همان طور كه مي‌دانيد كربن به طور يكنواخت در آهن مذاب حل مي‌شود همان طور كه نمك در آب حل مي‌شود اما مسئله‌ي بغرنج اين است كه بتوان ثابت كرد ، كربن جامد يا كاربيد آهن ، در آهن جامد حل مي‌شود . آهن و كربن محلول‌هاي جامدي را به وجود مي‌آورند كه عمليات‌هاي حرارتي را انجام پذير مي‌سازد . در اكثر عمليات‌هاي حرارتي مانند : آنيل ، يكنواخت سازي و سخت گرداني ، براي حل شدن كاربيد در آهن مجبورند فولاد را در منطقه آستنيته حرارت داد . بايد توجه كرد كه در حين عمليات حرارتي آهن ، كربن يا آستنيت به حالت مذاب نيستند .
براي درك بهتر محلول جامد كردن در آهن، بهتر است آن را به بازي بسكتبال تشبيه كنيد ساختمان آن را با زمين هرمي شكل بازي بسكتبال و توپ‌هايي كه در ميان بازيتان رد و بدل مي‌شود مقايسه كنيد . در اين مثال بازيكنان به عنوان اتم‌هاي آهن و توپ‌هاي پراكنده بين آنها اتم‌هاي كربن خواهد بود. اتم‌هاي كربن 8/1 اتم‌هاي آهن را دارند قابليت انحلال كربن در آهن 25% درصد مي‌باشد كه در دماي oF1340 (oC725) به صورت محلول جامد ايجاد شد گفته مي‌شود . اگر اين محلول جامد را در دماي oF1340 (oC725) آهسته سرد كنند تغييراتي انجام مي‌گيرد . اين درجه حرارت كه در آن تغييراتي انجام مي‌گيرد دماي انتقال يا دماي بحراني ناميده مي‌شود . در اين دما فولاد با 77/0 درصد كربن از يك محلول جامد همگن به دو فاز جديد انتقال مي‌يابد . اين تغيير در دماي ثابت و سير تكاملي گرما انجام مي‌شود . فازهاي جديدي كه به طور همزمان تشكيل مي‌شوند . فريت و سمنيت هستند . ميزان كربن در فازهايي كه در نمودار تعادلي آهن ـ سمنيت مشخص شده‌اند فازهاي تعادلي نيمه‌پايدار هستند . دماهاي انتقال در شرايط گرم و سرد كردن آهسته تعيين شده‌اند . فولاد هيپويوتكتوئيد (با مقدار كربن مشخص) را در نظر بگيريد ؛ اين فولاد از دماي آستنيت آهسته سرد شود ، مقدار پرليت از حالت تعادل بيشتر است . از طرفي پرليت توليد شده 77/0 درصد كربن ندارد ، بلكه غلظتي بين 7/0 تا 9/0 درصد دارد . از نمودار تعادلي آهن سمنتيت يا هر نمودار تعادلي ديگر مي‌توان فهميد كه اين فازها و دماهاي آنها فقط تحت شرايط تعادل وجود دارند . به عنوان مثال وقتي فولاد پس از گرم شدن ، سريع سرد مي‌شود از حالت تعادل خارج مي‌شود . در نتيجه ساختاري غير تعادلي به وجود مي‌آيد كه نشان دهندة اين است كه نمودار تعادلي آهن ـ سمنتيت بايد اصلاح شود . وقتي فولاد هيپويوتكتوئيد سريع سرد شود . پرليت اضافي توليد مي‌شود ؛ درك اين موضوع كار مشكلي نيست . تجزيه استنيت بر فريت و پرليت فرآيند نفوذي است كه شامل حركت اتم‌هاي كربن مي‌باشد .
سرعت نفوذ به دو عامل زمان و دما بستگي دارد . اگر قطعه سريع سرد شود ، دماي بحراني A3 تغيير مي‌كند و زمان براي نفوذ اتم‌هاي كربن خيلي كم مي‌شود . وقتي كه دما درست به زير دماي بحراني A3 مي‌رسد مقداري از آستنيت به فريت (آلفا) تبديل مي‌شود . ولي هنوز مقدار زيادي آستنتيت بر شبكه كريستالي FCC باقي مانده است . اين آستنيت‌هاي باقي مانده در ضمن سرد شدن در دمايي زير دماي بحراني AI بر پرليت تبديل مي‌شوند . در بسياري از موارد ، با توجه به مقدار پرليت موجود در ساختار ميكروسكوپي ، مي‌توان درصد كربن فولاد را تخمين زد . با توجه به توضيحات بالا ، اگر برآورد به طور صحيحي انجام شود ، مشخص مي‌شود كه ساختار قبلي فولاد اهميت زيادي دارد . هر چه سرعت عبور از دماي انتقال بيشتر باشد ، درصد پرليت بيشتري حاصل مي‌شود بنابراين تخمين ميزان كربن از طريق مقدار پرليت ممكن است نتيجه‌ي نادرستي داشته باشد . مثلاً بر روي يك فولاد با تركيب معين ، اگر عمليات يكنواخت سازي صورت بگيرد ، درصد پرليت نسبت به وقتي كه آن را آنيل مي‌كنند بيشتر است . البته تفاوت در مقدار پرليت آن خيلي زياد نيست نمودار تعادلي آهن ـ سمنتيت براي تخمين ميزان كربن موجود در فولاد نيز به كار مي‌رود . اين كار با استفاده از ساختار ميكروسكوپي انجام مي‌شود . اين تخمين به صورت زير مي‌باشد .
تخمين مقدار پرليت و تخمين مقادير فريت و سمنتيت در پرليت ؛ از مقدار كربن د رفريت مي‌توان صرف‌نظر كرد .
پرليت داراي 77% درصد كرين و سمنتيت Fe3C داراي 7/6 درصد كربن مي‌باشد .
پس درصد كربن = مقدار سمنتيت × 7/6% + مقدار پرليت × 77% درصد . به عنوان مثال ، در ساختار شكل فولاد هيپريوتكتوپيدي حدود 93 درصد پرليت و 7 درصد سمنتيت وجود دارد . بنابراين ميزان فولاد برابر است با درصد كربن 19/1 = 7% × 93% × 77% . مقدار واقعي كربن اين فولاد 25/1 درصد است . تخمين درصد كربن از روش ساختار ميكروسكوپي به ندرت انجام مي‌شود ؛ چرا كه روش تجزيه شيميايي سرعت و قدرت بيشتري دارد . دستگاه‌هاي تجاري مقدار درصد كربن فولاد را به مدت سه دقيقه تعيين مي‌كند ، البته در اين دستگاه‌ها طرز ساختن نمونه اهميت خيلي زيادي دارد .
منبع: انجمن علمی متالورژی دانشگاه آزاد کرج
براي درك بهتر محلول جامد كردن در آهن، بهتر است آن را به بازي بسكتبال تشبيه كنيد ساختمان آن را با زمين هرمي شكل بازي بسكتبال و توپ‌هايي كه در ميان بازيتان رد و بدل مي‌شود مقايسه كنيد . در اين مثال بازيكنان به عنوان اتم‌هاي آهن و توپ‌هاي پراكنده بين آنها اتم‌هاي كربن خواهد بود. اتم‌هاي كربن 8/1 اتم‌هاي آهن را دارند قابليت انحلال كربن در آهن 25% درصد مي‌باشد كه در دماي oF1340 (oC725) به صورت محلول جامد ايجاد شد گفته مي‌شود . اگر اين محلول جامد را در دماي oF1340 (oC725) آهسته سرد كنند تغييراتي انجام مي‌گيرد . اين درجه حرارت كه در آن تغييراتي انجام مي‌گيرد دماي انتقال يا دماي بحراني ناميده مي‌شود . در اين دما فولاد با 77/0 درصد كربن از يك محلول جامد همگن به دو فاز جديد انتقال مي‌يابد . اين تغيير در دماي ثابت و سير تكاملي گرما انجام مي‌شود . فازهاي جديدي كه به طور همزمان تشكيل مي‌شوند . فريت و سمنيت هستند . ميزان كربن در فازهايي كه در نمودار تعادلي آهن ـ سمنيت مشخص شده‌اند فازهاي تعادلي نيمه‌پايدار هستند . دماهاي انتقال در شرايط گرم و سرد كردن آهسته تعيين شده‌اند . فولاد هيپويوتكتوئيد (با مقدار كربن مشخص) را در نظر بگيريد ؛ اين فولاد از دماي آستنيت آهسته سرد شود ، مقدار پرليت از حالت تعادل بيشتر است . از طرفي پرليت توليد شده 77/0 درصد كربن ندارد ، بلكه غلظتي بين 7/0 تا 9/0 درصد دارد . از نمودار تعادلي آهن سمنتيت يا هر نمودار تعادلي ديگر مي‌توان فهميد كه اين فازها و دماهاي آنها فقط تحت شرايط تعادل وجود دارند . به عنوان مثال وقتي فولاد پس از گرم شدن ، سريع سرد مي‌شود از حالت تعادل خارج مي‌شود . در نتيجه ساختاري غير تعادلي به وجود مي‌آيد كه نشان دهندة اين است كه نمودار تعادلي آهن ـ سمنتيت بايد اصلاح شود . وقتي فولاد هيپويوتكتوئيد سريع سرد شود . پرليت اضافي توليد مي‌شود ؛ درك اين موضوع كار مشكلي نيست . تجزيه استنيت بر فريت و پرليت فرآيند نفوذي است كه شامل حركت اتم‌هاي كربن مي‌باشد .
سرعت نفوذ به دو عامل زمان و دما بستگي دارد . اگر قطعه سريع سرد شود ، دماي بحراني A3 تغيير مي‌كند و زمان براي نفوذ اتم‌هاي كربن خيلي كم مي‌شود . وقتي كه دما درست به زير دماي بحراني A3 مي‌رسد مقداري از آستنيت به فريت (آلفا) تبديل مي‌شود . ولي هنوز مقدار زيادي آستنتيت بر شبكه كريستالي FCC باقي مانده است . اين آستنيت‌هاي باقي مانده در ضمن سرد شدن در دمايي زير دماي بحراني AI بر پرليت تبديل مي‌شوند . در بسياري از موارد ، با توجه به مقدار پرليت موجود در ساختار ميكروسكوپي ، مي‌توان درصد كربن فولاد را تخمين زد . با توجه به توضيحات بالا ، اگر برآورد به طور صحيحي انجام شود ، مشخص مي‌شود كه ساختار قبلي فولاد اهميت زيادي دارد . هر چه سرعت عبور از دماي انتقال بيشتر باشد ، درصد پرليت بيشتري حاصل مي‌شود بنابراين تخمين ميزان كربن از طريق مقدار پرليت ممكن است نتيجه‌ي نادرستي داشته باشد . مثلاً بر روي يك فولاد با تركيب معين ، اگر عمليات يكنواخت سازي صورت بگيرد ، درصد پرليت نسبت به وقتي كه آن را آنيل مي‌كنند بيشتر است . البته تفاوت در مقدار پرليت آن خيلي زياد نيست نمودار تعادلي آهن ـ سمنتيت براي تخمين ميزان كربن موجود در فولاد نيز به كار مي‌رود . اين كار با استفاده از ساختار ميكروسكوپي انجام مي‌شود . اين تخمين به صورت زير مي‌باشد .
تخمين مقدار پرليت و تخمين مقادير فريت و سمنتيت در پرليت ؛ از مقدار كربن د رفريت مي‌توان صرف‌نظر كرد .
پرليت داراي 77% درصد كرين و سمنتيت Fe3C داراي 7/6 درصد كربن مي‌باشد .
پس درصد كربن = مقدار سمنتيت × 7/6% + مقدار پرليت × 77% درصد . به عنوان مثال ، در ساختار شكل فولاد هيپريوتكتوپيدي حدود 93 درصد پرليت و 7 درصد سمنتيت وجود دارد . بنابراين ميزان فولاد برابر است با درصد كربن 19/1 = 7% × 93% × 77% . مقدار واقعي كربن اين فولاد 25/1 درصد است . تخمين درصد كربن از روش ساختار ميكروسكوپي به ندرت انجام مي‌شود ؛ چرا كه روش تجزيه شيميايي سرعت و قدرت بيشتري دارد . دستگاه‌هاي تجاري مقدار درصد كربن فولاد را به مدت سه دقيقه تعيين مي‌كند ، البته در اين دستگاه‌ها طرز ساختن نمونه اهميت خيلي زيادي دارد .
منبع: انجمن علمی متالورژی دانشگاه آزاد کرج
نظرات
ارسال یک نظر