Iron-Carbon Alloys'a Giriş
Demir-karbon alaşımları, çelik olarak yaygın olarak bilinen, modern endüstriyel medeniyetin arka kemiği oluşturur. gökyüzünden ve köprülerden araçlara ve kesme araçlarına kadar, bu malzemeler, son derece enerji dengesinden, iyonun özelliklerinden ve maliyetten etkisizlik nedeniyle önemlidir.
Demir-karbon alaşımlarında sıcaklık bağımlı faz değişiklikleri anlamak mühendisler ve metaluristler için kritiktir.Bu dönüşümleri ısı tedavisi aracılığıyla kontrol etme yeteneği, belirli uygulamalar için uygun olan malzemelerin üretimini ve pratik endüstriyel uygulamaları ince sıcaklık kontrolü için aynı alaşım kompozisyonu mümkün kılar.
Tarihsel Context ve Önemi
Metal özellikleri binlerce yıl geriye dönük olarak değiştirmek için ısının kullanımı, ancak adı taşıyan bilimsel anlayış, 19. ve 20. yüzyıllardır süren modern fiziksel metalikler için zemin çalışmasına dayanıyordu.
Karbon Sınıflandırması
Karbon yüzdesine dayanarak, demir-karbon alaşımları üç kategoriye geniş ölçüde sınıflandırılmaktadır:
- [FONT:0) Düşük karbon çelikleri (% 0,3 C) [Düzücü: 0,4; yumuşak, kanal, ve kolayca formlanabilir. Yapısal kirişler için kullanılır, araba vücut panelleri ve boru hatları.
- [FONT:0)Orta-karbon çelikleri (% 0,6–% C): [Döneticileri ile yüksek güç. dişliler, miller ve demiryolu parçaları için kullanılır.
- [0] Yüksek karbon çelikleri (% 0,6-2.14% C): [Düzg: 1) Yüksek sertlik ve direnç giymek ancak sertliği azaltmak için kullanılır.
Karbon ile% 214'ün üzerindeki yüzeyler, eutectic bir yapı içeren ve farklı sağlamlaştırma davranışı sergileyen demirler olarak sınıflandırılmaktadır. Bu makale, çelik aralıkları üzerinde yoğunlaşmaktadır, katı-devlet faz dönüşümleri en pratik olarak ilgilidir.
Temel faz Dönüşümleri
Sıcaklık değişiklikleri olarak, demir-karbon alaşımları birkaç katı-devlet faz dönüşümleri geçirdi. Her dönüşüm demir atomlarının düzenlenmesini ve karbonun dağılımını değiştirir, eşsiz özellikleri olan farklı mikroyapılara yol açar. Bu değişiklikleri kontrol etmek için anahtar, denge aşaması diyagramı ve non-equilibrium dönüşümleri anlamakta.
Demir-Carbon Sistemindeki Fazlar
Aşağıdaki aşamalar çelik mikroyapıların bina bloklarıdır:
- [FONT=0)Ferrite (α-Fe): Bu, Curie noktasının altında vücut merkezli metre (BCC) fazıdır, oda sıcaklığında stabildir.
- [FONT:0]Austenite ( ⁇ -Fe): ), yüksek sıcaklıklarda (onbove 912°C) stabil olan bir yüz merkezli bir küp (FCC) aşamasını çözmüş, ancak stabilite aralığı karbon ve diğer alaşım elementleri tarafından değiştirilebilir.
- [0]Cementite (Fe3C): ), Sabit bir çelik ve karbon bileşiklerinin sabit bir bileşimi ile 6,67% C. Çimentoite son derece zor ve tuzlu görünüyor.
- [FONT:0)Martensite:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönemli) bir vücut merkezli bir tetragonal (BCT) yapısıyla donatılırken çok sert ve güçlü ama aynı zamanda da sert.
- [FONT:0)Pearlite:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: ·0) Farklı bir aşama değil, bir panrit ve çimento karışımının bir tabakalı karışımını belirler.
- [FONT:0)Bainite:[[Dönetici:0) Bir başka non-equilibrium mikroyapı, ferrite ve çimentolu (veya lübüs) soğutma ara oranlarında, karakteristik aciküler veya tüylü morfoloji ile oluşur.
Demir-Carbon Faz Diagram
Denge demir karbon faz diyagramı demir metalurjinin bir temelidir. Karbon içeriğine karşı hava sıcaklığı arsa ve her durumda yavaş soğutma (near-equilibrium koşulları altında sabit aşamaları gösterir).
- [FONT=0]Eutectic point:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici] 4,3 C ve 1147°C'de, sıvının doğrudan bir austenite ve çimentolu (ledeburite) karışımına dönüştüğü yer.
- [FONT=0]Eutectoid noktası: [DDDD: 1 )% 0.76 C ve 727°C'de, austenitenin ve çimentolu (pearlite) bir karışıma dönüştüğü yerde, bu, çelik ısı tedavisi için en kritik noktadır.
- [FONT=0)Ferrite + Austenite bölgesi: Karbon içeriğinde% 0.76 (hypoeutectoid çelikler), austenite faz alanından soğutma, eutectoid dönüşümünden önce proeutectoid ferrite yol açar.
- [FONT:0)Cementite + Austenite bölgesi: Karbon içeriği% 0.76'nın üzerindeki karbon içeriği (% 0,6'nın üzerindeki) (hipperectoid çelikler), eutectoid reaksiyondan önce proeutectoid çimentolu.
- [FONT=0)Solid çözümü sınırları:[Dönetici:[Dönetici:0)Köpektifde karbonun en yüksek çözünürlükte (α) çok düşükken, austenitede ( ⁇ )% 214'e ulaşır.
diagram bir referans olarak hizmet eder, ancak gerçek endüstriyel ısı tedavileri genellikle restesiz soğutma oranları içerir, martensite ve bainite gibi metastable aşamalara yol açar.For such conditions, Time-Temperature-Transformasyon (TTT) ve Sürekli Soğutma Dönüşümü (CCT) diyagramları kullanılır.
Eleştirel Dönüşüm Sıcaklıkları
Birkaç önemli sıcaklık çelik dönüşüm davranışını tanımlar:
- [FONT:0]A1 (düşük kritik sıcaklık): ) 727°C'nin bu sıcaklıkta, eutectoid dönüşümü meydana gelir.A1 Aşağıda, austenite artık stabil değildir.
- [FONT:0)A3 (Dönetici çelikler için kritik sıcaklık): ), hangi ferritenin tamamen ısıtmaya dönüştürdüğü sıcaklık.
- [FONT:0]Acm) (Feltoksit çelikler için kritik sıcaklık): [Döneticileri tamamen çözüldüğü ısıtılır.
- [FONT:0]Ms (evden başlangıç) ve Mf (evden bitirme) sıcaklıklar: [DFLT:1), Bunlar karbon içeriği ve alaşım elemanlarına bağlıdır. Bayan karbon içeriği arttıkça, genellikle,% 0.2 C çelik yaklaşık 450°C'dir, çünkü% 0.8 C'ye göre genellikle yüksek karbon çelikleri için oda sıcaklığının altında kalır.
Bu sıcaklıkları anlamak, mühendislere istenen mikroyapıları üreten ısıtma ve soğutma döngüleri tasarlamasını sağlar.
Faz Değişiklikleri Mikrooskopik Mekanizmalar
Demir-karbon alaşımlarında faz dönüşümü, difüzyon-kontrollü veya difüzyonsuz mekanizmalar yoluyla gerçekleşir. Soğutma oranı hangi mekanizmanın hangi mekanizmaya hükmeddiğini belirler.
Diffüzyon-Kontrol Dönüşümleri
Soğutma, karbon atomlarının önemli mesafelere yayılmasına izin vermek için yeterince yavaşlandığında, dönüşümler nükleksiyon ve büyüme ile devam eder. Örneğin, austenite A1'in altında serinlenirken, eutectoid decomposition formlar incitir: ferrit ve çimentoluluklar daha yüksek güç ve sertleşir.
Benzer şekilde, proeutectoid ferrite veya çimentolu yüksek sıcaklıklara eutectoid reaksiyona bağlı olarak, karbon içeriğine bağlı olarak daha yüksek sıcaklıklara öncelik verir.Bu dönüşümler, karbon difüzyonu ile austenite ve dönüşüm arayüzünde kontrol edilir.
Martensitic Dönüşüm
Eğer austenite çok hızlı (könemen) Bayanın altına soğursa, karbon atomları sadece zamana kadar yayılmaz. yerine, FCC austenite bir hear (displacive) bir BCT martensitesine dönüşüm yaratır. Bu dönüşüm, karbon içeriği ile artar, ancak brittlezisyon miktarı yalnızca zamana kadar değildir.
Bayan sıcaklığı ısı tedavisi için kritiktir. Soğutma oranı, incinit veya bainite oluşumundan kaçınmak için yetersiz ise, son mikroyapı bir karışım olacaktır ve tam sertlik kavramı elde edilemez olabilir. Sertlik kavramı - çelikin derinliğinde yer almasının yeteneği - kompozisyon ve soğutma oranı üzerinde.
Zaman-Temperature-Transformasyon (TTT) Diagrams
TTT diyagramları (ayrıca isotermal dönüşüm diyagramları olarak da adlandırılır) sürekli sıcaklıkdaki dönüşümün ilerlemesini sağlar.Perite veya bainite için başlangıç ve bitirmenin zamanlarını gösterir, çünkü bu diyagramlar soğutma sırasındaki süreçler için önemlidir.(isotermal dönüşüm) ve martemperyatr (interrupted)
Endüstriyel Implikasyonlar ve Heat Tedavisi
Sıcaklık tedavisi ile kontrol faz dönüşümü, çelik özellikleri terzi için birincil yöntemdir. Aşağıdaki süreçler endüstride yaygın olarak kullanılır.
Annealing ve Normalleştirme
[FONT:0)Annealing[Dönetici için), homojen bir ısıya kadar ısıtılır (genellikle fırında) veya A) üzerinde (Feltectoid için) (örneğin, homojen) ve homojen bir yapı için yeterince zaman tutar.
Quenching ve Tempering
Quenching, martensite oluşturmak için austenitenin hızlı soğutmasıdır. Soğutma ortamı (su, petrol, polimer çözümleri veya hava) soğutma oranını belirler.Su gider ve bozulmaya neden olabilir; yağ hafiftir, karbon önyüklemeden sonra, çelik son derece zor ve kirlenmiş bir şekilde, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, ancak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanılır.
Austempering ve Martempering
Bunlar, eşsiz özellikleri elde ederken bozulma ve çatlakları azaltmak için özel süreçlerdir.ETHFLT:0)Austempering[Dönetici:2Martemperyaminlik[Dönder) içerir (ayrıca marquenching) kesmeye çağrıltır, o zaman oda sıcaklığının sonuna kadar eşitleştirilmesine izin verir.
Metaller ve Etkileri
Karbon faz dönüşümlerinin birincil sürücüsü olsa da, diğer alaşım elemanları da kinetiği, stabilite aralıklarını ve son özelliklerini değiştirmek için kasıtlı olarak eklenir. ”Ücretsiz etkiler hakkında kapsamlı bir tartışma AZoM).
Ortak Alaşımlama Additions
- [FONT:0]Manganese:[Dönetici:[Dönetici:0) CCT eğrilerini daha uzun zamana kadar değiştirmekle zorlanabilirlik sağlar, martensite formasyonunu daha yavaş soğutma oranlarında sağlar. Ayrıca ambrittlementi önlemek için sulfur ile birleştirir.
- [FONT:0)Chromium:[Dönetici:[Döneticileri Geliştirir, besleyici oluşumu teşvik eder ve korozyon direncini artırır.
- [FONT=0)Nickel:[Dönetici:[Dönetici] Sertliği arttırır ve en düşük hız ısısını azaltır. Ayrıca austenite, daha düşük A3 ve Bayan.
- [FONT:0)Molybdenum: [Dönetici:[Dönetici:0) Güçlü bir şekilde zayıflığı arttırır ve mizaç sırasında ikincil sertliği teşvik eder.
- [FONT:0]Vanadium:[Dönetici:[Dönetici: 0) Formlar yüksek sıcaklıklarda koarsiyona karşı direnen çok sert renkler.
- [FONT:0]Silicon:[Dönetici:[Dönetici) · 1 ) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Metaller ayrıca eutectoid kompozisyonu ve sıcaklıklarını etkiler. Örneğin, kromyum ve molybdenum eutectoid ısısını yükseltirken, nikel ve manganese onu daha düşük maliyetlidir.Bu etkiler çelikleri belirli uygulamalar için tasarlamak için gereklidir, yüksek hızlı kesme araçlarına göre, kanserli baskı gemileri ağlamaktadır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Demir-karbon alaşımlarında sıcaklık bağımlı faz değişiklikleri, yüksek performanslı çeliklerin üretimine merkezidir ve mühendislere özel mikroyapı ve mekanik özellikleri sağlayan ısı tedavi döngüleri tasarlamayı sağlar.
Basit eklemeden karmaşık gider-ve-temper süreçleri, kontrol faz dönüşümlerini kontrol etme yeteneği, çeliklerin modern uygulamalardaki talep edilen gereksinimleri karşılamasını sağlar.Demirli alaşım elemanların eki, uygulanabilir özellikleri yelpazesini genişletebilir, aynı anda güçlü, sert, aşınma-tepişmanlık endüstrilerinin geliştirilmesine izin verir ve korozyona dayanıklı endüstrilerin performansın sınırlarını zorlamaya devam eder, demir-karbon alaşımlarının temel bilimi, inovasyon ve güvenilirlik için paha biçilmez bir araçtır.