جستجو در تالارهای گفتگو

نمودار تعادلی آهن-کربن (Fe-C) راهنمایی است که به کمک آن می‌توان روش‌های مختلف عملیات حرارتی، فرآیندهای انجماد، ساختار فولادها و چدن‌ها و... را بررسی کرد. قسمتی از این نمودار که در متالورژی اهمیت بیشتری دارد، قسمت آهن-کاربیدآهن (سمنتیت) است. چون کاربید آهن یک ترکیب شبه‌پایدار است، بنابراین دیاگرام آهن-کربن را سیستم شبه‌پایدار می‌نامند. حالت پایدار کربن در فشار اتمسفر، کربن آزاد (گرافیت) است. قسمت‌هایی که در نمودار با حروف یونانی مشخص شده‌اند، نشانگر محلول‌های جامد از نوع بین‌نشینی هستند. تحولات هم‌دما (ایزوترم) در سیستم آهن-کربن شبه پایدار خطوط افقی در نمودار، نشان دهندهٔ استحاله‌های هم‌دما هستند. استحالهٔ یوتکتیک : دما 1148 درجه سانتیگراد، غلظت کربن 4.2 درصد استحالهٔ یوتکتوئید : دما 728 درجه سانتیگراد، غلظت کربن 0.8 درصد استحالهٔ پریتکتیک : دما 1495 درجه سانتیگراد، غلظت کربن 0.18 درصد البته باید توجه داشت که غلظت‌ها و دماهای ذکرشده برای آهن-کربن خالص بوده و با حضور عناصر آلیاژی دیگر، این ثابت‌ها تغییر می‌کنند. آهن آلفا آهن آلفا یکی از آلوتروپ‌های آهن است. این آلوتروپ از دمای -273 درجه سانتیگراد تا 910 درجه سانتیگراد پایدار است. این آلوتروپ دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) است. ثابت شبکهٔ آهن آلفای فرومغناطیس، 2.86 آنگستروم است. فریت به محلول جامد از نوع بین‌نشینی کربن در آهن آلفا α-Fe (آهن مکعبی مرکزپر) فِریت گفته می‌شود. حداکثر غلظت کربن در فریت حدود 0.2 درصد وزنی و در دمای 727 درجه سانتیگراد است. مقاومت کششی فریت در حدود 40000 (psi) است. آهن بتا در دمای 768 درجه سانتیگراد، آهن آلفای فرومغناطیس به آهن آلفای پارامغناطیس تبدیل می‌شود. این تحول، تحول آلوتروپیک نیست. گاهی این آهن آلفای پارامغناطیس، آهن بتا خوانده می‌شود. ثابت شبکهٔ این نوع آهن، 2.9 آنگستروم است. آهن گاما آهن گاما یکی از آلوتروپ‌های آهن است که در محدودهٔ دمایی 912 تا 1394 درجه سانتیگراد پایدار بوده و ساختمان بلوری fcc (مکعبی مرکزپر) دارد. آهن دلتا آهن دلتا یکی از آلوتروپ‌های آهن است که از دمای 1401 درجه سانتیگراد تا 1539 درجه سانتیگراد (نقطهٔ ذوب آهن) پایدار است. آهن دلتا دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) است. آهن دلتا دارای خاصیت پارامغناطیس بوده و ثابت شبکه‌ی آن بزرگ‌تر از آهن آلفا است. ثابت شبکهٔ آهن دلتا، 2.93 آنگستروم است. لدبوریت لدبوریت (به آلمانی: Ledeburit) به مخلوط یوتکتیکی اوستنیت و سمنتیت گفته می‌شود که از مذابی با 4.3 درصد کربن در دمای 1147 درجه سانتیگراد تحت یک واکنش یوتکتیکی حاصل می‌شود. از آنجایی که اوستنیت در دمای محیط پایدار نیست و بر اساس یک واکنش یوتکتوئیدی به پرلیت تبدیل می‌شود، بنابراین ساختمان لدبوریت در دمای محیط بصورت پرلیت و سمنتیت خواهد بود. نام این ساختار از کارل هاینریش آدولف لدبور متالورژیست آلمانی گرفته شده‌است. پرلیت پرلیت به مخلوط یوتکتوئیدی فریت و سمنتیت ‌گفته می‌شود. پرلیت تحت یک تحول یوتکتوئیدی از آهن گاما با 0.8 درصد کربن در 723درجه سانتیگراد حاصل می‌شود. مارتنزیت مارتنزیت (به آلمانی: Martensite) بطور کلی به ساختارهای بلورینی گفته می‌شود که توسط استحاله مارتنزیتی به وجود بیایند. اما این اصطلاح بیشتر به فاز مارتنزیت در فولادهای سخت‌شده اطلاق می‌شود. تصویر میکروسکوپ نوری بازتابی کوئنچ شده در روغن از مارتنزیت سوزنی در فولاد AISI 4140 آستنیته شده در 850 درجه سانتیگراد اگر اوستنیت به قدری سریع سرد شود که هیچ یک از استحاله‌های بر پایهٔ نفوذ در آن اتفاق نیافتد و فوق سرمایش تا حدی ادامه یابد که ساختار fcc پایدار نباشد، این ساختار بصورت برشی به bcc تبدیل می‌شود که از کربن فوق اشباع شده است. فاز حاصل را مارتنزیت می‌نامند. منبع : WiKiPedia

چگونه یک نمودار فازی رسم کنیم: یک دیاگرام فازی دوتایی نشان دهنده فازهای تشکیل شده و موجود در درصدهای مختلف از مخلوط دو عنصر و در یک دامنه دمایی می باشد. ترکیب شیمیایی از 100 درصد در مورد عنصر A در سمت چپ نمودار آغاز و با در نظر گرفتن تمامی مخلوطهای ممکن به 100 درصد از عنصر B در سمت راست پایان می یابد. ترکیب شیمیایی یک آلیاژ به شکل A - x%B نشان داده می شود. برای نمونه Cu - 20%Al دارای 80 درصد مس و 20 درصد آلومینیوم می باشد. برای نشان دادن خواص عناصر آلیاژی معمولا از درصد وزنی (Weight percentage ) استفاده می شود از درصد اتمی ( Atomic percentage ) هم می توان استفاده نمود.د درصد وزنی با wt%و درصد اتمی با at%نشان داده می شود. در این نوشته ما از درصد وزنی استفاده می کنیم. تفاوت درصد وزنی و اتمی را با یک مثال نشان می دهیم: وقتی از Cu-27at%Al حرف می زنیم، یعنی در این آلیاژ 27% اتمها مربوط به آلومینیوم و 73 % اتمها مس هستند و هنگامی که آلیاژ به شکل Cu-27wt%Al باشد، 27% از وزن آلیاژ Al و 37% Cu خواهد بود. تبدیل درصد وزنی و اتمی به یکدیگر الف) تبدیل درصد وزنی به اتمی: در ابتدا باید وزن را برحسب گرم در نظر گرفت. پس در 100 گرم از آلیاژ Fe-7wt%C به میزان 7 گرم کربن و 93 گرم آهن وجود دارد. وزن اتمی آهن 56 و وزن اتمی کربن 12 است. عدد آووگادرو 6.022 x 1023 می باشد. تعداد اتمها در 7 گرم کربن برابر است با: 7 ضربدر عدد آووگادرو تقسیم بر وزن اتمی کربن 7 x 6.022 x 1023 / 12= 3.513 x 1023 برای 93 گرم آهن به همین ترتیب داریم: 93 x 6.022 x 1023 / 56= 10.000 x 1023 بنابراین درصد اتمی کربن برابر است با: تعداد اتمهای کربن ضربدر 100% بخش بر مجموع اتمهای کربن و آهن 3.513 x 1023x 100 / (3.513 + 10.000) x 1023= 26% پس آلیاژ Fe-7wt%C معادل با Fe-26at%C می باشد. سمانتیت در Fe-25at%C تشکیل می شود. این فاز را در چه درصد وزنی خواهیم داشت؟ در نظر بگیرید یک نمونه دارای 100 اتم می باشد. برای مثال، نمونه ای از Fe-25at%C دارای 25 اتم کربن و 75 اتم آهن است. وزن 25 اتم کربن= 25 ضربدر وزن اتمی کربن بخش بر عدد آووگادرو= 4.98 واحد جرم اتمی وزن 75 اتم آهن= 75 ضربدر وزن اتمی آهن بخش بر عدد آووگادرو= 69.74 واحد جرم اتمی. بنابراین: درصد وزنی کربن = وزن اتمهای کربن ضربدر 100 بخش بر مجموع وزن اتمهای کربن و آهن= 4.98 x 100 / (4.98 + 69.74)= 6.66% پس at%C 25 معادل با 6.66wt%C است. تمایل در آلیاژها انجماد در یک دامنه دمایی (به جای انجماد در دمایی خاص مانند آنچه در عناصر خالص رخ می دهد)، می باشد.در هر یک از دو سر نمودار فازی فقط یکی از عناصر (100% A یا 100%B) و در نتیجه یک نقطه ذوب خاص وجود دارد.در برخی مواقع نیز مخلوطهایی وجود دارند که مانند عناصر خالص در یک دمای ویژه منجمد می شوند. این نقطه به نام نقطه یوتکتیک نامیده می شود. امکان وجود بیش از یک نقطه یوتکتیک در برخی نمودار های فازی وجود دارد. نقطه یوتکتیک نقطه ای است که واکنش یوتکتیک رخ می دهد. نقطه یوتکتیک را می توان به صورت تجربی با رسم نمودارهای نرخ سرد شدن در دامنه ای از ترکیب شیمیایی آلیاژ به دست آورد. نمودارهای فازی برای آلیاژهای بسیار ساده دوتایی دارای نقطه یوتکتیک نیست. در این حالت مخلوط مذاب (مایع) در یک دامنه انجماد (دامنه دمایی) سرد شده و محلی جامد از دو عنصر تشکیل دهنده بوجود می آید. این نمودار ساده فازی معمولا فقط وقتی بوجود می آید که دو عنصر بسیار شبیه به هم تشکیل آلیاژی را داده و یا بخشی از یک نمودار فازی پیچیده باشند. با سرد کردن آلیاژ از حالت مذاب و ثبت کردن نرخ سرد شدن آن، می توان دمای شروع انجماد را مشخص و در نمودار فازی رسم نمود. با انجام دادن آزمایشات تجربی به تعداد کافی در دامنه ای از ترکیب شیمیایی، یک منحنی شروع انجماد را در نمودار می توان رسم نمود. این منحنی به سه نقطه انجماد ساده (Single) ختم می شود و به خط لیکیدوس معروف است. بالای این خط فقط حالت مایع از آلیاژ وجود خواهد داشت. به همان روشی که شکر در چای داغ حل می شود(محلول مایع)، برای یک عنصر نیز امکان اینکه در یک عنصر دیگر حل شده ،در حالی که هر در حالت جامد باقی بمانند، وجود دارد. به این امر حلالیت جامد می گویند که مشخصاً تا چند درصد وزنی وجود دارد. این حد حلالیت معمولا با دما تغییر می کند. گستردگی منطقه حلالیت جامد را می توان در نمودار فازی رسم کرده و نامگذاری نمود. محلول جامدی از عنصر Bدر A(یعنی عمدتا عنصر A وجود داشته باشد)، به نام فاز آلفا(فاز تشکیل شده در سمت چپ نمودار) و وارون این حالت بتا (فاز تشکیل شده در سمت راست نمودار)نامیده می شود. نکته قابل توجه در در مورد برخی از عناصر این است که برخی از این عناصر در حالت آلیاژی با یکدیگر دارای حلالیت صفر هستند(در همدیگر حل نمی شود). یک شاهد بسیار خوب آلیاژ های Al – Si است که آلومینیوم در سیلیکون حلالیت برابر با صفر دارد. اگر ترکیب شیمیایی یک آلیاژ در منطقه کوچک محلول جامد و یا در کناره های نمودار فازی قرار نگیرد، آلیاژ در نقطه یوتکتیک به شکل کامل جامد می شود که این به شکل خط یوتکتیک در نمودار فازی نشان داده شده است. در دماها و ترکیبات شیمیایی بین شروع انجماد و نقطه ای که جامد کامل به دست می آید(دمای یوتکیتیک)، مخلوطی خمیری از هر دو فاز آلفا یا بتا به شکل توده های جامد با مخلوطی مایع از A و B بوجود خواهد آمد. این منطقه را که به صورت جزیی جامد شده است، در نمودار فازی زیر می توانید مشاهده کنید. منطقۀ قرار گرفته در زیر خط یوتکتیک و خارج از منطقۀ محلول جامد، مخلوطی از آلفا و بتا خواهد بود. خطوط ارتباطی و قانون اهرم Lever آلیاژی را که در نمودار زیر نشان داده شده است، در دما و ترکیب مشخص ده در نظر بگیرید. در این دما آلیاژ مخلوطی از فازهای آلفا و مایع(مذاب) است اما ترکیب دقیق شیمیایی در این دما چیست؟ یک خط ایزوترمال(دمای ثابت) از نقطه مورد نظر رسم کنید. این خط دو منحنی حلالیت مجاورش را قطع می کند و به نام خط ارتباطی نامیده می شود(Tie Line). دوسر انتهایی این خط نشان دهنده ترکیب شیمیایی دو فاز موجود در حالت تعادل با دیگر فاز در این دما می باشد. از نمودار می دانیم که فازهای آلفا و مذاب وجود دارند. خط ارتباطی نشان می دهد که فاز آلفا 5.2% B و فاز مذاب 34.5%B در این دما است. توجه داشته باشید که ترکیب کلی نمونه بدون تغییر مانده و ما فقط ترکیب شیمیایی فازهای تشکیل دهنده نمونه را تعیین می کنیم. برای یک آلیاژ که در ترکیب شیمیایی Co و دمای Tx سرد شده است، خطوط ارتباطی برای جواب دادن به پرسشهای زیر بکار می رود: -چه فازهایی وجود دارند؟ - ترکیب شیمیایی آنها چیست؟ - اگر دما تا Ty کاهش یابد، ترکیب شیمیایی دو فاز چگونه تغییر می کند؟ چون ترکیب شیمیایی Co و دمای Tx در منطقه فازی بتا + مذاب همدیگر را قطع می کنند، بنابراین فاز بتا و مذاب فازهای موجود هستند. پاسخ پرسش دوم دربارۀ ترکیب شیمیایی: بایستی خطی افقی از نقطه مورد نظر به نزدیکترین مرزهای نمودار فازی رسم کرد. این خط نشان دهنده موارد زیر خواهد بود: مذاب: X درصد وزنی از B فاز بتا: Y درصد وزنی B با کاهش دما تا Ty خط جدیدی از نقطه مورد نظر که از تقاطع این دما و ترکیب شیمیایی به دست می آید، رسم کنید. ترکیب شیمیایی عبارتست از: مذاب:X' درصد وزنی از B فاز بتا: Y' درصد وزنی B بنابراین، هر دو فاز مذاب و بتا وقتی نمونه سرد شود،غنی تر از عنصر A می شود. اکنون ما ترکیب شیمیایی دو فاز را می دانیم و نیاز به این داریم دریابیم که چه مقدار از هر فاز در دمای داده شده وجود دارد. نسبت کسری از هر دو فاز را بوسیله قانون اهرم Lever می توان به دست آورد. در نگاه اول این قانون گیج کننده به نظر می رسد. در واقع این قانون تبدیل جرم بوده و می توان آن را به شکل ریاضی تبدیل کرد.ما ابتدا با یک ترکیب شیمیایی کلی Co آغاز کردیم. از خط ارتباطی رسم شده دریافتیم که دو فاز موجود در یک دمای خاص دو ترکیب شیمیایی مختلف دارند، اما مقدار کلی این دو ترکیب شیمیایی بایستی به مقدارترکیب کلی آلیاژ اضافه شود. این اساس قانون اهرم است. منبع

چکیده این مقاله تفاوت های ریزساختاری بین ریخته گری سنتی و انجماد سریع آلیاژ AZ91HP را نشان می دهد. نتایج آزماش نشان می دهد که انجماد سریع مورفولوژی ریزساختار را تغییر می دهد. سایز دانه ها بهبود یافته و فاز β-Mg 17Al12 به طور یکنواخت توزیع شده و در انجماد سریع به طور هم جنس بدست می آید. سرعت سرد کردن بالا موقعیت های جوانه زنی فاز α-Mg را افزایش می دهد و ریزساختار بهبود یافته و نسبت تردی و شکنندگی β-Mg 17Al12 در یوتکتیک (β-Mg 17Al12 and α-Mg ) کاهش می دهد. کاهش ریزساختار می بایستی وابسته به پالایش دانه و به کار بردن قالب مسی باشد. مقدمه مصرف آلیاژ های منیزیم به طور جالبی در صنایع خودرو سازی و صنعت هوانوردی افزایش پیدا کرده است و این به دلیل چگالی پایین، استحکام و سختی بالا نسبت به وزنشان، ظرفیت استلاک خوب، قابلیت ریخته گری با قالب فلزی و پتانسیل بازسازی خوب آنها است. هر چند که کاربرد های آلیاژ های Mg به دلیل خواص مکانیکی، کارایی و استحکام خوردگی ضعیف محدود می شود. قابل استنباط است که خواص مکانیکی پلی کریستال ها در دمای اتاق می تواند با اصلاح دانه بهبود یابد، همان طوریکه از رابطه هال ـ پچ مشهود است. اصلاح دانه تأثیر مهمی در افزایش استحکام مواد مخصوصاً برای Mg و آلیاژ های Mg دارد. اصلاح ریزساختار به وسیله روش های انجماد سریع یکی از روش های زیاد برای رسیدن و بهبود خواص مکانیکی است. به هر حال، گزارش های کمی دربارۀ انجماد سریع آلیاژ های Mg وجود دارد. تحقیق جاری اصلاح ریزساختار در آلیاژ AZ91HP به وسیله ی انجماد سریع ارزیابی کرده است. دریافت متن کامل مقاله به صورت فایل PDF