Giriş: Heat Tedavisinin Vakfı

Demir karbon diyagramı, malzemelerin bilimi ve mekanik mühendisliğindeki en temel araçlardan biridir. Demir-karbon alaşımlarında mevcut aşamaların grafik gösterimini sağlar (küreler ve demir-karbon diyagramları) bir sıcaklık ve karbon içeriği işlevi olarak Mastering this diagram, modern çelik bileşenleri güvenilir ve dayanıklı mühendislere özel uygulamalar için ısıtılmasına olanak sağlar.

Faz dönüşümleri net bir anlayış olmadan, ısı tedavisi tahmin edilir. diyagram, ferrite, austenite ve çimentolu form veya yok, ve hızlı bir soğutmanın neden martensite olarak kilitlenebileceğini açıklar.Bu makale demir karbon diyagramı ve pratik sertleştirici ve mizleme döngüleri arasındaki ilişki üzerinde genişliyor, her adımın arkasındaki bilime daha derin bir bakış açısı sunuyor ve çeşitli çelik notlar için sonuçları nasıl optimize edebilir.

Demir-Carbon Diagram: Fazlar ve Kritik Noktaları

Grafiki etkili bir şekilde uygulamak için, ilk önce anahtar özelliklerini anlamalıdır. dikey eksen ve karbon içeriği üzerindeki ısılar (tipik olarak 0 ila 6.67 dan% Fe-Fe) 3C) dikey eksende karşılaşılan önemli aşamalar şunlardır:

  • [FONT=0)Ferrite (α-iron))[Uygunlukta bir vücut merkezli bir metre (BCC) yapısı sadece çok küçük bir karbon miktarını çözebilir (maximum ~0.022% 723°C).
  • [FONT:0)Cementite (Fe[DÜDÜDÜDÜDÜ:2)[DÜDÜ: 3 ): Bir konmetalik bileşik, 6.67 wt% sabit karbon içeriği ile zor ve çevik, ferrite dağıtıldığında bir güçlendirme aşaması olarak hareket eder.
  • [FONT:0)Austenite ( ⁇ -iron))[değiştir | kaynağı değiştirilmiş bir metre (FCC) yapısı yüksek sıcaklıklarda istikrarlı (tipik olarak 723°C) Austenite, maksimum% 211 wt karbonunu tek başına olmayan ve nispeten iyonik olmayan bir karbona kadar çözemez.
  • [FONT=0)Pearlite[[[Dönetici: 1 ): Bir muzin ve çimentoluların karışımı, austenite serinleri yavaşça eutectoid sıcaklık (723°C) ile yavaşça ısıtılırken, incirlerin mekanik özellikleri, iç içe dönük bir şekilde yayılmaya bağlıdır.
  • [FONT:0]Martensite[[DÜDÜT:1): Hızlı soğutma sırasında bir difüzyonsuz dönüşümü ile oluşturulan bir vücut merkezli tetragonal (BCT) yapısı.

Grafikte işaretlenen kritik sıcaklıklar, [Döneticiler için] A1 hattı[Dönetici:0)) ve [Dönetici sıcaklığı, 723°C), [[Dönemli çelikler için çimentolu yağışların başlangıcı (Döneticilerin) tanımladıkları bölgeleri tanımlamaktadır.

Daha derin bir bakış için diyagramın inşaatına ve tam faz sınırlarına bakın, buna göre İngilizce eğitim kaynağı Cambridge Üniversitesi'nden ).

Eutectoid Reaksiyonu: The Heart of Heat Treatment

723°C ve 0.76% karbon, diyagram bir eutectoid noktası gösterir. İşte tek bir sağlam aşama (austenite) iki katı aşamaya dönüşür (ve hızlı soğutma ve çimentolu) soğutmada: ⁇ → α + Fe)3).Bu tepki, her iki yavaş soğutma sırasında mikroyapının nasıl gelişeceğini belirler (barış) ve hızlı soğutma (mu) ve hızlı soğutma (daha az% 0,6 ile).

Eutectoid kompozisyonunu anlamak, proeutectoid ferritin varlığı olarak zorlanabilir bir şekilde çözülürse, çoğu sert alet çelik ve düşük-tüm çelikler hipotansoid veya yakın-eutectoid olarak, proeutectoid ferrite varlığı, austenitizasyon sırasında düzgün bir şekilde çözülmemişse sertliği azaltabilmektedir.

Diagram kullanarak Sertleştirici Döngüsü Tasarımı

Sertleştirme üç adımlı bir süreçtir: homojen bir austenite oluşturmak için ısıtma, bu adımların her birini karbon ve alaşımlama elementlerini tamamlamak için soaking. ve sonra diffüzyon kontrollü dönüşümleri bastırmak için yeterince hızlı bir şekilde gider (pearlite veya bainite) ve form martensite.

Adım 1: Austeniting Sıcaklık Seçimi

Çelik gider.(c))))))) (Dörtücük) veya A3 (Dörtücük) veya s.Acm) (örneğin, hipereutectoid) hattının tamamen kritik bir çizgiye dönüştürülmesi için, tüm karbonun çözümlenmesini ve büyüklüğün yaklaşık 78 °C olmasını sağlamak için.

Hipereutectoid çelikler için (örneğin, 52100 yatak çelik, 1.0% C), A1 ve Acm arasındaki karbon içeriklerinin denge ve dengeyi korumak için iki fazlı bir bölge (bircm) arasındaki alanın iki fazlı bir şekilde çözülmesi gerekir.

2. Adım: Soaking Time

Kısm hedef sıcaklığına ulaştığında, yüksek karbonlu çelikler için uzun süre boyunca yapılmalıdır. Demir karbon diyagramı doğrudan kinetik veriler sağlar, ancak operatöre en yüksek karbonlu ısı transferine bağlıdır.

Adım 3: Quenching ve Martensite Formasyon

Hızlı soğutma, zaman-Temperyature-Transformasyon (TTT) eğrisini kaçırmak için gereklidir. kritik soğutma oranı çeliklerin zorlanabilirliğine bağlıdır, ki bu da kromat gibi alaşım elemanların etkisi altındadır ve demir karbon içeriği hem de sadece Bayan Mf (evcut) için CCT’yi (kontucu bir şekilde soğutma diyagramları kullanırız)

Yavaşlama sırasında, austenite martensiteye bir difüzyonsuz hear işlemi ile birlikte geçiş yapar, yüksek sertliğe sahip süper doğrdur, aynı zamanda kırılmaya veya çatlaklara neden olabilir. Quenching media su, petrol, polimer çözümleri ve hava için (havadan çıkarma çelikleri için).

Desired Properties için Tempering Cycles

As-quenched martensite neredeyse herhangi bir pratik kullanım için çok fazla sarsıcı. Tempering, A1 hattının altındaki bir sıcaklıka yeniden ısıtılır, karbonu önceden hesaplamaya ve martensiteye kadar süzmek için, muza karbonun yüksek oranda ısıtılmasına yardımcı olur.

Tempering Aşamaları

Tempering genellikle sıcaklık artışları olarak dört aşamaya bölünmüştür:

  1. [FONT=0) 1. ([B))[Uygunda karbon kümeye ve form epsilon lübünlere (Fe)2.4) martensite lattice küçültülüyor, tetragonaliteyi azaltır.
  2. [FONT:0] 2 (200-300 °C)[Dönetici: Retained austenite (eski yapıda temsil) bainite veya ferrite artı liklere dönüştürür. Bu, kontrol edilemeyen küçük bir artışa neden olabilir.
  3. [03.2015:0) 3 (300-4-5C) )) [Dönetici: 2) 3 [DÜDÜDÜye ait 3 ), epsilon lübünlerden ve matrixten form almaya başlar. Çelik bu aralığın sonunda, sertliği önemli ölçüde artırır.
  4. [FONT:0] 4 (4-5C-A1))[değiştir | kaynağı değiştir] ve ferrite matrisi geri kazanmaktadır. Sertlik düşüşe devam eder ve dayanıklılık ve sertliği artırmak için de kullanılabilir.

En iyi mizaç sıcaklığı son sertliğe bağlıdır.Maktolar için düşük sıcaklık sıtma (150-20 °C) yüksek sertliği koruyor. 400-650 °C'de ısınan sıtma elemanların daha iyi sertliği belirtemez, ancak bu sıcaklıkın A1'in altında yeni austenite oluşturmak için kalmamızı hatırlatıyor.

Zaman ve Çok Lisansları Tempering Time and multiple Cycles

Endüstriyel uygulama genellikle yüksek performanslı çelikler için çift veya üç lik likidite kullanır, özellikle önemli olanlar austeniteyi daha da iyi bir şekilde korurlar ve stresleri rahatlatır.Tükleer-karbon diyagramı döngüsü, zaman zaman zaman aralığının 1 ila 2 saatliğine doğrudan bir rol oynamaz, ancak dönüşüm oranlarının sıcaklıkla artmasını anlamaz (Arrhenius davranışları) programlarda ayarlamaya yardımcı olur.

Belirli alaşım çeliklerinin üzerindeki sıcaklıklarında mizaçların, faz dönüşümlerinden ve amplitüsyonlarından dolayı oksidasyonlara neden olabileceğini belirtmek önemlidir.[T:0)Bu makaleye göre daha derin metalurjik bir arka plan sağlar.

Lisans Tasarımı için Pratik Değerlendirmeler

Demir karbon diyagramı teorik faz equilibria sağlarken, gerçek ısı tedavisi, geometri, fırın atmosferi ve sonraki operasyonlar için dikkate alınmalıdır. İşte başarılı sertleştirme ve mizleme için önemli noktalar:

  • [FONT:0)Decarburizasyon[DÜDÜT:1): Bir o oksitli atmosferdeki ısı, etkili kompozisyonu değiştirmek, koruyucu atmosferi kullanın (doğraf gaz, azot, vakum) karbon içeriği korumak için.
  • [FONT=0]Distortion ve Cracking): Hızlı bir şekilde ısı ve dönüşüm stresi yaratır. Pre ısıtma karmaşık şekiller, martempering (sadece Bayan, sonra hava soğutma) veya gider basın teknikleri problemleri azaltabilir.
  • [FONT:0) Doğru Çelik'i () Seçin: Grafik, beklenen sertliğe doğru karbon içeriği ile bir çelik seçmeye yardımcı olur.
  • [FONT=0)Sub-zero Treatments[[DÜT 1: 1 ): Maksimum sertlik (örneğin, yatak veya aletlerde), oda sıcaklığının altında soğutma (örneğin, 80°C) sıtmadan önce marteni sitesine dönüştürülür.

Ayrıca, modern hesaplama araçları (JMatPro® gibi) bu simülasyonları yorumlamak için çok sorumlu etkiler de dahil olmak üzere demir karbon sistemini kullanarak faz fraksiyonları ve özellikleri taklit eder.

Vaka Çalışması: 4140 Çelik Bir Kiriş

4140 çelik (yüzde 0,9 C, 0.9% Cr, 0.2% Mo) mil düşünün, 42-46 HRC'nin sertliği gerektiren demir karbon diyagramı,% 0,5 C'lik bir hattın yaklaşık 7 °C'ye ulaşması için, önerilen bir sıcaklık 845°C'dir (800-900 °F) iki saat boyunca sertliği artırmak için iki katına çıkar.

diagram olmadan, bir operatör 950°C'ye (gerekli tahıl büyümesi) veya 800 °C'ye kadar (sonsuz austenitizasyon) yanlış bir şekilde aşırı ısıtabilir.

Sonuç: Demir-Carbon Diagram Bir Yaşam Aracı Olarak

Demir karbon diyagramı çelik ısı tedavisinin yatakrocku olarak kalır. Mikrobiyasyon ve giderleme sırasında saygı gösterilmelidir. Aşırı ısı (aşırı yüksek karbonda kısmi erime) ve aşırı ısıtılması tehlikelerini uyarır (sonsuz dönüşüm).

Ancak, diyagram sadece bir başlangıç noktasıdır. Gerçek dünya çelikleri mangan, silikon, kromyum ve bu pratik düşüncelerle faz sınırlarını ve dönüşüm kinetiğini değiştiren diğer elementler, TTT/CCT diyagramları ile sürekli olarak çelik üreten, alaşım eklerinin etkilerini anlamak ve fırın kapasitesi ve parça büyüklüğü gibi pratik kısıtlamalar dikkate almalıdır.

Onların anlayışını derinleştirmek isteyenler için, ASM Handbook Volume 4: Heat tedavi etmek ve klasik metinleri:0)Çelikler: Heat Treatment and Processing Principles[Döntgenler tarafından · George Krauss tarafından geniş bir rehberlik sunar. demir-karbon diyagramı eski bir relic değildir; bu, binlerce ısı deneyi bir özettir ve bunu doğru bir şekilde zanaatkardan bilime doğru bir şekilde yükseltmektedir.