متالورژی

متالورژی نانو ریخته گری مدلسازی جوشکاری فرج متالوگرافی بیومتریال ایمنی استخراج عملیات حرارتی فلزات

متالورژی

متالورژی نانو ریخته گری مدلسازی جوشکاری فرج متالوگرافی بیومتریال ایمنی استخراج عملیات حرارتی فلزات

http://s4.picofile.com/file/7767942896/%D8%B1%D8%B4%D8%AF_%D9%BE%D8%B1%D9%84%DB%8C%D8%AA_%D8%A2%D9%87%D9%86_%D9%88_%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86_%D9%87%DB%8C%D9%BE%D9%88.jpg

لینک دانلود فایل پاورپوینت متن و تصاویر

همان طور که قبلا گفته شد گاهی در نمودار های فازی ترکیبات compound) مشاهده می شوند
این ترکیبات دارای فرمول شیمیایی مشخص بوده و در نمودارهای فازی به صورت خط عمودی نشان داده می شوند. در سیستم های فلز-فلز به ان ترکیبات Intermetallic compound گفته می شوند.
 مثال در شکل زیر به فاز دیاگرام و نحوه نام گذاری نواحی مختلف دقت شود.
واکنش Eutectoid
در بعضی از نمودارهای فازی گاهی مشاهده می شود که هنگام سرد شدن  یک جامد در یک ترکیب و دمای مشخص
هم زمان به 2 جامد دیگر تبدیل می شود. به این واکنش واکنش یوتکتوئید  Eutectoid  گفته می شود.
مثال
مواردی که در مورد واکنش Eutectic گفته شد در مورد واکنش Eutectoid هم صادق است :
1- دما و ترکیب نقطه یوتکنوئید ثابت و مشخص است
2- هر جامدی با ترکیب یوتکتوئید به دمای یوتکتوئید برسد هم زمان به دو جامد محصول تبدیل می شود.
3- ساختار حاصل از واکنش یوتکتوئید به صورت لا ای متناوب از دو جامد محصول است.
واکنش های دیگری نیز در نمودارهای فازی مشاهده می شوند که مورد بحث ما نیست به عنوان مثال
نمودار فازی آهن – کربن
همان طور که قبلا گفته شد آهن یک ماده آلوتروپیک است که با تغییر دما ساختار آن تغییر می کند.
آهن در دمای اتاق ساختار BCC دارد اما با افزایش دما و دردمای oC 912ساختار آن به FCC تبدیل می شود و مجددا با
افزایش دما در دمای oC 1394 ساختار آن دوباره تبدیل به BCC تبدیل می شود
معرفی فاز هایی که در نمودار ‌آهن - کربن مشاهده می شود
فریت Ferrite ( α)-α
به آهن خالص یا محلول جامد کربن در آهن با ساختار BCC در دمای پایین گفته می شود. حلالیت کربن در آهن به صورت جانشینی است و حداکثر حلالیت کربن در فاز α  در دمای اتاق 0.006 درصد وزنی  کربن است .
ماکزیمم حلالیت کربن در فاز α در دمای oC 727 برابر 0.022در صد وزنی کربن است.
فریت خواص مغناطیسی دارد. فازی نسبتا نرم با Ductility بالا است.
آستونیت (γ)
آهن یا محلول جامد کربن در اهن با ساختار FCC را استونیت گفته می شود.
حداکثر حلالیت کربن در آستونیت در دمای 1147 oC  برابر 2.14درصد کربن است.
آستونیت دارای خاصیت مغناطیس نیست.
فازی نرم با استحکام متوسط و Ductility  بالا است
سمنتیت   (Fe3C)  Cementite
ترکیب آهن و کربن است. فازی سخت و ترد است .
سمنتیت فازی ناپایدار است و در صورت وجود شرایط مناسب نظیر(دما، زمان و وجود بعضی عناصر آلیاژی) می تواند به عناصر سازنده خود یعنی آهن و گرافیت تجزیه شود.
این ترکیب که که 6.67% wt. کربن دارد به صورت خط عمودی در نمودار آهن – کربن ظاهر می شود.
اگر بیش از حد حلالیت کربن در استونیت یا فریت کربن اضافه شود مازاد آن به صورت سمنتیت رسوب می کند.
نمدار فازی – کربن را می توان به دو قسمت تقسیم بندی کرد
1- 0تا 6.67درصد کربن : که در این ترکیب کاربید آهن تشکیل می شود. این ناحیه از نظر تکنولوژی اهمیت زیادی دارد
زیرا الیاژ های اهن و کربن نظیر فولاد و چدن در این طیف از ترکیب قرار می گیرند.
2- در طیف کربن بیش از 6.67درصد وزنی کربن تا 100درصد کربن که در نمودارفازی آهن –کربن  نشان داده نشده و از نظر تکنولوژیکی اهمیتی ندارد.
فاز
محلول جامد کربن در آهن با ساختار BCC است که در طیف دمای بالا مشاهده می شود.
واکنش های مهم در نمودار فازی آهن و کربن
1- واکنش Eutectic
در دما و ترکیب   7/6%wt.کربن در دمای  oC 727
ریزساختار بعضی آلیاژها ی آهن-کربن
ریز ساختار الیاژ های آهن – کربن به درصد کربن و سرعت سرد شدن قطعه بستگی دارد.
الیاژهای فلزی را می توان به دو دسته تقسیم کرد
1-آلیاژهای آهنی: که آهن عنصر اصلی الیاژ است
2- آلیاژ های غیر آهنی :
فولاد الیاژ اهن و کربن (و سایر عناصر ) است که حداکثر 2درصد کربن دارد.
چدن آلیاژ آهن و کربن با بیش از 2درصد کربن است(نه چندان دقیق)
در این قسمت ابتدا ریزساختار الیاژهای مختلف  آهن-کربن در طیف کمتر از 2درصد کربن(فولاد ها) بررسی می شود.
درادامه عملیات حرارتی فولادها مورد بررسی قرار می گیرد.  چدن ها و ساختار آنها در فصل بعد مورد بررسی قرار می گیرد.
1- آلیاژ یوتکنوئید
الیاژ یوتکتوئید : آلیاژ یوتکتوئید الیاژی است که ترکیب آن دقیقا ترکیب نقطه یوتکتوئید است.
ساختار این الیاژ بعد از سرد شدن به صورت زیر است.
ساختار در این حالت شامل 100% ساختار لایه ای از لایه های متناوب فریت (α) و سمنتیت(Fe3C) است. به این ساختار ساختار صددر صد پرلیتی گفته می شود. 
پرلیت (pearlite)
محصول لایه ای از فریت و سمنتیت که از واکنش یوتکتوئید حاصل می شود و به صورت متناوب در کنار هم قرار گفته اند.
در این حالت تمام ساختار از لایه های متناوب از فریت و سمنتیت تشکیل شده که در دانه های مختلف آرایش یافته اند.
در این حالت فاز استونیت اولیه با 0.76 درصد کربن هم زمان به دو فاز فریت با 0.022درصد کربن و سمنتیت با 6.67 درصد کربن تجزیه می شود و در نتیجه لازم است تا کربن بین دو فاز طوری تقسیم شود که ترکیب نهایی ایجاد شود.
سرد شدن یک الیاژ Hypoeutectoid
همان طور که قبلا گفته شد الیاژ HypoEutetoid
آلیاژی است که ترکیب ان قبل از نقطه یوتکتوئید است
Hypo=Less= کمتراز شکل سرد شدن الیاژ Hypoeutectoid  و ساختار حاصل را نشان می دهد.

پرلیت : ساختار لایه لایه از سمنتیت و فریت که از واکنش یوتکتوئید حاصل می شود.

در الیاژ  Hypoeutectoid دو نوع فریت وجود دارد
1- proeutectoid Ferrite
2- Pearlitic Ferrite
درالیاژ Hypereutectoid دو نوع سمنتیت وجود دارد
1- preoeutectoid cementite
2- Pearlitic cementite
سرد شدن غیر تعادلی
هر آنچه تا کنون در مورد ساختار آلیاژ های فولادی گفته شد در مورد سرد کردن آرام یا تعادلی بود. با افزایش سرعت
سرد کردن حداقل دو اتفاق مهم می افتد
1- تغییر دمای دگرگونی فازها مثل دمای یوتکتوئید با افزایش سرعت سرد شدن دمای یوتکتوئید کم می شود.
2- مقادیر فازهای تعادلی تغییر می کند
3-  ایجاد فازهای غیر تعادلی که در نمودار فازی مشاهده نمی شود.
اثر عناصر الیاژی
عناصر آلیاژِی می توانند بر روی دمای و ترکیب واکنشهایی که در مورد نمودار آهن – کربن مشا هده می شود  را تغییر دهد.
به عنوان ساده ترین مثال برای ورود به بحث اثر کربن بر دگرگونی فازی آهن خالص را در نظر بگیرید.
اضافه کردن کربن به آهن باعث می شود که فاز آهن با ساختار FCC که  به صورت خالص در دماهای بالاتر از 912oC پایدار است, در دماهای پایین تر  نیز وجود داشته باشد.
به صورت مشابه عناصر الیاژی می توانند دمای و ترکیب دگرگونی های نظیر Euteoid  را در نمودار فازی آهن – کربن تغییر دهند.
بعضی از عناصر الیاژی باعث پایداری فاز آستونیت در دماهای پایین تر می شوند که به آنها پایدار کننده
آستونیتAustenite stabilizer)  (گفته می شود بعضی از عناصر الیاژی باعث پایداری فاز فریت در دماهای بالاتر می شوند که به آنها پایدار کننده فریت (Ferrite stabilizer) گویند 

عملیات حرارتی فولاد ها Heat treatment of steels
عملیات حرارتی : به مجموعه ای از عملیات گرم کردن و سرد کردن به منظور دست یابی به خواص مورد نظر

انواع عملیات حرارتی را می توان با توجه به طیف دمایی مورد استفاده و سرعت گرم کردن یا سرد کردن دسته بندی کرد  
مثال :
برای ورود به بحث عملیات حرارتی و بررسی این نوع عملیات ها مثالی در زیر ارائه شده است. اگر یک فولاد یوتکتوئید

را از دمای 850 oC با دو سرعت مختلف سرد کنیم.....

مجید غفوری

نمودار آهن کربن