تحقیق و بررسی در مورد فازها وساختارهاي بلوري

لينک پرداخت و دانلود *پايين مطلب*

فرمت فايل:Word (قابل ويرايش و آماده پرينت)

تعداد صفحه

90

برخی از فهرست مطالب

آهن دلتا

اثر كربن

فريت

كاربيد آهن (سمنتيت)

يت دلتا

دماهاي بحراني

فاز كاربيد در فولادهاي آلياژي

كاربيدهاي گروه I

M3C , M23C6 , M7C3 , M6C

كاربيدهاي گروه II (فازهاي بين نشيني

دگرگوني يوتكتوييدي فازهاي پرويوتكتوييد

بينيت و دگرگوني بينيتي

بينيت پاييني

نمودارهاي دگرگوني همدما (IT)

فازها وساختارهاي بلوري

1-1 مقدمه

فولادها گروهي از آلياژهاي آهن - كربن و عناصر ديگرند كه بيشترين كاربرد را در صنعت و فن آوري دارند. يكي از دلايل اصلي كاربرد وسيع فولادها از خواص كاملاً متنوعي كه مي توان به كمك روشهاي مختلف عمليات حرارتي در آنها به وجود آورد. در شكل 1-1 اثر درصد كربن و عمليات حرارتي مختلف بر روي ميكروساختار، استحكام تسليم و انعطاف پذيري فولادهاي كربني ساده نشان داده شده است. با افزايش كربن از تقريباً صفر در صد تا 8/0 درصد استحكام تسليم از 103 Mpa (1500psi) به 448 Mpa (65000 psi) افزايش يافته و انعطاف پذيري از 62 درصد به 14 درصد كاهش مي يابد. اگر فولاد ياد شده به مدت يك ساعت در 1000 درجة سانتگيراد حرارت داده شود و سپس به آهستگي (به عنوان مثال در مدت 24 ساعت) تا 25 درجة سانتگيراد سرد شود، ميكروساختار نشان داده شده در شكل 1-1 (ج) به دست مي آيد. فولاد ياد شده داراي استحكام تسليم 448 Mpa (6500 psi) و انعطاف پذيري 14 درصد است. ليكن، اگر فولاد ياد شده به مدت يك ساعت در 1000 درجة سانتگيراد حرارت داده شود و سپس خيلي سريع (سرد كردن در آب) تا 25 درجة سانتيگراد سرد شود ميكروساختار كاملاً تغيير كرده و مشابه شكل 1-1 (هـ) خواهد شد. در اين حالت استحكام تسليم تا 2070 Mpa (300000 psi) افزايش يافته و انعطاف پذيري تا 1 درصد كاهش مي يابد. گرچه سرد كردن فولاد در آب باعث افزايش استحكام آن مي شود، ولي شكنندگي آن را نيز افزايش مي دهد. اگر فولاد در آب سرد شده را مجدداً حرارت داده و به مدت يك ساعت در 500 درجة سانتگيراد نگه داشته و سپس تا دماي اتاق سرد كنيم ميكروساختار نشان داده شده در شكل 1-1 (و) به دست مي آيد. در اين حالت انعطاف پذيري تا 7 درصد افزايش مي يابد ولي استحكام تسليم به 966 Mpa (140000 psi) كاهش خواهد يافت. كاربرد وسيع فولادها ناشي از خواص كاملاً متنوع آنهاست كه به كمك تغيير درصد كربن و/ يا تغيير درصد عناصر آلياژي و/يا تغيير نوع عمليات حرارتي امكانپذير است. گستردة وسيع خواص متنوع فولادها ناشي از نوع، مقدار، اندازه و توزيع فازهاي مختلف (به عنوان مثال سمنتيت يا كاربيد آهن (Fe3C) است.

1-2 نمودار تعادلي آهن - كربن

نمودار تعادلي آهن - كرب (Fe-C) راهنمايي است كه به كمك آن مي توان روشهاي مختلف عمليات حرارتي را بررسي و مطالعه كرد. از آنجايي كه بيشتر فولادها داراي عناصر آلياژي ديگري بجز آهن و كربن اند و اين عناصر موقعيت مرز بين نواحي فازي را نسبت به فولادهاي كربني ساده تغيير مي دهند، نمودار تعادلي آهن- كربن بايد فقط به عنوان يك راهنما استفاده شود. ساختارهاي ناتعادلي حاصل از بعضي از روشهاي عمليات حرارتي (به عنوان مثال سرد كردن فولادها در آب) باعث مي شود كه كاربرد نمودار تعادلي آهن - كربن در عمليات حرارتي محدودتر شود. فولادها آلياژهاي آهن-كربن و عناصر ديگر بوده كه داراي كمتر از 2 درصد كربن (معمولاً يك و يا كمتر از آن) اند. بنابراين، قسمتي از نمودار كه داراي كمتر از 2 درصد كربن است بيشترين اهميت را در رابطه با عمليات حرارتي فولادها دارد. خط ممتد، تعادل بين فازهاي مختلف آهن و سمنتيت (Fe3shy;C) و خط منقطع، تعادل بين فازهاي مختلف آهن و گرافيت يا كربن آزاد را مشخص مي كند. گرافيت حالتي از كربن بوده كه بسيار پايدارتر از سمنتيت است و در صورتي كه به سمنتيت فرصت داده شود سرانجام به گرافيت تجزيه خواهد شد. در فولادها گرافيت زايي[1] به ندرت انجام و به همين دليل نمودار آهن- سمنتيت جهت مطالعه و بررسي عمليات حرارتي فولادها مناسبتر است. در چدنها، وجود مقادير كربن و سيليسيم نسبتاً بالاتر تجزينه سمنتيت و تشكيل گرافيت را ترغيب مي كند. بنابراين فن آوري چدنها بيشتر بر اساس نمودار آهن- گرافيت استوار است.

نمودار شكل 1-2 فقط در فشار يك اتمسفر صادق است. تحت فشارهاي بيشتر فصل مشتركهاي بين نواحي مختلف فازي تغيير مكان داده و همچنين فازهاي جديدي به وجود مي آيند. آهن خالص، تحت فشارهاي زياد، آهن با شبكة بلوري منشور فشرده (hcp) موسوم به آهن اپسيلن به وجود مي آيد. نقطة سه گانه بين آهن آلفا، آهن گاما و آهن اپسيلن در 770 درجة كلوين و 110 كيلوبار است.

1-2-1 ساختارهاي بلوري و خواص آهن خالص

آهن عنصري چند شكلي[2]است. بدين معني كه در فشار يك اتمسفر با افزايش دما، شبكة بلوري آن تغيير مي كند. آهن آلفا يا آهن فريتي از صفر مطلق تا 912 درجة سانتيگراد آهن گاما يا آهن آستنيتي در دماهايي بين 912-1394 درجة سانتيگيراد و آهن دلتا از 1394 درجة سانتيگراد تا نقطة ذوب آهن خالص يا 1538 درجة سانتگيراد پايدار است.

الف: آهن آلفا

آهن آلفا يا آهن فريتي جزء سيستم مكعبي بوده و شبكة بلوري آن مكعب مركزدار (bcc)[3] است (شكل 1-3). بدين صورت كه تمام اضلاع آن مساوي بوده (به طول a) و بر همديگر عمودند. جمع كل اتمهاي واحد شبكه برابر با يك اتم در مركز مكعب به علاوه از 8 اتم موجود در گوشه هاست كه برابر 2 اتم مي شود.

پارامتر شبكة آهن آلفا در دماي اتاق 86/2 انگسترم (nm 286/0) است. قطرهاي اصلي واحد شبكة bcc در جهات > 111< است كه همان جهات با چگالي زيادند. اتم مركزي داراي 8 اتم همسايه با نزديكترين فاصله از آن است. فاصلة مراكز اتمهاي ياد شده از مركز اتم مركزي برابر با نصف قطر اصلي يا است.

ب: آهن گاما

[1] - Graphitization

[2] -Polymorphism

[3] - body centered cubic (bcc)