Demir-Carbon Sistemindeki Eutectoid ve Eutectic Noktaları üzerindeki alaşımların Etkisi
Demir karbon sistemi, çelikleri anlamak ve demir dökümü için temel olarak hizmet eder, bu da mühendislikte en yaygın kullanılan metalik malzemeler olarak kullanılır. ikili Fe-C aşaması diyagramı temel olarak, endüstriyel alaşımlar neredeyse asla sadece demir ve karbon içermez. Kromyum, nikel, silikon, molybdenum, ve kullanım alanlarının mikro sertliği değiştirme, korozyon direnci ve işleme davranışının pozisyonlarına ek olarak geçiş sağlar.
Bu makale, temel termodinamik ve kinetik mekanizmaları inceleyeceğiz ve alaşım tasarımı ve ısı tedavisi için pratik sonuçları tartışacağız.
Demir-Carbon faz Diagram'nın temelleri
İkili Fe-C faz diyagramı farklı sıcaklıklar ve karbon içeriklerinde var olan denge aşamalarını haritalar. İki değişkenli tepkiler diyagramı hükmediyor:
- [FONT=0)Eutectoid reaksiyon [[DÜT:1] ~727°C (1340F) ve 0.76% C: ⁇ (austenite) → α (ferrite) + Fe3C (cementite)
- [FONT=0)Eutectic reaksiyonu[[Dönetici:0] [Döneticisel reaksiyon[[Dönetici], beyaz dökme demirin karakteristik yapısı.
Bu noktalar ticari alaşımlarda sabit değildir. Her alaşım elementi aktivite katlarını, stabilleri veya istikrarsızlaştırma aşamalarını değiştirir ve denge sınırlarını tanımlayan Gibbs serbest enerji ilişkilerini değiştirir.
Eutectoid Point: Metalleme Etkileri
Eutectoid noktası, austenite, ferrite ve çimentolu maddeler arasındaki üç fazlı bir dengeyi temsil eder ve bu aşamalar arasında farklı olarak, göreceli stabilitelerini etkiler.
- [FONT:0]Austenite stabilrs[[Dönetici: 1 )) (e.g., Ni, Mn, Co, Cu: Bu elementler austenite faz alanını genişletir, eutectoid sıcaklıklarını azaltır ve daha yüksek değerlere kadar indirgenir.
- [FONT:0)Ferrite stabilrs[DÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN
Manganese
Manganese güçlü bir austenite stabilizatörü.Bu değişim yüksek derecede düşük çözünürlükte (HSLA) çelikler ve ısı-kırıklık istenen 700 derecelerde de gecikmeler yapılır.
Çünkü manganse bölümler çimentoya tercih eder, aynı zamanda lübünlerin oluşumunu yavaş soğutma sırasında spheroidize edilmiş lütmelerin oluşumuna teşvik eder.
Nickel Nickel
Nickel, manganese'ye benzer davranır, hem de eutectoid sıcaklığının hem de karbon içeriğine benzer davranır. Ancak, nikel daha az etkili bir şekilde yapılır ve C. Nickel, ölümcül çeliklerin ve% 5-10°C'nin ekseratif sıcaklığının daha düşük karbonlu çeliklerin yanı sıra,% 3'e kadar eksiltebilirlik sağlar.
Kromium
Kromium bir ferrite stabilizatörü ve güçlü bir tırma noktası eski bir şekilde yükselir - yaklaşık% 1 Cr -% 2 Cr'ye kadar-ve çimentolu bir çelik için, eutectoid noktasının yaklaşık 70.5C'ye kadar hareket etmesi ve 0,5 Chromium'un alaşımların oluşmasını sağlar (örneğin, M7C3, M23C6), çimentolu bir çelik için, basit bir incitoid reaksiyonun değiştirilmesi için, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ve paslanmaz çelikler için kritiktir.
Kromium'un mobil-formasyon eğilimi yüksek kromozom demirlerinde (above 10% Cr), eutectoid reaksiyonu daha az iyi tanımlanır, çünkü çoklu klinisyen fazları uyumlu hale gelir.
Silikon
Silikon güçlü bir ferrite stabilizatörü ve bir grafiker. eutectoid karbonu keskin bir şekilde yükseltir - yaklaşık 15-25°C'ye göre Si-ve grafitasyonunu azaltır.Bu nedenle silikonun %2'si, çeliklerdeki eutectoid ısıyı %85,0'e yükseltebilir ve yağar.
Molybdenum
Molybdenum, orta dereceden bir ferrite stabilizatörü ve güçlü bir lübüntür. Yaklaşık 10–15°C ısıtıcı çelikler için en 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 çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.
Boyadium
Valvedium en güçlü ışın eskilerinden biridir ve bir ferrite stabilizatörü.Bu, yüksek sıcaklıklarda dengeleyici çelikler için 15-25°C'ye kadar ısıtılır ve eutectoid karbon içeriğini önemli ölçüde azaltır.Sudc3 çok istikrarlı ve yüksek sıcaklıklardan vazgeçirir ve nihai incirleri etkiler.
Etkileşim Etkileri
Gerçek alaşımlar birden fazla alaşım element içerir ve kombine etkisi, eutectoid noktasının sadece katkı maddesi değildir. Örneğin, manganese ve nikel birlikte eutectoid sıcaklıkını tek başına azaltır, kromat ve silikon her ikisi de amppirik regresyon denklemlerini kullanarak tahmin edilebilir, ancak dikkatli bir şekilde deneysel kalibrasyonu doğru bir şekilde yapılır.
[FONT:0)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜ:0)[% 0,9+%C) +% 10 (%Mo) + 5 (%V) –% 12(%Mn) –% 10 (%Ni) –% 5 (%Cu)[%Cu)[% 5 (%C)
Bu tür denklem, düz karbon ve düşük çelikler için ilk bir yaklaşım verir. Ancak, daha yüksek konsantrasyonlarda, etkiler doğrusal olmayan hale gelir ve eutectoid reaksiyon, eski segregate güçlü bir şekilde bölünebilir.
Eutectic Point: Cast Iron Solidification Üzerine Etkileri
Fe-C sisteminde eutectic reaksiyon eşit derecede önemlidir, çünkü döküm demirlerinin katılaşmasını yönetir. -4.3 C. Uygulamada stabil eute (grafi + austenite) 1153°C'de -4.2 C, metastable eutectic (cementite + austenite + austenite) gerçekleştirilir.
Silikon
Silikon, demir dökümünde birincil grafikleştiricidir. Eutectic kompozisyonu daha düşük karbon içeriğine ve eutectic sıcaklığı yükseltmektedir. Si'nin% 2.5'inde, eutectic sıcaklık yaklaşık 1155-11 °C ve eutectic kompozisyonu 3.8-4.0% C. Silikon aynı zamanda sertleştirme aralığına kadar değiştirir ve eutectic sıcaklığında kullanılır.
Kromium
Kromium metastable eutectic (beyaz demir yapısı) teşvik eder ve grafiksel eğilimi azaltır.Bu, yüksek kromatları beyaz demirler (yaklaşık% 2-5°C% 1 Cr) ve eutectic karbon içeriğine doğru değiştirir mi? aslında, kromatyum bir formasyonda fayda sağlar, bu yüzden kromattik ısınır.
Nickel Nickel
Nickel hafif bir grafikleştirici ve bir austenite stabilizatörüdür. Bu alaşımların yüksek karbon içeriğine indirgenebilir.In nikel-alloyed ductile demirleri (Ni-Resist türleri),% 15-30'un tam bir austenitik matrisi üretir ve bu alaşımların eutectic sıcaklıklarını 1100 °C'nin altına alabilir, katılaşma modelini değiştirebilir ve besleme koşullarını değiştirebilir.
Manganese
Manganese, yüksek miktarda (0.5-1.0) karmaşık etkilere sahiptir (yüzde 10,1), MnS oluşturmak ve sulfurt demirlerinin boşluksal etkisini azaltmak için genellikle% 0.4-0.8'lik bir artış gösterir.
Molybdenum ve Valvedium
Hem molybdenum hem de kullanım alanı güçlü tırperatiflerdir. Eutectic ve yüksek hacimli demirler, bu elementler, tırma sırasında daha yüksek ısı sıcaklıklarını artırmak için eklenmiştir.
Sayısal Veri ve Tahmin edici Modeller
Değişimlerin boyutunu anlamak, alaşım tasarımı için önemlidir. Aşağıdaki tablo, düşük hacimli çeliklerin yüzde başına yaklaşık değişiklikler sağlar (toplam toplam alaşım içeriğine kadar):
| Element | ΔTeutec (°C per 1 wt%) | ΔCeutec (wt% C per 1 wt%) |
|---|---|---|
| Mn | -10 to -15 | +0.05 to +0.08 |
| Ni | -5 to -10 | 0 to -0.05 |
| Cr | +15 to +25 | -0.08 to -0.15 |
| Si | +15 to +25 | -0.10 to -0.15 |
| Mo | +10 to +15 | -0.05 to -0.10 |
| V | +15 to +25 | -0.10 to -0.15 |
| Cu | -5 to -10 | 0 to +0.03 |
Bu değerler yaklaşık ve diğer elementlerle karbon içeriği ve etkileşimi bağlıdır. Daha kesin hesaplamalar için, termodinamik araçları, termo-Calc veya GerçekSage gibi hesaplamalar endüstriyel uygulamada standarttır.
Çelik ve Cast Iron Processing için Pratik Örnekler
Çeliklerin ısı Tedavisi
Eutectoid sıcaklığındaki değişim doğrudan ısı tedavisi için sıcaklıkları etkiler. Bir çelik% 1.5 Cr (örneğin,% 30°C) ile konvansiyonel austenitating temperature of 850°C tamamen çözülmez. 880-900°C'ye bir artış gerekli olacaktır.
Eutectoid karbon içeriğindeki değişiklikler, verilen bir mikroyapı için karbon seviyelerinin seçimini de etkiler. mizaçlı bir martensitik yapı için planlanan bir karbon içeriğine sahip olmalıdır, dikkatli bir şekilde dikkate alınması gereken.
Cast Iron Solidification
Örneğin, Si'nin 3.9% likperatif karbon içeriği %3.5 oranındaki artış, demir hipotalektik ve birincil austenitenin (beyaz demir) riskini azaltır, ancak 2.0 ile gri demir, 3.9% speratif bir karbonu ile ilgili eğilimi artırabilir.Gerçek karbon içeriği% 3.5 ise, demir hipotatik, ve birincil austenite dezenfekte edici değişimlere doğru yükselir.
Ductile demir, stratorioidize grafikit için magnezyum tedavisi kullanır, ancak eutectic sıcaklık hala alaşımlama elementleri tarafından etkilenir.Ni-Resist kanal demir üretmek için karbon eşdeğerliği gerektirir.
Gelişmiş Konular: Yüksek-Alloy Systems'teki Eutectoid
paslanmaz çelik ve alet çeliklerinde, basit bir eutectoid reaksiyon daha karmaşık hale gelir. Örneğin, 18% Cr-8% Ni (tip 304) paslanmaz çelik, eutectoid reaksiyon neredeyse bastırılır çünkü kromatyum, yüksek bir aralığın üzerinde ferrite ve nikel stabilizasyonu sağlar.
Yüksek hızlı çelikler (örneğin,ULLM2) çok miktarda TSE, molybden, chromium, kullanım süresi ve karbon. eutectoid reaksiyon, karmaşık bir eutectoid benzeri yüksek çözünürlükte değiştirilir (~1.5-2.0%C). bu değişimler çelik aletlerini tasarlayan sertleştirici ve çok sayıda tırma ve yüksek çözünürlükte kritiktir.
Kumaş ve Bayan Sıcaklık: Orta Etkiler
Eutectoid veya eutectic puanların doğrudan bir parçası olmasa da, alaşımlama elemanları da martensite başlangıç sıcaklığını etkiler (Ms). Bayan dönüşüm sıcaklığında austenitenin bileşiminden etkilendiği için, eutectoid karbon içeriğine dolaylı olarak geçiş yapar Bayan A higher eutectoid karbonu etkiler.
Özel Endüstriyel Alaşımların Analizi
SAE 4140 (0.40C, 0.90Mn, 0.95Cr, 0.25Mo)
Bu tipik Cr-Mo çelikinde, Cr (+0.95% × 20°C = +19°C) ve Mo (+0.25% × 12°C = +3°C) 738°C'ye ait eutectoid sıcaklık yükseltilirken, Mn (-0.% 90 × 12°C = -10.8°C) kısmen net bir şekilde telafi edilir,% 8,6'dan oluşur.
Ductile Iron Grade 60-40-18 (3.5C, 2.5Si, 0.4Mn, 0.05Mg)
Yüzde 2.5 Si ile, stabil eutectic sıcaklık yaklaşık 1160°C'ye yükseltilir ve eutectic kompozisyonu % 3,8 C. Gerçek karbon % 3.5'dir (hypoeutectic), ilk kez, en yüksek demir demiri olmayan formlara sahip olur.
High-Chromium White Iron (% 15 Cr, 3%C,% 2Mo)
Burada eutectic kompozisyon dramatik bir şekilde değişiyor. Kromium% 15'te karbon çözünürlükte azaltılır ve M7C3 lübünleri teşvik eder. Eutectic sıcaklık, uygun akışkanlığı garanti ederken yaklaşık 1200-12 °C'ye yükselir.
Kombinasyonlar Kompredicting Kompredict Effects
Lineer regresyonlar rehberlik için yararlı olsa da, yüksek alaşım içeriklerinde başarısız oluyorlar veya elementler sinerjik reaksiyona maruz kalıyorlar. Örneğin, kromat ve molybdenum hem de karbon için rekabet edebilir (CE=%C 0.33) ve daha önce de yüksek yeltenoz reaksiyon için mevcut olan karbonu azaltmıyorlar.Böyle durumlarda, "karbon eşdeğer" kavramı dikkatle kullanılmalıdır.
Modern hesaplama termodinamiğin en güvenilir yaklaşım sağlar. Tam kimyasal kompozisyonu giriş ve doğrulanmış veritabanı kullanarak, biri tam eutectoid ve eutectic kompozisyonları ve sıcaklıklar gösteren sabit hesaplar hesaplar hesaplar hesaplar hesaplar.Bu şimdi standart uygulama havacılık, otomotiv ve araç uygulamaları için.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Metal kaplama elemanları temel olarak demir-karbon sisteminde eutectoid ve eutectic puanları değiştirir, hem de bu değişmez reaksiyonları meydana getirir. Austenite stabilerler, mangan ve nikel gibi daha düşük ısı ve karbon içeriğine sahiptir, kriminal ve stabilizasyon gibi stabilizatörler, kromatyum, silikon, molybdenum gibi ve kullanım prestüreler.
Bu değişimler ısı tedavisi, sağlamlaştırma kontrolü ve son mekanik özellikler için doğrudan sonuçlar doğurur.Demekli etkiler hakkında ayrıntılı bir anlayış, belirli hizmet koşulları için mikro yapıyı optimize etmek, bu, tam bir incitiğe sahip bir çelik üretmek anlamına gelir. Mükemmel machinability yardımıyla.
Daha fazla okuma için, uygun fiyatlı kaynaklar için:0)ASM Handbook, Volume 3: Alloy Stage Diagrams) ve [[Dönetici Özellikleri Veri).