Shaping Steel Microstruc

Mikroyapısal yüzeylerdeki mikro-karbon alaşımlarının mikroyapısal evrimi yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş bir şekilde analiz edildiğinde, bu dönüşümleri ölçen, mikroyapısal bileşenleri ve çeliklerin dağıtımını sağlayan bir dizi kimyasal maddeye sahiptir.Bu makale, mikroyapısal değişikliklerden yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaştır.

Demir karbon çelikleri için temel olarak hizmet eder ve demir dökümü için demirler kullanılır. Karbon içeriği ve soğutma oranındaki küçük değişiklikler, özellikle de buharlı soğutma, dönüşümlere yaklaşmaya olanak sağlar, bu sonuçları mikroyapılarda nükleterek ve büyümeye olanak sağlar.

Demir-Carbon Sisteminin Temelleri

Faz Diagram ve Anahtar Constituents

Demir karbon faz diyagramı, faz dönüşümleri için yol haritasıdır. Yavaş soğutma ile ilgili temel aşamalar şunlardır:

  • [FONT:0)Austenite ( ⁇ -Fe)): A face-centered metre (FCC) yüksek sıcaklıklarda (above ~727°C) stabil bir karbon çözümü (örneğin, eutectoid kompozisyon için). Austenite% 2,9 söndürücü sıcaklıkta (~1148°C) s.
  • [FONT=0)Ferrite (α-Fe)): Bir vücut merkezli bir metre (BCC) çok düşük karbon çözünürlükle sağlam bir çözüm (max ~0.022% 727°C) Ferrite yumuşak ve dük.
  • [0]Cementite (Fe3C))[0)[Dönetici): •% 6,6 s% karbon. Çimentolu sert ve serttir, uygun şekilde dağıtıldığında direnç sağlar.
  • [FONT:0)Pearlite[[[DÜT 1: 1 ): A eutectoid mikroyapı, ferrit ve çimentoluların lamellae ve çimentolu formlardan oluşur.

C 727°C'de eutectoid nokta ve% 0.77 C çelik ısı tedavisi için en kritik referanstır. Çelikler% 0.77 wt% C hipo-eutectoid çelikler daha önce hiper-eutectoid çimentolular, hipo-eutectoid çelikler ilk precipitate proeutectoid ferriteler için daha az% 0.77 wt% C hipo-eutectoid çelikler için hipo-eutectoid çelikler.

Yavaş Soğutma altındaki Denge Dönüşüm Dönüşümleri

Yavaş soğutma - yatırılmış bölümler için ~5°C /min daha az - fazlar için sistem, yakın tanımlı koşullarla karbon atomlarının tahminlerini takip eder.

Hipo-eutectoid çelik için dönüşüm dizisi (örneğin, % 0.4 wt% C) austenite bölgesinden yavaş soğutma sırasında:

  1. Tek fazlı austenite alanı ile soğutma - dönüşüm meydana gelmez.
  2. A3 hattını geçerken (belirli karbon içeriği için ısıya başlar), proeutectoid ferrite austenitek sınırlarında nükleatlar.
  3. Ferrite, kalan austeniteye reddedildiği gibi büyür, eutectoid kompozisyona karşı zenginleşir.
  4. 727°C'de kalan austenite (şimdi ~0.77% C) bir eutectoid reaksiyon yoluyla incinite dönüşür.

Hiper-eutectoid çelikler için (örneğin, 1.2% C), sıra benzer ama inekler formasyondan önce austenitenin sınırları boyunca proeutectoid çimentolu betonla aynıdır.

Yavaş Soğutma sırasında ayrıntılı Microstructural Evolution

Nucleation ve Büyüme Mekanizmaları

Katılardaki faz dönüşümleri nükleasyon ve büyüme ile devam eder. Yavaş soğutma sırasında, dönüşüm için sürüş gücü nispeten küçük çünkü denge sıcaklığının altında soğutma minimumdur. Bu, tahıl sınırları, dahil olmak üzere enerjik olarak olumlu siteler için heterojen nükleksiyondur.

Austenite-to-pearlite dönüşümü için, inekler, koloniler olarak daha büyük bir boyuta kadar yükseltilirler. koloni, büyük bir içişe sahip olan ve çimentolu bir deri mikroyapısından oluşur.

Yavaş soğutma altında, dönüşüm, sıvılaşmış ısı (~727°C) ile geniş bir iç içe geçmiş (tipik olarak 0,5-1.0 μm) ile daha fazla ürperelik ısıtılır, ancak yüksek çözünürlükte bulunan çimentolu lamellae kadar iyi bir güç sunar.

Proeutectoid Fazların Oluşumu

Hipo-eutectoid çelikler, proeutectoid ferrite formları yavaş soğutma sırasında birincil aşama olarak oluşturur. Ferrite nükleates at austenite tahıl sınırlarında ve tahıllara büyür. Proeutectoid ferrite morfolojisi soğutma oranı ve kompozisyona bağlıdır:

  • [FONT:0)Grate sınır tümotriomorphs[Dönder: Eşleşmiş ferrite tahıl sınırları boyunca bu formu oluşturan tahıllar. Bu çok yavaş soğutma altında baskın morfolojidir.
  • [FONT:0]Widmanstätten ferrite[Dönetici: Plak benzeri olmayan ferrite, belirli kristalografik uçaklar boyunca büyür. Bu morfoloji orta soğutma oranları gerektirir ve çok yavaş soğutma altında bastırılır.
  • [FONT:0]Idiomorphic ferrite[[Dönetici: Eşleşmiş ferrite tahıllar genellikle dahil olmak üzere, bu daha az yaygındır.

Gerçek yavaş soğutma koşullarında, tahıl sınırı tümotriomorphs hükmediyor.Köpek tabakası soğumaya devam ediyor ve kalan austenite karbonda daha da ileri derecede zenginleşmiş hale geliyor.Bu karbon zenginleştirme, kalan austenitenin zorluğunu artırır, daha yüksek sıcaklıklara dönüşmeye daha dayanıklı hale getirir.

Hiper-eutectoid çelikler için, bu sorunu çözmek için çimentolu formlar, sürekli ağlar olarak sık sık mekanik özellikleri kırmak için silücize edilebilir, betonarme ağlarını temizlemek için daha hızlı bir şekilde işlemlenebilir.

İnci Dönüşüm: Eutectoid Reaksiyon

Kalan austenite eutectoid kompozisyonuna ulaştığında (~0.77% C), bir kooperatif büyüme mekanizması aracılığıyla incitmeye dönüşür.

[Üyetim:0) ⁇ (austenite, ~0.77 wt% C) → α (ferrite, ~0.022 s% C) + Fe3C (cementite, ~6.67 wt% C)).

Bu dönüşüm, yaklaşık yarının üzerindeki karbonun difüzyonunu gerektirir. Yavaş soğutma altında, düşük sürüş gücü sonuçları yaygın olarak uzaylı lamellae.

İnci koloni büyüklüğü ve interlamellar spacing, mikroyapısal parametrelerdir. Yavaş soğutma üretir:

  • Büyük incir kolonileri (genellikle 50 μm)
  • Geniş interlamellar (0.5-1.0 μm)
  • Sab çimentolu lamellae (preortional to spacing)
  • Birim hacmi başına indirgenmiş koloni sınır alanı azaltıldı

Bu özellikler doğrudan mekanik özellikleri etkiler. Coarse inciite daha düşük verim gücü ve çekme gücü vardır, ancak daha yüksek orantısızlığı ve iyi incirlerle kıyasla sertliği etkiler. Hall-Petch-tip ilişkisi interlamellar spacing ve güç arasında iyi belgelenmiştir: iyi spacing daha büyük güç sağlar.

Mikroyapısal Özellikler ve Mekanik Özellikler Üzerine Etkileri

Pearlite Colony Boyutu ve Interlamellar Spacing

İncir koloni büyüklüğü ve interlamellar spacing, bir Hall-Petch-tip denklemi tarafından yaklaşık olarak belirlenebilir:

[0] ⁇ y = ⁇ 0 + k / √S).

⁇ 0, ferrite ve k'ın lattice sürtünme stresinin sürekli olduğu bir durumdur.Genellikle, yavaş soğutma altında oluşmuş, S büyük (0.5-1.0 μm), daha düşük güçle ancak daha yüksek orantısızlık ile Coarse incit genellikle 300-450 MPa aralığında güçlü bir şekilde ortaya çıkmaktadır.

Güçe ek olarak, incinite morfoloji aşınma direnci ve chinability etkiler. Coarse inciite genellikle makineye daha kolaydır, çünkü yumuşak ferrite matris hakimdir, ancak sert çimentolu lamellae arasındaki daha geniş ateşten daha düşük aşınma direnci sunar.

Çimento Morpholoji ve Dağıtım

Çimentonın morfolojisi ve dağılımı, kırık davranışları kontrol etmek için kritiktir. hipo-eutectoid çelikler, çimentolu öncelikle incir çelikleri içinde mevcuttur. hiper-eutectoid çelikler, çimentolu ağlar da önceki austenite sınırları boyunca proeutectoid ağlar olarak görünür.

Sürekli tahıl sınırı çimentolu ağlar sertliğe zararlıdır, çünkü düşük enerjili bir kırık yol sağlar. Yavaş soğutma kalın, sürekli ağların oluşumuna katkıda bulunur. Etki sertliği dramatik bir şekilde düşebilir - Oda sıcaklığında >100 J'den <10 J'ye kadar - sürekli çimentolu ağlar mevcut olduğunda.Bu yüzden hiper-eutectoid çelikler genellikle sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık üroidize edilir.

Spheroidizasyon, sadece eutectoid sıcaklığının altında olan sıcaklıklarda hızlandırılan bir difüzyon kontrollü süreçtir. uzun süre boyunca -700 °C, çimentolu lamellae molası ve yüzey enerjisini azaltmak için üroidize edilen yapı, bazı güç pahasına gelişmiştir.

Ferritej Boyutu

Hipo-eutectoid çeliklerde, ferrite tahıl büyüklüğü, mekanik özellikleri etkileyen başka bir önemli faktördür. Ferrite nükleates at before austenite tahıl sınırlarında ve yavaş soğutma sırasında büyür. son ferrite tahıl büyüklüğü bağlıdır:

  • Önce austenite tahıl boyutu (larger austenite tahıllar verim koarser ferrite)
  • Soğutma oranı (slower soğutma daha fazla büyüme sağlar, coarser ferrite)
  • Karbon içeriği (yüksek karbon içeriği ferrite'yi rafine eder çünkü daha az ferrite formları)

Ferrite tahıl boyutu Hall-Petch ilişkisi aracılığıyla güç etkiler: iyi ferrite tahıllar kontrol edilen soğutma veya mikrobiy için% 0.2 C çelik yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş, ferrite tahıl boyutları 20-50 μm yaygındır, 200-280 MPa'nın güçlü yönlerine karşılık gelir.

Pratik Implikasyonlar ve Endüstri Uygulamaları

Annealing ve Normalleştirilmiş Heat Tedavileri

Yavaş soğutma, ek olarak ve normal ısı tedavilerini ek olarak sömürülüyor. Tam ekleme, ısı çeliklerini azarlığa, homojenize etmek, sonra sıvılaşarak (tipik olarak fırında) yumuşak, yüksek çözünürlükte mikroyapı üretmek için kullanılır.

Normalleştirme hala havada soğutmayı içerir, bu da fırından soğutmadan daha hızlıdır, ancak hala kalın bölümler için nispeten yavaştır. Normalleşme, kuvvet ve iyonların dengesini sunmaktan daha iyi olur. büyük For large forgings or castings, yavaş soğutma bazen ısı streslerini önlemek ve çatlakları önlemek için kullanılır.

Çimento Ağlarını Hyper-eutectoid Çeliks

Yüksek karbonlu çelikler (0.8-1.5% C) araçlarda kullanılan, ilkbaharlar ve taşımalar çimento dağıtımını dikkatli bir şekilde kontrol gerektirir. Sıcak çalışma sıcaklıklarından yavaş soğutma istenmeyen sürekli çimento ağlarına yol açabilir.

  • [FONT:0) Kontrollü soğutma): Ortada çimentolu morfolojiyi rafine etmek için soğutma
  • [FONT:0]Spheroidizasyon ekleme[[Dönetici: Genişletilmiş ağ ağlarını kırmak için 650-700 °C'de tutar
  • [FONT:0) Normalleştirmek[DÜT 1: 1): Re ısıtma ve hava soğutması homojenize ve yapıyı düzeltmek için.

Çelikler (örneğin, Atari 52100, ~1.0 wt% C), spheroidize mikroyapılar iyi yorgunluk yaşam için gereklidir. Çimento spheroidler sürekli ağların sertliği olmadan direnci artırmak için çok katı davranır.

Mikroalloyed Steels ve Slow Soğutma

Küçük niobium, kullanım süresi veya titanyum içeren çelikler, ferrite matrisi güçlendiren iyi karbonitritler için yavaş soğutmaya güveniyor. Sıcak yuvarlandıktan sonra yavaş soğutma sırasında, bu önbellekli formlar ısınıyor. Yavaş soğutma oranı, önlenme ve büyüme için yeterli zaman sağlar, kuvvetlendiricisi maksimize etmek için maksimum etkiyi sağlar.

Kontrollü yavaş soğutma aralığı ile 450-600 MPa'dan yapılan mikropizli çelikler için tipik bir güç verir ve iyi kanallar ve kaynaklanabilirlik ile.Bu çelikler boru hatlarında, yapısal bölümlerde ve otomotiv bileşenlerinde yaygın olarak kullanılır.

Mikroyapım Karakterizasyonu için Analitik Teknikler

Optik Mikroscopy ve Etching

Standart metalografik hazırlık, nital (2% nitrik asit etanol) mikroyapısal seçmenleri ortaya çıkarır. Yavaş soğutma koşulları altında, 100-500 × magnification ile takip edilebilir:

  • Proeutectoid ferrite (beyaz veya hafif gri)
  • Pearlite kolonileri (dark, daha yüksek magnification'de görünür lamellar yapısı ile)
  • Çimento ağları (beyaz, hiper-eutectoid çeliklerde tahıl sınırları boyunca)

Sayı sayma ve lineer müdahale yöntemleri dahil olmak üzere, sayısal metalografi, hacim kesirlerini, tahıl boyutlarını ve interlamellar spacing ölçebilir.

Taramalı Elektron Mikroscopy (SEM)

SEM, incinit lamellae, çimentolu morfoloji ve kırık yüzeylere daha yüksek çözünürlük görüntüleme sağlar.In coarse inciite yavaş soğutma altında oluşur, SEM 5000-20000 × magnification açıkça bireysel lamellae. Enerji-dispersive X-ray spektroskopu (EDS) yerel kimyasal kompozisyonu analiz etmek için kullanılabilir, ancak EDS'de karbon analizi ışık element sınırlamaları nedeniyle zorlanır.

Elektron Backscatter Diffraction (EBSD)

EBSD haritalar kristalografik yönelim, ferrite tahıl yönlendirmesinin analizini, inci koloni yönelimi ilişkileri ve faz tanımlamasını sağlayabilir. Yavaş soğutmalı mikroyapılar için EBSD, ferrite ve çimentoite arasındaki yönelim ilişkiyi ortaya çıkarabilir, bu genellikle Pitsch-Petch ilişkisini takip eder.

Vaka Çalışması: Bir Hipo-eutectoid Çelik

Yaklaşık% 50 proeutectoid ferrite ve% 50 incir, Fe-C fazında yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş 1°C /min bir hızda oda sıcaklığında, ortaya çıkan mikro yapı yaklaşık% 30-40 μm ile oluşur.

Aynı çelik 10°C /min'de serinlenirse ( hala hava, i.e., normalize), ferrite tahıl büyüklüğü 10-15 μm'ye kadar rafineri iyi olur (interlamellar spacing -0.3 μm), ve güç -400 MPa'ya yükselir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yavaş soğutma sırasında demir karbon alaşımlarının mikroyapısal evrimi, çeliklerin mekanik özelliklerini kontrol altına almak için uygun olan ve işleme için uygun olan yüksek karbon çeliklerinde de istenmeyen çimento ağları üreterek yapılır.

Bu dönüşüm mekanizmalarının ayrıntılı bir anlayışı, malzeme mühendislerinin hedefli mülk kombinasyonlarını elde eden termal işleme yollarını tasarlamasını sağlar. Soğutma oranları, kompozisyonları kontrol ederek ve önceden austenite tahıl boyutlarının geliştirilmesine rehberlik ederek, belirli uygulamalar için mikroyapıları tertemiz etmek, düşük karbonlu çeliklerden yüksek karbonlu ürünlere kadar.

Çeliklerdeki faz dönüşümleri hakkında daha fazla okuma için, [[Üyetim:0)ASM International) ısı tedavisi ve metalografi ile ilgili el kitapları. Ek kaynaklar [[Üyetim:2) BilimDirect[DÜye Olmayan ve ferrite oluşumu üzerine konu makaleler ve çelik mikroyapıdaki klasik metin.