انجماد فولاد

 

در سال ۱۸۶۶ میلادی وقتی چرنیف (D.K Cherniov) دانشمند روسی، آزمایشاتی را بر روی آلیاژهای آهن کربن انجام می داد متوجه شد که در اثر گرم شدن یا سرد شدن فولاد، در درجه حرارت های معینی ساختار کریستالی دگرگون می می شود و او این درجه حرارت های مشخص را نقاط بحرانی نام گذاری کرد.

 

با سرد کردن مذاب نخستینجوانه های جامد، یعنی جوانه های دلتا با ساختار کریستالی BBC در دمای ۱۵۳۹ درجه سانتیگراد به وجود می آیند.

 

انجماد در فولاد

با ادامه سرد کردن، ساختار آهن تغییر می کند و آهن گاما با ساختار کریستالی FCC در دمای ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد به ایجاد می شود. سپس در ادامه سرد کردن در دمای ۹۱۰ درجه سانتیگراد آخرین تغییر ساختاری، یعنی تبدیل شبکه کریستالی FCC به شبکه کریستالی BCC رخ داده و آهن آلفا بدست می آید.

در صورت ادامه سرد کردن تا دمای محیط تغییرات ساختاری دیگری رخ نمی دهد ولی در دمای ۷۶۹ درجه سانتیگراد انرژی داخلی و قابلیت هدایت الکتریکی آهن a تغییر می کند و خاصیت مغناطیسی در آن به وجود می آید.

لازم به ذکر است که دماهای گفته شده در مورد آهن خالص بوده و در حضور عناصر آلیاژی این دماها تغییر خواهند کرد.

 

دیاگرام های فازی آهن کربن


دیاگرام های فازی آهن کربن آهن خالص بسیار نرم بوده و در صنعت زیادی استفاده نمی شود، اضافه کردن عناصر آلیاژی به آهن باعث افزایش خواص مکانیکی آن خواهد شد.

مهمترین عنصری که بر روی خواص مکانیکی آهن تاثیر می گذارد آلیاژی، کربن است. به طوریکه در خیلی از موارد، عامل تعیین کننده خواص مکانیکی در آلیاژهای آهن می باشد.

 

نکته: اگر میزان کربن در آهن کمتر از ۲% زباشد، آلیاژ را فولاد و درصورتیکه بیش از ۲% باشد آن را چدن می نامند.

 

 

دیاگرام فازی آهن کربن  تغییرات ساختاری آلیاژهای آهن کربن نسبت به درجه حرارت را نشان میدهد.

ساختار نهایی در فولاد، تعیین کننده خواص مکانیکی است  و معمولا از طریق عملیات حرارتی به دست می آید، شناخت دیاگرام فازی آهن کربن و محدوده های حرارتی استحاله های فازی، بسیار الزامی می باشد.البته برای مقاصد ویژه، ممکن است عناصر آلیاژی دیگری به فولاد اضافه شوند که در این صورت آن را فولاد مخصوص نامیده و همانگونه که می دانیم این عناصر آلیاژی، محدوده های حرارتی استحاله ها را نیز تغییر می دهند. آهن با کربن یک ترکیب به نام سمنتیت Fe3C می دهند، این دیاگرام را دیاگرام آهن سمنتیت نیز می نامند. به علت این که Fe3C از نظر ترمودینامیکی پاپایدار بوده و به صورت Fe3C →۳Fe+C تجزیه می شود، دیاگرام آهن سمنتیت یک دیاگرام تعادلی نیمه پایدار بوده و بر روی این دیاگرام، دیاگرام تعادلی آهن کربن نیز به صورت خط چین نمایش داده می شود.

 

 فازهای موجود در دیاگرام تعادلی آهن کربن

فاز دلتا δ

آهن دلتا مابین درجه حرارت های ۱۵۳۶-۱۲۹۲ درجه سانتیگراد وجود دارد. این فاز می تواند تا حد ۰٫۵% کربن به همراه مذاب وجود داشته باشد. فاز دلتا در نقطه پریتکتیک با ۱۸% کرین با فاز آستنیت در تعادل است و در گروه کربن کمتر از ۰٫۱% به صورت تک فاز وجود دارد.

 

فاز گاما γ

زمانی که آلیاژی با ساختار فازی دلتا سرد شده و وارد محدوده فاز γ شود استحاله فازی در شبکه کریستالی آن از BBC به FCC اتفاق می افتد این تحول به همراه انقباض در ساختار کریستالی فلز می باشد.ساختمان کریستالی γ قادر است مقادیر زیادی کربن را در خود حل کند، و همچنین این فاز قدرت تثبیت و حد حلالیت بیشتری را از کربن نسبت به فازهای دیگر را داراست.

 

فاز فریت α

محلول جامد کربن در آهن α را فریت می نامند. فریت که در زیر میکروسکوپ به صورت فازی سفید رنگ دیده می شود، نرم ترین و شکل پذیری فاز در دو فولاد می باشد.آهن α دارای ساختار کریستالی BCC بوده و در پایین تر از ۹۱۰ درجه سانتیگراد به ایجاد می شود.این فازدر محدوده حرارتی ۹۱۰-۷۶۹ درجه سانتیگراد غیرمغناطیسی می باشد.حد حلالیت کربن در این فاز خیلی کم می باشد به طوری که ماکزیمم درصد کربنی که در آهن α حل می شود ۰٫۰۲۵% آن هم در دمای ۷۲۳ درجه سانتیگراد می باشد که این مقدار در دمای محیط به۰٫۰۰۲۵% می رسد.

 

سمنتیت Fe3C

سمنتیت فازی سخت و شکننده می باشد و دارای ساختار کریستالی ارترومبیک (Orthorhombic) بوده و می تواند حاوی ۶٫۶۷% کربن باشد.

 

 انواع سمنتیت

۱- سمنتیت اولیه که از مذاب جوانه می زند. (Fe3C1)
۲- سمنتیت یوتکتیک که ناشی از تحول یوتکتیک می باشد. (Fe3C3)
۳- سمنتیت ثانویه که مرجع آن فاز γ می باشد. (Fe3C11)
۴- سمنتیت یوتکتوئید که ناشی از تحول یوتکتوئیدی می باشد. (Fe3Ce)
۵- سمنتیت نوع سوم که در اثر خروج اتم های کربن از شبکه فریت به وجود می آید و دور دانه های فریت را می گیرند. (Fe3C111)
نکته :تمامی این سمنتیت ها دارای ساختار کریستالی و ترکیب شیمیایی یکسان می باشند و فرق آن ها فقط در مرجعی است که از آن به وجود آمده اند.

 

پرلیت +Fe3Cα

خواص مکانیکی پرلیت مابین فریت و سمنتیت بوده و وابستگی بسیار زیادی به ریز بودن لایه های متناوب فریت و سمنتیت دارد.

لایه های فریت و سمنتیت دارای ضخامتی می باشند که هر چه قدر ضخامت این لایه ها کمتر باشد، پرلیت حاصله ظریف تر و خواص مکانیکی آن بالاتر خواهد بود.

 

 

 

 

درباره ما

شرکت فولاد تاج سالهاست که فعالیت خود را در تامین متریال هاي مورد نیاز شرکت ها بعهده
گرفته و توانسته نام نیکی در عرضه کننده هاي فولاد آلیاژي به جاي بگذارد .
تاکنون توانسته ایم با جمعی از پیمانکاران شرکت هاي نفت و گاز و صنعتی کشور همکاري قابل توجهی راداشته باشیم.

تماس با فولاد تاج

آدرس : بزرگراه فتح، کیلومتر 5 ، رو به روی فتح 21، مجتمع بازار استیل، بلوک 3، پلاک 142

تلفن : 02166394380

تلفکس : 02166395213