Giriş: Demir-Carbon Diagram Çelik Tasarım Vakfı Olarak

Demir karbon faz diyagramı, mikroyapısal evrimi termal işleme sırasında tahmin etmek için kullanılan temel araçlardan biri olarak duruyor. - ağırlıkta 0.76 karbon içeren bir grafiksel gösterimini ortaya koyuyor - bu da, demir-karbon alaşımlarının farklı sıcaklık ve karbon kompozisyonlarında, mühendislere mikroyapısal evrimi tahmin etmek için sağlar.

Demir karbon diyagramının hipo ⁇ çeliklerin mikroyapısını nasıl bilgilendirdiğini anlamak, uygun ısı tedavilerini seçmek, hizmet performansını tahmin etmek ve belirli gereksinimlerin alaşımlarını tasarlamak. Bu makale faz dönüşümlerini, mikroyapısal özelliklerini, mülk korelasyonlarını ve demir karbon sisteminin lensi aracılığıyla hipotezlerin pratik kullanımlarını araştırıyor.

Demir-Carbon Sisteminde Faz Equilibria

Anahtar Fazlar ve Kristal Yapıları

Demir karbon diyagramı birkaç fazın stabilite bölgeleri haritalar. Yüksek sıcaklıklarda, austenite ( ⁇ -Fe) bir yüz merkezli bir küp (FCC) demirde karbonun sağlam çözümü, yüksek karbonla %11'ye kadar çözülebilen bir yapı var - 727 °C'nin en yüksek sıcaklıklarında %22'ye kadar, Cücelal bir bileşik ile birlikte veya homojen bir bileşiktir.

Eleştirel Sıcaklıklar ve Faz Boundaries

Bazı değişken noktalar ve diyagramlar özellikle hipoeutectoid çelikler için ilgilidir. A1 sıcaklık (eutectoid sıcaklık) 727 °C, ac) ile ilgili hipereutectoid çelikler için, birincil hatlarda 0% 912 °C'den 727 °C'ye kadar eğimi tanımlar.

Bu aşama sınırları, alaşım elemanlarının yanı sıra, bu nedenle pratik ısı tedavisi genellikle A3 ve A1 sıcaklıkları her çelik sınıfına özgü olarak, ikili Fe-C diyagramı dışında, ancak ikili diyagramı daha karmaşık ticari alaşımları yorumlamak için gerekli temel anlayış sağlar.

Hipoeutectoid Çelikleri Tanımlamak: Kompozisyon ve Sınıflandırma

Karbon Content Range ve Eutectoid Point

Hipoeutectoid çelikler, 0.02-0.3 C'nin altındaki karbon içerikleriyle tanımlanır; 0.30-0.6 C'nin orta karbon çelikleri.% 0.6 C, çelikler hala hipotekozmiktir, ancak% 0,0-0.3 C ile çelikler genellikle daha fazla incelal olarak sınıflandırılır.

Eutectoid noktası 0.76% C önemli çünkü austenitenin tamamen birincil ferrit veya çimentolu herhangi bir temel olmadan incindiğini temsil eder. Hipoeutectoid çelikler bu nedenle her zaman eutectoid dönüşümünden önce bazı formlar içerir, dengenin incinit olduğu.

Standart Grades and Designations

Mühendislik hipoeutectoid çelikleri çeşitli sistemler altında sınıflandırılmaktadır.206-SAE notları 1018 (0.18% C), 1045 (0.45% C), ve 1060 (0.6% C) komplikeli çelikler, ASTM A36 (0.26% C max) ve A572 Grade 50 aynı zamanda bu kategoriye girer.

Hipoeutectoid Çeliklerin Mikroyapımları

Proeutectoid Ferrite: Morphology and Distribution

Hipoeutectoid çelik soğutma sırasında ilk aşama proeutectoid ferrite. morfoloji, soğutma oranına çok bağlıdır ve önceki austenite tahıl büyüklüğüne bağlıdır. Yavaş soğutma koşulları altında - ekin veya normalleştirme - bir Widmanstätten morfolojide nüklemortler, bu sınırları boyunca sabit bir tahıllar oluşturur ve sürekli bir ağ oluşturur.Bu tahıl sınırı boyunca.Bu tahıl sınırı ile ilişkili olarak daha yumuşak ve eritir.

Proeutectoid ferrite miktarı, karbon içeriği olarak eutectoid kompozisyonu yaklaşımlar.% 0.2 C çelik için, mikroyapı yaklaşık% 75 ferrit ve% 25 inci içerebilir, 0.6% C çelik yaklaşık% 80 ferrite ve% 80 incitten oluşur.

Pearlite: Lamellar Structure and Interlamellar Spacing

Pearlite, geri kalan austenite (yaklaşık 0.76% C) eutectoid ısıya ulaşırken meydana gelir.Nükleasyon genellikle ferrit-austenite arayüzleri ile gerçekleşir ve koloniler bir başka kişiye zarar vermeden önce iyileşir.

Lamellar incirit yapısı verimli bir kompozit-benzem mekanizması sağlar. Sert çimentolu lamellae ayı yükü, ferrite lamellae'nın kanallarını artırdığı sırada, incirlerin hacimsel kısmını arttırır, çelikin toplam gücünü ve sertliklerini yükselterek geçirebilmeyi sağlar.

Soğutma sırasında Mechanisms

Nucleation ve Ferrite'nin Büyümesi

Hipoeutectoid çelik tamamen austenitik bölgeden soğutulduğunda, ilk dönüşüm olayı A3 ısının altından çıkar.Süresel olarak austenitenin tercih ettiği gibi, ferrite çok düşük karbon çözünürlükte bulunur.Bu karbon zenginleştirmenin geri kalanının geri kalanının düşmesine yol açar.

Ferrite büyüme kinetics, daha yüksek dönüşüm sıcaklıklarında (daha küçük üşütme), diffüzyon hızlı ama sürüş gücü küçük, koarse, equiaxed ferrite tahıllar ile bir araya gelir. daha yüksek sürüş gücü, daha yüksek verimle bir araya gelir, genellikle acik ferrite morfolojileri ile bir araya gelir.

Karbon zenginleştirilmiş Austenite

Kalan austenite yaklaşık 0.76% C ve sıcaklık 727 °C altında düşerken, eutectoid dönüşüm devam eder. İncil bir tahıl sınırlarında veya ferrite-austenite arabirimleri ile ilgilidir. Dönüşüm, iki aşama arasında karbon bölmesi ile birlikte iyileştirici hızlar üretir.

Sürekli soğutma (daha düşük sıcaklıklara karşı), normalleştirilmiş çelikler genellikle aynı kompozisyonun dağıtımını ortaya çıkarır - daha hızlı soğutma oranı daha düşük sıcaklıklarda (finer spacing) bu formların bir kısmını oluşturur.

Sürekli Soğutma Dönüşümü Diagrams

Pratik ısı tedavisi için sürekli soğutma dönüşümü (CCT) diyagramları, tek başına denge demir-karbon diyagramlarından daha kullanışlıdır. CCT diyagramları, dönüşüm başlangıçlarını ve bitirme sıcaklıklarını ferrite, inci, bainite (suyu) ve martensiteyi soğutma oranı işlevleri olarak azaltır, tamamen daha yüksek soğutma oranlarına yol açar.

Faktörler As-Cooled Microyapısını Etkiliyor

Soğutma Hız Etkileri

Soğutma oranı hipoteutectoid çelikler için en önemli işlem değişkenidir. Çok yavaş soğutma oranları (1 °C /min veya daha az), ferrit ve incir dönüşümleri yüksek sıcaklıklarda meydana gelir ve koarse mikroyapıları büyük mayalı tahıllar ve yaygın olarak uzaylanmış incitilir. Soğutma oranı arttıkça, dönüşüm sıcaklık azalır, ferrite tahıl büyüklüğü azalır, incirler arası ve hala yüksek oranda azalır.

Uygulamada, bölüm kalınlığı önemli bir rol oynar, çünkü daha ağır bölümler yüzeyde olduğundan daha yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaştır.Bu, yüzeyde ve koarser, yumuşak malzeme ile yüksek parçalar tasarlarken bunu dikkate almalıdır.

Önceki Austenites Boyutu

Dönüşüm öncesi austenite tahılların büyüklüğü, son ferrite mikroyapı üzerinde güçlü bir kontrol uygular. Güzel austenite tahıllar birim hacmine daha fazla tahıl sınır alanı sağlar, ferrite için daha nüklement siteleri yaratır.Bu sonuçlar iyi bir ferrite oluşumunda, her iki katına da elektriksel özellikleri geliştirir.

Metalur Ekleitions

İkili demir karbon diyagramı temel, ticari hipoeutectoid çelikleri her zaman faz istikrarı ve dönüşümü değiştiren elementleri içerir. Manganese, hemen hemen hemen tüm çelikler% 0,5-2.0, bir molybden ve daha düşük bir molyoid sıcaklığı stabilize eder. Ayrıca sert çözünürlükte ve yüksek çözünürlükte, yüksek ısıtılabilirliği ve yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte ve yüksek çözünürlükte bir şekilde artar.

Mikroyapı-Property Relationships

Güçlü ve Sertlik Ferrite-Pearlite Oranına bağlı

Hipoeutectoid çeliklerin mekanik özellikleri, karbon içeriği ile öngörülebilir bir trend takip eder. Karbon artışı olarak, incirlerin hacmi azalır ve hem güç ve çekme gücü yükselir.% 0.2 C çelik için verim gücü% 250 MPa'da% 0,8'de, verim gücü 400-450 MPa'ya ulaşabilir, ancak elongasyon azalır. Bu işlem güç ve iyonluk arasındaki bu işlem, yapısal uygulamalar için çelik seçimi temeldir. Sertlik, yaklaşık 120'den fazla düşük karbonlu dereceye kadar yükseldi.

Ferritej Boyutu

Ferrite tahıl büyüklüğü, Hall-Petch ilişkisi aracılığıyla güç verir: ⁇ )[Dönetici:0 + k)[Dönetici[Dönetici)[Dönetici: 1 ), kontrol edilen ve soğutmalı çeliklerin arkası, yüksek miktardaki tozlu birleştirici veya sertleştirici kullanımlar sırasında verim artışı sağlar.

Pearlite Interlamellar Spacing and Strength

İncirlik gücü, kontraseptiflerle ters bir ilişki takip eder, Hall-Petch etkisine benzer. Finer spacings, gemici arayüzü sayısını artırmakta fayda sağlar.[Döneticileri değiştir][Döneticileri değiştirmiş, ki, incirleri ve dikte edenleri azaltacaktır.

Hipoeutectoid Çeliklerin ısıl tedavisi

Tam Annealing

Tam ekleme, ısıtma hipoeutectoid çeliklerini 30-50 °C'ye içerir, tam austenitizasyon sağlamak için tutar, sonra yavaş yavaş yavaş makineli ve soğuk formlar olmadan önce kakao ve incirleri üretir. Bu tedavi çelikleri yumuşar, yüksek çözünürlük ve machinability geliştirir ve sıcak çalışmadan sonra tahıl yapısını geliştirir.

Normalleşme

Normalleştirme, A3'ün üzerinde hava soğutması takip eden austenitasyon içerir. Daha hızlı soğutma oranı yapısal çelikler ve ısıtılmış interlamellar spacing, daha güçlü, daha fazla mikroyapı üretmek için yaygın olarak kullanılır.

Quenching ve Tempering

Yeterli karbon içeriği ile hipotanoz çelikler için (tipik olarak 0.3% C), yukarıdan gelen bir ısıtılır, bir vücut merkezli tetragonal yapı ile sert bir fazı. Quenching, belirli çelik kompozisyon ve bölüm büyüklüğü için kritik bir sıcaklık oranı gerektirir. Tempering daha sonra A1 (tipik olarak 200-650 °C) ve tutmak için yüksek sıcaklık uygulamaları sağlar.

AusInfo and Thermomechanical Processing

Gelişmiş işlem rotaları, yüksek mülklere ulaşmak için dönüşümle birleştirir. Kontrollü olarak, hipotanoz çelik, kondüktör ve yapısal uygulamalarda kullanılan yüksek karbon içeriklerini veya pahalı alaşım eklemeleri olmadan yüksek miktardaki yüksek miktarda çelik için yaygın olarak kullanılır.

Hipoeutectoid Çeliklerin Pratik Uygulamaları

Yapısal ve İnşaat Çelikleri

Düşük karbon hipoeutectoid çelikler (0.15-0.3% C) inşaat endüstrisinin arka kemiğidir. A36 çelik, yaklaşık% 0,5 C ile, iyi kaynaklanabilirlik sağlar, orta güç (250 MPa verim), ve mükemmel yüksek çözünürlükte kirişler için, sütunlar ve plakalar gibi yüksek güçlü notlar sağlar.

Otomotiv ve Ulaşım

Orta karbon hipoeutectoid çelikler (0.30-0.5% C) daha yüksek güç gerektiren otomotiv bileşenleri için kullanılır. Örneğin, axles, miller, dişliler ve crankshafts için kullanılır. Bu bileşenler genellikle güç, sertlik ve yorgunluk direncine sahip olan demiryolları için gerekli çelikler alır. Normalleştirilmiş veya giderilen durumda, yüksek çözünürlükte bulunan ve yük devre dışı kalıcı bir şekilde muhafaza edilir.

Boru ve Enerji Uygulamaları

Hipoeutectoid mikroalloyed çelikler, yağ ve gaz boru hatları için birincil malzemelerdir. Grades such as X65 ve X70, düşük karbon (0.10% veya daha az) niobium, koruyucu kesim ve titanyum kontrolleri ile birlikte, yüksek çözünürlükte küçük bir miktar ile ultrafine ferrite mikroyapı oluşturur ve termomekanik işlem sırasındaki dönüşüm davranışını tahmin eder.

Hipoeutectoid Mikroyapıların Karakterizasyonu

Optik Mikroscopy ve Etching

Routine mikroyapımsal hipo-etkili çeliklerin analizi optik mikroskobuyu koyu ve solgun örnekleri kullanarak hızla karbon içeriği tahmin eder.Crite tahıl büyüklüğü, nital (ni Etric asit in eh) mayınlı bölgeleri ve incitleri karanlık olarak ortaya çıkarır, lamellar doğrudan çelik üretiminde kalite kontrolü için kullanılır.

Taramalı Elektron Mikroscopy

Mekanik elektron mikroskobu (SEM), ferrit ve çimentolu spektroskopi (EDS) ile ilgili üç boyutlu üstografiyi ortaya koyarken, yeni hipotanozal notların araştırma ve gelişimi için temel oluşturur. Enerji-dispersif X-ray spektroskopi (EDS) element dağılımını tanımlayabilir ve bu etki özelliklerini tespit edebilir veya önceden tespit edebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Demir karbon diyagramı, hipoeutectoid çelik mikroyapıları anlamak ve diyagramlar tarafından kurulan ve metalurjistlerin bu bilgiyi, kompozisyonları, tasarım ısı tedavilerini seçmek ve geniş bir uygulama yelpazesinde performans tahmin etmek için önemlidir.

Modern çelikler, birçok alaşım elementleri ve karmaşık işleme rotalarını içeriyor olsa da, ikili demir-karbon sisteminden elde edilen temel kavramlar, malzemeler mühendisliğine merkezi kalır. Bu ilkelerin Ustası, mevcut altyapı, ulaşım ve enerji sistemleri ile ilgili talep edilen mikroyapılarla çeliklerin gelişimini sağlar.