عملیات حرارتی فولاد قوی ترین مکانیسم برای تأثیرگذاری بر ساختار و خواص آن است. این بر اساس اصلاحات شبکه های کریستالی بسته به بازی دما است. فریت، پرلیت، سمنتیت و آستنیت ممکن است تحت شرایط مختلف در آلیاژ آهن-کربن وجود داشته باشد. دومی نقش عمده ای در تمام تبدیلات حرارتی فولاد دارد.
تعریف
فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که محتوای کربن آن از نظر تئوری تا 2.14٪ است، اما از نظر فن آوری قابل استفاده، حاوی آن به مقدار بیش از 1.3٪ نیست. بر این اساس، تمام ساختارهایی که در آن تحت تأثیر تأثیرات خارجی تشکیل می‌شوند نیز از انواع آلیاژ هستند.
نظریه وجود آنها را در 4 نوع ارائه می کند: یک محلول جامد نفوذی، یک محلول جامد حذفی، یک مخلوط مکانیکی از دانه ها یا یک ترکیب شیمیایی.
آستنیت محلول جامدی از نفوذ اتم کربن به شبکه بلوری مکعبی آهن است که به آن γ می گویند. اتم کربن به داخل حفره شبکه γ آهن وارد می شود. ابعاد آن از منافذ متناظر بین اتم‌های آهن فراتر می‌رود، که عبور محدود آنها از "دیواره‌های" ساختار اصلی را توضیح می‌دهد. در فرآیندها شکل گرفته استتغییرات دمایی فریت و پرلیت با افزایش حرارت بالای 727 درجه سانتی گراد.
نمودار آلیاژهای آهن-کربن
نموداری به نام نمودار حالت آهن-سیمانیت، که به صورت تجربی ساخته شده است، نمایش واضحی از همه گزینه های ممکن برای تبدیل در فولادها و چدن ها است. مقادیر دمایی خاص برای مقدار معینی از کربن در آلیاژ، نقاط بحرانی را تشکیل می‌دهند که در آن تغییرات ساختاری مهم در طی فرآیندهای گرمایش یا سرمایش رخ می‌دهد، همچنین خطوط بحرانی را تشکیل می‌دهند.
خط GSE که حاوی نقاط Ac3 و Acm است، سطح حلالیت کربن را با افزایش سطح حرارت نشان می دهد.
| جدول حلالیت کربن در آستنیت در مقابل دما | |||||
| دما، ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| حلالیت تقریبی C در آستنیت، % | 0, 2 | 0، 5 | 0, 8 | 1، 3 | 2, 14 |
ویژگی های آموزش
آستنیت ساختاری است که هنگام گرم شدن فولاد تشکیل می شود. با رسیدن به دمای بحرانی، پرلیت و فریت یک ماده جدایی ناپذیر را تشکیل می دهند.
گزینه های گرمایش:
- یکنواخت، تا رسیدن به مقدار لازم، نوردهی کوتاه،خنک کننده بسته به ویژگی های آلیاژ، آستنیت می تواند به طور کامل یا جزئی تشکیل شود.
- افزایش آهسته دما، مدت طولانی حفظ سطح گرمای رسیده به منظور به دست آوردن آستنیت خالص.
خواص مواد گرم شده به دست آمده و همچنین آنچه در نتیجه خنک شدن اتفاق می افتد. مقدار زیادی به سطح گرمای بدست آمده بستگی دارد. جلوگیری از گرمای بیش از حد یا گرمای بیش از حد مهم است.
ریزساختار و خواص
هر یک از فازهای مشخصه آلیاژهای آهن-کربن ساختار شبکه‌ها و دانه‌های خاص خود را دارد. ساختار آستنیت لایه ای است و دارای اشکال نزدیک به سوزنی و پوسته پوسته است. با انحلال کامل کربن در آهن γ، دانه ها بدون حضور ضایعات سمنتیت تیره شکلی روشن دارند.
سختی 170-220 HB است. رسانایی حرارتی و الکتریکی یک مرتبه کمتر از فریت است. بدون خاصیت مغناطیسی.
انواع خنک کننده و سرعت آن منجر به شکل گیری تغییرات مختلف حالت "سرد" می شود: مارتنزیت، بینیت، تروستیت، سوربیت، پرلیت. آنها ساختار سوزنی شکل مشابهی دارند، اما در پراکندگی ذرات، اندازه دانه و ذرات سمنتیت متفاوت هستند.
تاثیر خنک کردن بر آستنیت
تجزیه آستنیت در همان نقاط بحرانی اتفاق می افتد. اثربخشی آن به عوامل زیر بستگی دارد:
- نرخ خنک کننده. بر ماهیت اجزاء کربن، تشکیل دانه ها، تشکیل نهایی تأثیر می گذاردریزساختار و خواص آن بستگی به محیط مورد استفاده به عنوان خنک کننده دارد.
- وجود یک جزء همدما در یکی از مراحل تجزیه - هنگامی که به یک سطح دمایی معین کاهش می یابد، گرمای پایدار برای مدت زمان معینی حفظ می شود، پس از آن خنک شدن سریع ادامه می یابد، یا همراه با یک دستگاه گرمایش (کوره).
بنابراین، تبدیل مداوم و همدما آستنیت مشخص می شود.
ویژگی های شخصیت دگرگونی ها. نمودار
نمودار C شکل، که ماهیت تغییرات در ریزساختار فلز را در بازه زمانی، بسته به درجه تغییر دما نشان می دهد - این نمودار تبدیل آستنیت است. خنک کننده واقعی مداوم است. فقط برخی از مراحل حفظ حرارت اجباری امکان پذیر است. نمودار شرایط همدما را توصیف می کند.
شخصیت می تواند انتشار یا غیر اشاعه باشد.
در نرخ های کاهش حرارت استاندارد، دانه آستنیت با انتشار تغییر می کند. در منطقه ناپایداری ترمودینامیکی، اتم ها شروع به حرکت در بین خود می کنند. آنهایی که زمان نفوذ به شبکه آهنی را ندارند آخالهای سمنتیتی تشکیل می دهند. آنها توسط ذرات کربن همسایه آزاد شده از کریستال هایشان به هم می پیوندند. سمنتیت در مرز دانه های در حال پوسیدگی تشکیل می شود. کریستال های فریت خالص شده صفحات مربوطه را تشکیل می دهند. یک ساختار پراکنده تشکیل می شود - مخلوطی از دانه ها که اندازه و غلظت آن به سرعت خنک شدن و محتوای آن بستگی دارد.کربن آلیاژی پرلیت و فازهای میانی آن نیز تشکیل می شود: سوربیت، تروستیت، بینیت.
در نرخ های قابل توجه کاهش دما، تجزیه آستنیت خاصیت انتشار ندارد. اعوجاج های پیچیده کریستال ها رخ می دهد که در آن همه اتم ها به طور همزمان در یک صفحه جابجا می شوند بدون اینکه مکانشان تغییر کند. عدم انتشار به هسته زایی مارتنزیت کمک می کند.
تاثیر سخت شدن بر ویژگی های تجزیه آستنیت. مارتنزیت
سخت کردن نوعی عملیات حرارتی است که ماهیت آن گرم کردن سریع تا دمای بالا بالاتر از نقاط بحرانی Ac3 و Acm است.و به دنبال آن خنک شدن سریع. اگر دما با کمک آب با سرعت بیش از 200 درجه در ثانیه کاهش یابد، فاز سوزنی شکل جامد تشکیل می شود که به آن مارتنزیت می گویند.
محلول جامد فوق اشباع از نفوذ کربن به آهن با شبکه کریستالی از نوع α است. به دلیل جابجایی های قوی اتم ها، دچار اعوجاج شده و یک شبکه چهارضلعی تشکیل می دهد که عامل سخت شدن است. ساختار شکل گرفته حجم بیشتری دارد. در نتیجه، کریستال های محدود شده توسط هواپیما فشرده می شوند و صفحات سوزنی مانند ایجاد می شوند.
مارتنزیت قوی و بسیار سخت است (700-750 HB). منحصراً در نتیجه کوئنچ با سرعت بالا تشکیل شده است.
سخت شدن. ساختارهای انتشار
آستنیت سازندهای است که از آن بینیت، تروستیت، سوربیت و پرلیت می توان به طور مصنوعی تولید کرد. اگر سرد شدن سخت شدن در زمان رخ دهدسرعت های پایین تر، تبدیل های انتشار انجام می شود، مکانیسم آنها در بالا توضیح داده شده است.
تروستیت پرلیت است که با درجه بالایی از پراکندگی مشخص می شود. هنگامی که حرارت 100 درجه در ثانیه کاهش می یابد تشکیل می شود. تعداد زیادی دانه ریز فریت و سمنتیت در کل صفحه پخش شده است. سمنتیت "سخت شده" با فرم لایه ای مشخص می شود و تروستیت به دست آمده در نتیجه تلطیف بعدی دارای تجسم دانه ای است. سختی - 600-650 HB.
بینیت یک فاز میانی است، که مخلوطی حتی پراکنده تر از کریستال های فریت با کربن بالا و سمنتیت است. از نظر خواص مکانیکی و تکنولوژیکی، نسبت به مارتنزیت پایین تر است، اما از تروستیت بیشتر است. هنگامی که انتشار غیرممکن است در محدوده دمایی تشکیل می شود و نیروهای فشرده سازی و حرکت ساختار بلوری برای تبدیل به یک ساختار مارتنزیتی کافی نیست.
سوربیتول یک نوع سوزن مانند درشت از فازهای پرلیت است که با سرعت 10 درجه سانتیگراد در ثانیه خنک می شود. خواص مکانیکی بین پرلیت و تروستیت حد واسط است.
پرلیت ترکیبی از دانه های فریت و سمنتیت است که می تواند دانه ای یا لایه ای باشد. در نتیجه پوسیدگی صاف آستنیت با سرعت سرد شدن 1 درجه سانتیگراد در ثانیه تشکیل شده است.
بیتیت و تروستیت بیشتر مربوط به ساختارهای سخت شونده هستند، در حالی که سوربیت و پرلیت نیز می توانند در حین تمپر کردن، بازپخت و نرمال شدن ایجاد شوند که ویژگی های آنها شکل دانه ها و اندازه آنها را تعیین می کند.
تاثیر بازپخت برویژگی های پوسیدگی آستنیت
عملاً همه انواع آنیل و نرمال سازی بر اساس تبدیل متقابل آستنیت است. آنیل کامل و ناقص برای فولادهای هیپویوتکتوئیدی اعمال می شود. قطعات در کوره بالاتر از نقاط بحرانی Ac3 و Ac1 به ترتیب گرم می شوند. نوع اول با حضور یک دوره نگهداری طولانی مشخص می شود که تحول کامل را تضمین می کند: فریت-آستنیت و پرلیت-آستنیت. به دنبال آن خنک شدن آهسته قطعات کار در کوره انجام می شود. در خروجی، یک مخلوط ریز پراکنده از فریت و پرلیت، بدون تنش های داخلی، پلاستیک و بادوام به دست می آید. بازپخت ناقص انرژی کمتری دارد و فقط ساختار پرلیت را تغییر می دهد و فریت تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. عادی سازی به معنای نرخ بالاتر کاهش دما، اما همچنین ساختار درشت تر و پلاستیک کمتر در خروجی است. برای آلیاژهای فولادی با محتوای کربن 0.8 تا 1.3٪، پس از سرد شدن، به عنوان بخشی از نرمال شدن، تجزیه در جهت: آستنیت-پرلیت و آستنیت-سیمنتیت اتفاق می افتد.
نوع دیگری از عملیات حرارتی مبتنی بر تحولات ساختاری همگن سازی است. برای قطعات بزرگ قابل استفاده است. این به معنای دستیابی مطلق به حالت درشت دانه آستنیتی در دمای 1000-1200 درجه سانتیگراد و قرار گرفتن در کوره تا 15 ساعت است. فرآیندهای همدما با خنک شدن آهسته ادامه می‌یابند که به یکنواخت شدن ساختارهای فلزی کمک می‌کند.
بازپخت همدما
هر یک از روش های فهرست شده برای تأثیرگذاری بر فلز برای ساده کردن درکبه عنوان تبدیل همدما آستنیت در نظر گرفته می شود. با این حال، هر یک از آنها فقط در یک مرحله خاص دارای ویژگی های مشخصه هستند. در واقع، تغییرات با کاهش مداوم گرما رخ می دهد که سرعت آن نتیجه را تعیین می کند.
یکی از نزدیکترین روشها به شرایط ایده آل، آنیل همدما است. ماهیت آن نیز شامل گرم کردن و نگهداری تا تجزیه کامل تمام ساختارها به آستنیت است. خنک‌سازی در چندین مرحله اجرا می‌شود که به تجزیه کندتر، طولانی‌تر و پایدارتر از نظر حرارتی کمک می‌کند.
- کاهش سریع دما به 100 درجه سانتیگراد زیر نقطه Ac1.
- نگهداری اجباری مقدار بدست آمده (با قرار دادن در کوره) برای مدت طولانی تا زمانی که فرآیندهای تشکیل فازهای فریت-پرلیت کامل شود.
- خنک کردن در هوای ساکن.
این روش همچنین برای فولادهای آلیاژی قابل استفاده است که با وجود آستنیت باقیمانده در حالت سرد مشخص می شود.
فولادهای آستنیتی و آستنیتی حفظ شده
گاهی اوقات پوسیدگی ناقص با وجود آستنیت باقی مانده امکان پذیر است. این می تواند در شرایط زیر رخ دهد:
- خنک شدن خیلی سریع زمانی که پوسیدگی کامل رخ نمی دهد. این جزء ساختاری بینیت یا مارتنزیت است.
- فولاد پرکربن یا کم آلیاژ، که فرآیند تبدیلات پراکنده آستنیتی برای آن پیچیده است. به روش‌های عملیات حرارتی خاصی مانند همگن‌سازی یا بازپخت همدما نیاز دارد.
برای آلیاژ بالا -هیچ فرآیندی از تبدیل های توصیف شده وجود ندارد. فولاد آلیاژی با نیکل، منگنز، کروم به تشکیل آستنیت به عنوان ساختار قوی اصلی کمک می کند، که نیازی به تأثیرات اضافی ندارد. فولادهای آستنیتی با استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر شرایط سخت کاری تهاجمی مشخص می شوند.
آستنیت سازه‌ای است که بدون تشکیل آن، حرارت دادن فولاد در دمای بالا امکان‌پذیر نیست و تقریباً در تمام روش‌های عملیات حرارتی آن به منظور بهبود خواص مکانیکی و تکنولوژیک دخالت دارد.