اخبار شرکت توضیح جامع سازه های متالوگرافی رایج مورد استفاده در تولید فولاد صنعتی

一、ساختار محلول جامد پایه

1. آستنیت (A [Feγ (C)])

آستنیت محلول جامدی است که از انحلال کربن و عناصر آلیاژی در γ -Fe تشکیل می شود. در سیستم فولاد آلیاژی، ساختاری پایدار است که در آن کربن و عناصر آلیاژی مختلف با هم در γ -Fe حل می شوند. ویژگی قابل توجه آن انعطاف پذیری عالی است، با این حال سختی و نقطه تسلیم آن نسبتاً پایین است و مقادیر سختی برینل معمولاً از 170 تا 220HB متغیر است. این ریزساختار با کمترین حجم ویژه در بین فولادها است. در شرایط دمای بالا، آستنیت توانایی زیادی در حل کردن کربن دارد. در دمای 1147 درجه سانتی گراد، مقدار کربن محلول می تواند به 2.11 درصد برسد و با کاهش دما به 727 درجه سانتی گراد، مقدار کربن محلول به 0.77 درصد کاهش می یابد. در زیر یک میکروسکوپ متالوگرافی، آستنیت به دلیل حفظ ساختار شبکه مکعبی وجه محور γ-Fe، یک شکل چند ضلعی منظم از خود نشان می دهد. این ریزساختار خواص سرد کاری عالی را به فولاد می بخشد. در طی فرآیندهای گرم کاری مانند آهنگری و نورد، وجود آستنیت به تغییر شکل پلاستیک فولاد کمک می کند.

2. فریت (F [Feα (C)])

فریت محلول جامدی است که از انحلال کربن و عناصر آلیاژی در α - Fe تشکیل می شود. عملکرد آن مشابه آهن خالص است، با سختی نسبتا کم، تقریباً بین 80 تا 100HB، اما دارای انعطاف پذیری عالی است. هنگامی که عناصر آلیاژی در فریت حل می شوند، می توانند به طور موثری استحکام و سختی فولاد را افزایش دهند. در دمای 727 درجه سانتیگراد، حلالیت کربن در فریت تنها 0.022٪ است و در دمای اتاق، 0.008٪ است. فریت ساختار شبکه مکعبی بدنه-مرکز α-Fe را حفظ می کند و ویژگی های متالوگرافی چند وجهی معمولی فلزات خالص را در ساختارهای متالوگرافی نشان می دهد. وجود فریت چقرمگی خوب و شکل پذیری سرد را به فولاد می بخشد و اغلب در اجزای ساختاری با الزامات پلاستیسیته بالا استفاده می شود.

من،ترکیبات و ساختارهای مخلوط

1. سیمانیت (Fe₃C)

سمنتیت، ترکیبی متشکل از آهن و کربن، به نام کاربید آهن نیز شناخته می شود. در دمای اتاق، بیشتر کربن موجود در آلیاژهای آهن-کربن به شکل سمنتیت وجود دارد. بر اساس نمودار تعادل آهن و کربن، سمنتیت را می توان بر اساس مسیر بارش و مورفولوژی آن به سه نوع طبقه بندی کرد: سمنتیت اولیه از مایع در امتداد خط CD متبلور شده و رسوب می کند، که بیشتر شکل ستونی دارد. سمنتیت ثانویه در امتداد خط ES از محلول های جامد γ رسوب می کند و اغلب به شکل مشبک سفید ظاهر می شود. سمنتیت سوم در امتداد خط PQ از محلول جامد α رسوب می کند و همچنین عمدتاً یک شبکه سفید است. سمنتیت در محیط های با دمای پایین دارای خاصیت مغناطیسی ضعیف است. نقطه ذوب آن تقریباً 1600 درجه سانتیگراد و محتوای کربن آن 6.67٪ است. سختی سمنتیت بسیار زیاد است، به مراتب بیش از 700HB است، اما بسیار شکننده است و تقریبا هیچ خاصیت پلاستیکی ندارد. در فولاد، مورفولوژی و توزیع سمنتیت تأثیر بسزایی بر استحکام، سختی و مقاومت به سایش فولاد دارد. به عنوان مثال، سمنتیت دانه ای می تواند چقرمگی فولاد را افزایش دهد و در عین حال استحکام خاصی را حفظ کند.

2. پرلیت (P)

پرلیت مخلوطی مکانیکی از فریت و سمنتیت است و محصول تبدیل یوتکتوئید فولاد کربنی با محتوای کربن 0.77 درصد است. ریزساختار آن یک ساختار لایه ای با فریت و سمنتیت به طور متناوب است. اندازه فاصله ورقه پرلیت به درجه سرد شدن کمتر در هنگام تجزیه آستنیت بستگی دارد. هر چه درجه سرد شدن بیشتر باشد، فاصله ورقه پرلیت کوچکتر تشکیل می شود. بر اساس تفاوت در فاصله لایه ها، می توان آن را بیشتر به پرلیت، سوربیت و تروستیت طبقه بندی کرد، اما اساساً همه آنها ساختارهایی از نوع پرلیت هستند. پرلیت لایه ای درشت محصول تجزیه آستنیت در محدوده دمای بالا 650-700 درجه سانتیگراد با سختی تقریباً 190-230 HB است. صفحات Fe3C را می توان با استفاده از یک میکروسکوپ متالوگرافی عمومی (زیر 500 برابر بزرگنمایی) تشخیص داد. سوربیت محصول تجزیه آستنیت در محدوده دمایی 600-650 درجه سانتیگراد با سختی تقریباً 240-320HB است. برای تشخیص ورقه های Fe3C به یک میکروسکوپ با قدرت بالا (1000 برابر بزرگنمایی شده) نیاز دارد. تروستنیت محصول تجزیه آستنیت در دمای بالای 550-600 درجه سانتیگراد با سختی تقریباً 330-400 HB است. صفحات Fe3C را فقط می توان از طریق میکروسکوپ الکترونی (10000 برابر بزرگنمایی) تشخیص داد. تحت شرایط عملیات حرارتی خاص، مانند بازپخت کروی یا تلطیف در دمای بالا، سمنتیت می تواند به صورت یکنواخت به صورت دانه ای بر روی ماتریکس فریت توزیع شود و پرلیت کروی شکل، که به عنوان پرلیت دانه ای نیز شناخته می شود، تشکیل شود. این ریزساختار می تواند به طور موثر ماشین کاری و چقرمگی فولاد را بهبود بخشد.

3. مارتنزیت (M)

مارتنزیت محلول جامد فوق اشباع کربن در α -Fe است. هنگامی که فولاد تحت عملیات آستنیته شدن در دمای بالا قرار می گیرد و با سرعت بسیار بالایی در زیر نقطه مارتنزیت خنک می شود، به دلیل ساختار ناپایدار γ-Fe در محیط های با دمای پایین، به سرعت به α-Fe تبدیل می شود. با این حال، به دلیل سرعت خنک‌سازی بسیار سریع، اتم‌های کربن در فولاد زمانی برای انتشار ندارند، بنابراین ترکیب آستنیت فاز اصلی را در دماهای بالا حفظ می‌کنند. بنابراین، مارتنزیت محصول یک تبدیل فاز غیر انتشاری است که زمانی رخ می‌دهد که فولاد به سرعت در زیر نقطه مارتنزیت پس از آستنیته شدن سرد شود. مارتنزیت در حالت فراپایدار است. به دلیل فوق اشباع کربن در α -Fe، شبکه مکعبی مرکزی بدنه α -Fe مخدوش شده و یک شبکه مربعی در مرکز بدن را تشکیل می دهد. این مارتنزیت سختی بسیار بالایی دارد، تقریباً بین 640 تا 760HB، اما همچنین آن را بسیار شکننده، با چقرمگی ضربه کم می کند و کاهش مساحت و ازدیاد طول تقریباً نزدیک به صفر است. به دلیل اعوجاج شبکه ناشی از کربن فوق اشباع، حجم ویژه مارتنزیت بیشتر از آستنیت است. هنگامی که مارتنزیت در فولاد تشکیل می شود، یک تنش تبدیل فاز نسبتاً بزرگ ایجاد می کند. در شرایط عادی فرآیند کوئنچ، مارتنزیت ساختارهای سوزنی سفید رنگی را در زوایای خاصی نسبت به یکدیگر در ساختار متالوگرافی نشان می دهد. با این حال، همه ساختارهای مارتنزیتی سخت و شکننده نیستند. به عنوان مثال، فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا حاوی عناصر آلیاژی مانند منگنز، کروم، نیکل و مولیبدن، پس از عملیات خاموش کردن و تمپر کردن، دارای ریزساختار مارتنزیت کم کربن معتدل هستند. این ساختار استحکام بالا را با چقرمگی خوب ترکیب می کند و به طور گسترده در ساخت و ساز، ساخت مکانیکی و سایر زمینه ها استفاده می شود.

• ساختار متالوگرافی خاص
  
  1. بینیت (B)

بینیت مخلوطی از فریت فوق اشباع و سمنتیت است که با تبدیل فاز آستنیت سرد نشده در محدوده دمای متوسط ​​(تقریباً 250-450 درجه سانتیگراد) ایجاد می شود. بینیت را می توان بر اساس تفاوت در دمای تشکیل آن به بینیت بالایی و بینیت پایینی طبقه بندی کرد. بینیت بالایی یک ریزساختار است که در نزدیکی دمای تشکیل پرلیت تشکیل شده است. مشخصه آن این است که ورقه های α-Fe به صورت موازی در همان جهت در داخل دانه ها قرار گرفته اند که از مرزهای دانه شروع می شود و ذرات سمنتیت بین ورقه ها پراکنده شده اند. در ساختار متالوگرافی، پر مانند به نظر می رسد و می تواند متقارن یا نامتقارن باشد. استحکام بینیت بالایی کمتر از پرلیت لایه‌ای ظریفی است که در همان دما تشکیل می‌شود و شکننده‌تر است. بینیت پایین ساختاری است که در دمای 300 درجه سانتیگراد تشکیل شده و به صورت ساختارهای سوزنی سیاه رنگ در ساختارهای متالوگرافی ظاهر می شود. بینیت بالایی و پایینی هر دو اساساً ترکیبی از فریت و سمنتیت هستند، اما از نظر مورفولوژی و توزیع کاربید متفاوت هستند. استحکام بینیت پایینی مشابه مارتنزیت تمپر شده در همان دما است و عملکرد جامع آن نسبت به بینیت بالایی برتری دارد. در برخی موارد حتی بهتر از مارتنزیت تمپر شده است. برای برخی از قطعاتی که نیاز به تناسب خوبی از استحکام و چقرمگی دارند، مانند قطعات شفت ساخته شده از فولاد کربن متوسط، به دست آوردن ساختار بینیت پایین تر از طریق عملیات حرارتی مناسب می تواند عمر مفید قطعات را افزایش دهد.

2. سازمان وی

ساختار Widmanstatten معمولا در فولاد هیپویوتکتوئیدی رخ می دهد. به دلیل گرم شدن بیش از حد فولاد و تشکیل آستنیت درشت دانه تشکیل می شود. تحت شرایط زیرسرد شدن خاص، علاوه بر بارش α-Fe عظیم در مرزهای دانه های آستنیتی اولیه، α-Fe صفحه مانندی نیز وجود خواهد داشت که از مرز دانه ها به داخل دانه ها رشد می کند. این α-فیس های پوسته پوسته رابطه جهت گیری کریستالی خاصی با آستنیت اصلی دارند و در دانه ها به صورت اشکال پوسته پوسته ای ظاهر می شوند که در زاویه خاصی نسبت به یکدیگر یا موازی با یکدیگر هستند که معمولاً به عنوان ساختار Widmanstatten از فولاد هیپویوتکتوئیدی نامیده می شود. فولاد هیپویوتکتوئیدی بیش از حد گرم شده مستعد توسعه ساختار Widmanstatten با سرعت خنک کننده نسبتاً سریع است. هنگامی که ساختار Widmanstatten شدید باشد، منجر به کاهش قابل توجه چقرمگی ضربه و کاهش سطح فولاد می شود و فولاد را شکننده می کند. با این حال، از طریق عملیات بازپخت کامل، ساختار Welmanstatten را می توان حذف کرد و خواص فولاد را می توان بازیابی کرد. در فرآیند تولید فولاد، کنترل دمای گرمایش و نرخ سرمایش کلید جلوگیری از تشکیل ساختار Widmanstatten است.

3. بافت نواری

ساختار نواری یک ویژگی ریزساختاری فولاد سازه‌ای کم کربن پس از کار گرم است که به طور خاص به عنوان ساختار نواری که در آن فریت و پرلیت در لایه‌هایی موازی با جهت پردازش توزیع می‌شوند، آشکار می‌شود. این ریزساختار باعث می شود که خواص مکانیکی فولاد ناهمسانگردی را نشان دهد. تفاوت هایی در عملکرد فولاد در جهت موازی و عمود بر جهت نوار وجود دارد و همچنین باعث کاهش چقرمگی ضربه و کاهش سطح فولاد می شود. در طول فرآیند نورد فولاد، با کنترل دمای نورد نهایی، سرعت خنک‌سازی و نسبت نورد معقول و سایر پارامترهای فرآیند، می‌توان از تشکیل ساختار نواری کاهش یا اجتناب کرد.

4. فاز δ

فاز δ مقدار کمی از فریت موجود در فولاد ضد زنگ کروم نیکل است، به ویژه آنهایی که حاوی عناصری مانند نیوبیم و تیتانیوم هستند. در فولاد زنگ نزن آستنیتی، فاز δ نقش مهمی ایفا می کند. این می تواند به طور موثر از ایجاد ترک های کریستالی در جوش های فولاد ضد زنگ جلوگیری کند، تمایل به خوردگی بین دانه ای و خوردگی تنشی را کاهش دهد و در عین حال استحکام فولاد ضد زنگ را افزایش دهد. با این حال، زمانی که مقدار δ فریت از حد معینی (به عنوان مثال، بیش از 8٪) فراتر رود، تمایل به حفره شدن فولاد ضد زنگ را افزایش می دهد. علاوه بر این، در شرایط دمای بالا، فاز δ مستعد تبدیل به فاز σ است و این تبدیل می‌تواند باعث شکنندگی فلز شود. هنگام طراحی ترکیب فولاد ضد زنگ و فرمولاسیون فرآیند عملیات حرارتی، لازم است که محتوای فاز δ را دقیقاً کنترل کنید تا اثرات مفید و مضر آن متعادل شود.

5. فاز σ

فاز - σ هنگام مطالعه پدیده شکنندگی آلیاژهای Fe-Cr به عنوان یک فاز آلیاژی کشف شد. در دمای اتاق، فاز σ غیر مغناطیسی است و ویژگی های سخت و شکننده بودن را دارد. هنگامی که فاز σ در آلیاژ وجود داشته باشد، به ویژه هنگامی که در امتداد مرزهای دانه توزیع می شود، به طور قابل توجهی انعطاف پذیری و چقرمگی فولاد را کاهش می دهد. فاز σ عموماً به محیطی با دمای بالا 550-900 درجه سانتیگراد برای مدت نسبتاً طولانی نیاز دارد تا به تدریج شکل بگیرد و فرآیند تشکیل آن منجر به بدتر شدن عملکرد ماده در استفاده می شود. تشکیل فاز σ به عوامل بسیاری از فولاد از جمله ترکیب آن (از جمله محتوای عناصری مانند کروم و نیکل)، ریزساختار، دمای حرارت، زمان نگهداری و پیش تغییر شکل مرتبط است. در فولادهای زنگ نزن با کروم بالا و نیکل کروم، هرچه محتوای کروم بیشتر باشد، تشکیل فاز σ آسانتر است. علاوه بر این، فریت δ در فولاد آستنیتی مستعد تبدیل به فاز σ است، و فرآیند تغییر شکل سرد نیز باعث تشکیل فاز σ می‌شود و باعث می‌شود محدوده دمایی که در آن فاز σ شکل می‌گیرد به سمت پایین تغییر کند. در طول تولید و استفاده از فولاد ضد زنگ، لازم است که شکل گیری فاز σ را به دقت کنترل کرده و از اثرات نامطلوب آن بر خواص مواد از طریق کنترل منطقی فرآیند جلوگیری شود.