilir.
  • [FONT:0]Tüm elementler: [Dönetici: 0:0)) Tüm ticari çelikler, manganez, silikon, fosfor ve sık kromyum, nikel, molybdenum, vb. gibi faz sınırlarını değiştirir (örneğin, bir mikrop)
  • [FONT:0) Grafit vs. çimentoite: [Dönetici: [Dönetici:0] Standart diyagramı Fe-Fe) 3[D:0) C, Hel-C. için, dükleyici ve gri demirler için, grafiksel ve eutectoid pozisyonları ile kullanılmalıdır.
  • [FONT:0]Etraflar hakkında bilgi yok: [Dönem: 0,4] Grafik, TTT veya CCT verileri gerektirir. Mühendisleri genellikle proses sıcaklıklarını belirlemek için faz diyagramını kullanır ve sonra kinetik modelleri kullanın.

Yaygın bir yanlış anlama, eutectoid kompozisyonun 727 °C'de% 0,6'sı olduğu anlamına gelir, bu değerler küçük miktarlarda alaşım elementleri ile değişir.For flat karbon çelikleri için (< 0,5% Mn ile), eutectoid yaklaşık 0.80% C ve 727 °C'dir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Demir-Carbon faz diyagramı gerekli bir sınav konusundan çok daha fazlasıdır - bu, yüksek çözünürlükte olan bir uygulama alanıdır.Döneticileri tanımlamak için kullanılan temel aşamaları (örneğin, bir dönüşüm kinesi, grafik) ve stabilite aralıkları, malzeme mühendisleri, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yer alır.