ساختارهای فولاد

ساختارهای فولاد

اسلاید 1: افزایش سرعت سرد شدن فولاد ها از ناحیه تک فاز آستونیت فاز هایی با مورفولوژی متفاوت یا فاز هایی کاملا متفاوت ایجاد می شوند

اسلاید 2: این ساختار ها خصوصیات مختلفی دارند

اسلاید 3:

اسلاید 4: پرلیت ریز و پرلیت درشت

اسلاید 5: بنیت BainiteUpper bainite

اسلاید 6:

اسلاید 7: مارتنزیت با افزایش سرعت سرد شدن فاز آستونیت فازی ایجاد می شود که ساختار تراگونال دارد تک فاز است و محلولی فوق اشباع از آلياژ آهن و کربن است غیر تعادلی است (چون سریع سرد شده)سختی و تنش تسلیم بالایی دارد (بالاترین در بین آلیاژ های آهن وکربن)بسیار ترد است .

اسلاید 8:

اسلاید 9: نکاتی درباره مارتنزیتتغییر فاز آستونیت به پرلیت و بنیت به کمک نفوذ انجام می شود و نیاز به زمان دارند اما دگرگونی فاز آستونیت به مارتنزیت به زمان احتیاج ندارد و ناگهانی وبا سرعت صوت انجام می گیرد.بنابراین ایجاد فاز مارتنزیت در دمای خاص شروع می شود و در یک دمای خاص پایان می یابد و دردمای ثابت با گذشت زمان تغییری در آن صورت نمی گیرد.

اسلاید 10: برای اینکه مشخص کنیم دگرگونی های یاد شده در سیستم آهن-کربن در چه سرعت سرد شدن هایی صورت می گیرد از نمودار های دگرگونی در دمای ثابت(Isothermal Transformation = IT) استفاده می کنیم .در ابتدا نحوه رسم این نمودارها را بیان می شود و سپس نحوا استفاده از آنها بیان می شود.

اسلاید 11: نحوه رسم نمودار های IT1- ابتدا تعدادی نمونه به ناحیه تک فاز آستونیت حرارت داده می شوند (حدود 50-100 oC بالاتر از دمای A1 و A13) 2- تعدادی از نمونه ها را به دمایی خاص زیر دمای یوتکتوئید سرد می کنیم و در این دما به مدت زمان های مختلف ( t1,t2,t3,t4,…. (نگه داری می شود.3- در هر زمان خاص در این دمای مشخص نوع فاز های موجود و مقدار آن بررسی می شود.

اسلاید 12: 4- این عملیات در سایر دما ها تکرار می شود و نمودار هایی مانند شکل رسم می شود.TemperatureTimeزمان شروع دگرگوني مورد در دماي خاص ( T1زمان پايان دگرگوني در دماي خاص (T1 )

اسلاید 13: بدين ترتيب زمان شروع زمان پايان ونوع (دگرگوني پرليت + فاز پرويوتكتوئيد، بنيت يا مارتنزيت)هر دگرگوني در دماي خاص مشخص مي شود. سوال: چگونه آغاز و پايان دگرگوني مشخص مي شود؟

اسلاید 14: از وصل كردن نقاط شروع وپايان دگرگوني در دماي خاص منحني هايي مانند شكل زير به دست مي ايد.

اسلاید 15: شروع دگرگوني نفوذي پرليت يا بنيت پايان دگرگوني نفوذي شامل پرليت و بنيتشروع دگرگوني ماتنزيتپايان دگرگوني ماتنزيتي

اسلاید 16: شرح نمودارIT A: : آستونيتP: پرليتB: بنيت M: ماتنزيت نكته 1: دگرگوني هاي نفوذي براي انجام احتياج به زمان دارند و در يك زمان خاص شروع و در يك خاص زمان پايان مي يابدمنظور از دگرگوني هاي نفوذي تبديل آستونيت به فاز پرويوتكتوئيد + پرليت يا بنيت است.

اسلاید 17: در اين فولاد يوتكتوئيد از نقطه يوتكتوئيد تا بالاي دماغه نمودار آستونيت به فاز پرليت تبديل مي شود و از دماي زير دماغه تا دماي Ms فاز بنيت تشكيل مي شود.

اسلاید 18:

اسلاید 19:

اسلاید 20:

اسلاید 21: Ms:=M(start) : دماي شروع ايجاد فاز مارتنزيت است .آستونيت بايد به زير اين دماي خاص سرد شود تا فاز مارتنزيت ايجاد شودM(50)دمايي است كه كه اگر آستونيت به زير اين دما سرد شود 50 درصد آن به مارتنزيت تبديل مي شودM(90)دمايي است كه كه اگر آستونيت به زير اين دما سرد شود 90 درصد آن به مارتنزيت تبديل مي شود

اسلاید 22: Mf: دمايي است كه اگر آستونيت به زير آين دما سرد شود به 100 درصد ماتنزيت تبديل مي شود.نكته : مشاهده مي شود كه دگرگوني ماتنزيت تقريبا به دما وابسته نيست وبه محض اينكه آستونيت به زير دمايي خاص سرد شود به كاملا (يا تا حدودي) به ماتنزيت تبديل مي شود.

اسلاید 23: سوال: اگر آستونيت به دمايي پايين تر از Ms سرد شود و در اين دما نگه داشته شود چه اتفاقي مي افتد.؟

اسلاید 24: نمودار هاي IT براي فولاد هاي Hypoeutectoid و Hypereutectoid نمودار IT رسم شده در حالت قبل براي فولاد Eutectoid بود. حال مي خواهيم بدانيم شكل اين نمودار براي فولاد هاي Hypoeutectoid و Hypereutectoid كه در انها فاز پرويوتكتوئيد هم تشكيل مي شود به چه صورتي است ؟

اسلاید 25: نمودار IT براي فولاد هاي Hypoeutectoid در اين حالت چون فاز اوليه پرويوتكتوئيد هم ظاهر مي شود نمودار هاي IT به صورت زير در مي آيد.

اسلاید 26:

اسلاید 27: منحني هاي دگرگوني فاز سرد كردن پيوستهContinuous cooling قبلا منحني هاي TTTدر شرايطي به دست آمد كه قطعه به يك دماي خاص سرد مي شد و سپس در همان دما براي مدت زماني نگه داشته مي شد.اما در عمل عمليات هاي حرارتي فلزات معمولا با صورت سرد كردن پيوسته انجام مي شود. بنابراين لازم است كه نمودار هاي تغييرات فازي با گذشت زمان(TTT) براي شرايطي كه سرد كردن به صورت پيوسته انجام مي شود نيز به دست آيد.

اسلاید 28: روش به دست آوردن نمودار هاي TTT در حالت سرد كردن پيوسته 1- ابتدا تعدادی نمونه به ناحیه تک فاز آستونیت حرارت داده می شوند (حدود 50-100 oC بالاتر از دمای A1 و A13) 2- تعدادی از نمونه ها را با سرعت هاي مختلف سرد مي كنيم3- در هر سرعت سرد شدن خاص نوع فاز های موجود و مقدار آن بررسی می شود.

اسلاید 29: از وصل كردن نقاط شروع وپايان دگرگوني در دماي خاص منحني هايي مانند شكل زير به دست مي ايد.

اسلاید 30:

اسلاید 31:

اسلاید 32: نكته : همان طور كه قبلا گفته شد تغييرات فازي فازي بين فاز هاي پرليت، بنيت و مارتنزيت قابل تبديل به هم غير ممكن است بنابراين اگر حين سرد كردن پيوسته قطعه منحني سرد شدن منحني پايان دگرگوني ژليت را قطع كند و نمونه كاملا به فاز پرليت (يا مخلوط پرليت و فاز پرويوتكتوئيد) تبديل شود تبديل آن به بينيت يا مارتنزيت ممكن نيست .

اسلاید 33: اثر اضافه كردن عناصر آلياژي بر منحني هاي IT و CTفولاد آلياژ آهن و كربن است كه حداكثر 2 درصد كربن دارد.فولاد ها را مي توان بر اساس عناصر موجود به دو دسته كلي تقسيم كرد1- فولاد هاي كربني : در اين فولاد ها كربن اصلي مهمترين عنصر استحكام بخش است2- فولاد هاي آلياژي : فولاد هايي هستند كه مقادير قابل توجهي از ساير عناصر به آنها اضافه شده است.

اسلاید 34: اضافه كردن عناصر الياژي به منظور بهبود خواص (مانند افزايش سختي، افزايش استحكام كششي، افزايش مقاومت به زنگ زدگي ”خوردگي“ و... ) مي باشد.اضافه كردن عناصر آلياژي (شامل كربن، و ساير عناصر) باعث مي شود كه منحني هاي IT و CT نسبت به نمودار هاي مربوطه در مورد فولاد هاي ساده كربني به سمت راست محور زمان منتقل مي شوند تا حدودي باعث تغيير شكل منحني مي شود

اسلاید 35: نمودار CT براي فولاد كربنينمودار CT براي آلياژي

اسلاید 36: سوال با توجه به منحني IT براي دو نوع فولاد ساده كربني و آلياژي امكان ايجاد بينيت و مارتنزيت براي كدام فولاد حين سرد كردن بالاتر است؟

اسلاید 37: انواع عمليات حرارتي 1- آنيل كامل Full Annealing روش : قطعه به دمايي بالا (شكل زير) حرارت داده شده و براي مدت زماني مشخص در اين دما نگه داشته مي شود و سپس به آرامي تا دماي اتاق سرد مي شود.اهداف : 1-خارج كردن تنش هاي حرارتي باقي مانده 2- نرم كرن قطعه (كاهش تنش تسليم) 3- افزايش تافنس و Ductility 4- همگن سازي خواص بعد از ريخته گري

اسلاید 38: در اين عمليات زمان نقش مهمي دارد. معمولا بين سطح و مركر يك قطعه شيب دمايي(تفاوت دمايي) وجود دارد كه مقدار اين شيب حرارتي به اندازه ، شكل و جنش قطعه بستگي دارد. وجود اين شيب حرارتي مبي تواند باعث ايجاد تنش هاي حرارتي شود. چون قسمت هايي از جسم كه گرمتر است تمايل به انبساط بيشتري نسبت به ساير قسمت هاي سردتر جسم دارد. همين تفاوت در ميزان انبساط حرارتي قسمت هاي مختلف جسم مي تواند باعث ايجاد تنش هاي حرارتي شود.

اسلاید 39: مانعي كه از افزايش طول ناشي از انبساط حراراتي جلوگيري مي كند و در نتيجه در جسم تنش ايجاد مي شوددر اثر افزايش دما جسم ازادانه افزايش طول پيدا مي كندمنشا ايجاد تنش حرارتيσ = Eα∆T

اسلاید 40:

اسلاید 41: اگر قطعه سريع سرد يا سريع گرم شود در آن تنش هاي حرارتي ايجاد مي شود كه مي تواند باعث تغيير شكل قطعه يا شكست آن شود. شكل زير محدوده دمايي گرم كردن قطعه در عمليات آنيل كامل را نشان مي دهد.

اسلاید 42:

اسلاید 43: 2- نرماليزه كردن Normalizing روش : 1- گرم تا دمايي خاص 2- نگه داشتن در دماي خاص براي مدت زمان مشخص 3- سرد كردن تا دماي محيط در هوا اهداف1- ريز ساختن اندازه دانه ودر نتيجه افزايش تنش تسليم و استحكام كششي2- ايجاد پرليت هاي ريز در ساختار و افزايش تنش تسليم و سختي

اسلاید 44:

اسلاید 45: 3- تنش زدايي Stress relief هدف : حذف تنش هاي باقي مانده در قطعه تنش هاي باقي مانده به 3 دليل عمده در قطعه ايجاد مي شوند1- تنش باقي مانده ناشي از تغيير شكل پلاستيك بعد از عمليات هايي نظير ماشينكاري و سنگ زني 2- تنش باقي مانده به علت عدم يكنواختي در سرد شدن قطعه مثلا بعد از جوشكاري 3- تنش باقي مانده در قطعه به علت تغيير فاز هاي اتفاق افتاده در ماده (توضيح به صفحه بعد )

اسلاید 46: هر فازي نظيراستونيت، پرليت، فريت يا مارتنزيت هر كدام حجم مخصوص به خود دارند . بنابراين هنگام تغيير يك فاز به فاز ديگر مقداري افزايش يا كاهش حجم روي ميدهد كه ناشي از تفاوت حجم دو فاز نسبت به هم است .اين تغييرات حجم مي تواند باعث ايجاد تنش در قطعه شود چگونه؟

اسلاید 47: روش عمليات تنش زداييقطعه براي مدت زمان مشخص به دمايي خاص گرم شده وبراي مدت زماني در آن دما باقي مي ماند.طيف دمايي در شكل زير نسان داده شده است.صيف دمايي طوري انتخاب مي شود كه اثرات ناشي از كار سرد در قطعه از بين نرود و تنها تنش هاي باقي مانده ( ناشي از عدم تطابق ها به هر دليل) آزاد شود.

اسلاید 48:

اسلاید 49: آنيل كردن Annealing براي از بين بردن اثرات كار سرد كه قبلا توضيح داده شد.

اسلاید 50: كروي كردن Spheroidizing هدف :1- كاهش سختي و تنش تسليم به منظور تسهيل در براده برداري از قطعه و سهولت تغيير شكل پلاستيك 2- افزايش تافنس

اسلاید 51: فولادهاي كبني با درصد كربن 0.4wt.% و بالاتر به علت مقادير بالا از سمنتيت كه در ساختار به صورت لايه اي حضور دارند باعث افزايش سختي و تنش تسليم و كاهش تافنس جسم مي شوند. با انجام عمليات كروي كردن اين لايه ها به صورت كروي در مي آيد و بدينوسيله تنش تسليم و سختي كم مي شود و تافنس زياد مي شود

اسلاید 52: روش عمليات كروي كردن3 روش كلي براي عمليات كروي كردن وجود دارد1- حرارت دادن قطعه به دماي زير يوتكتوئيد (700oC) و نگه داشتم براي مدت زماني در اين دما (15-25 ساعت)2- گرم كردن قطعه به درست بالاتر از نقطه يوتكتوئيد و سپس سرد كردن آهسته(در كوره)3- سرد كردن و گرم كردن متناوب در فاصله دمايي 50 بالا وزير دماي يوتكتوئيد

اسلاید 53:

اسلاید 54:

اسلاید 55: سخت كاري Hardening