تغییر شکل فولاد در طول خنک شدن

تغییر شکل فولاد در طول خنک شدن       

خنک کردن یک مرحله ضروری در فرآیند درمان حرارتی است.        

پس از گرم کردن یک قطعه فولاد و نگه داشتن آن در دمای خاصی برای به دست آوردن آستنیت با دانه های نازک و یکنواخت، خنک سازی انجام می شود.

• آستینایت فوق خنک: استنایت که از نظر ساختار زیر نقطه بحرانی A1 بدون تغییر باقی می ماند.
• در این مرحله، آستینایت فوق خنک شده بلافاصله تبدیل نمی شود؛ در عوض، در یک حالت ترمودینامیکی ناپایدار (به عنوان یک ساختار ناپایدار) است و در نهایت تبدیل می شود.
• بسته به درجه سوپر کولینگ (یعنی دماهای مختلف تبدیل) ، آستینایت سوپر کولید سه نوع تحول را تجربه می کند:
• تبدیل به پرالیت
• تحول بائینیت
• تبدیل مارتنسیت

• شرایط تبدیل: آستینایت فوق خنک شده در محدوده دمای A1 → 550 °C به یک ساختار مانند مروارید تبدیل می شود.
• محصول تبدیل: یک ساختار مخلوط مکانیکی متشکل از لایه های متناوب فریت و سیمانیت است.
• پرالیت یکی از پنج ساختار اساسی در آلیاژ های آهن-کربن است. آن را با حرف "P" (از "پرالیت") نشان می دهد. نام آن از درخشش مثل مروارید سرچشمه می گیرد.     
•   

سوربیت (S)

دمای تشکیل: 650 ~ 600 °C؛ دارای لایه های نسبتا باریک با ضخامت تقریبا 80 ~ 150 نانومتری است. The lamellae are difficult to distinguish under an optical microscope and can only be identified as the lamellar structure of ferrite and cementite under a high-magnification optical microscope (at 800 ~ 1500× magnification).

Troostite (T)

دمای تشکیل: 600 ~ 550 °C؛ دارای لایه های بسیار نازک با ضخامت تقریبا 30 ~ 80 نانومتر است.ویژگی های لامیلار را نمی توان با میکروسکوپ نوری تشخیص داد و فقط با میکروسکوپ الکترونی می توان آن را شناسایی کرد.

دمای استنتیزاسیون و اندازه دانه های استنیت قبل از تبدیل فقط بر اندازه کلنی های مروارید تاثیر می گذارد، اما بر فاصله لاملر تأثیر نمی گذارد.

از مروارید (P) به سوربیت (S) و سپس به تروستیت (T) ، هرچه دمای پایین تر باشد، فاصله لامیلار کوچکتر و قدرت و سختی بالاتر است.اونا فقط در ظرافت و خواص لايه اي تفاوت دارن، بدون هیچ تمایز اساسی.

همانند فرآیند استنتیزاسیون در طول گرم کردن، فرآیند تبدیل مروارید در طول خنک شدن نیز یک فرآیند هسته سازی و رشد در حالت جامد است.

به همین ترتیب، به دلیل تنظیمات نامنظم اتم در مرزهای دانه ها، همراه با نقص های بیشتری مانند خالی ها و انحرافات، تنظیم مجدد اتم به راحتی رخ می دهد،بنابراین سیمانیت اولین هسته ها در مرز دانه های آستنایت.

پس از هسته های سیمانیت، شروع به رشد می کند. در طول روند رشد، محتوای کربن آستنیت در هر دو طرف سیمانیت کاهش می یابد، که باعث ایجاد هسته فیریت می شود.هر دو به طور متناوب رشد می کنند، تشکیل ساختارهای چند لایه ای متشکل از فرایت و Fe3C.

در عین حال، هسته سازی و رشد نیز همزمان در سایر قسمت های مرزهای دانه شروع می شود، تشکیل چندین کلنی مروارید با جهت گیری های مختلف.

این مستعمرات مروارید رشد می کنند و به یک توده مداوم ادغام می شوند و در نهایت کل ساختار به مروارید تبدیل می شود؛ بنابراین،تبدیل آستینایت فوق خنک شده به پرالایت به اتمام رسیده است..

از آنجایی که اتم های آهن و کربن به دلیل دمای بالا در هنگام تبدیل آستنیت به مروارید به اندازه کافی پخش می شوند، این فرآیند تبدیل نوع پخش نامیده می شود.

• شرایط تبدیل: آستنایت فوق خنک شده در محدوده دمایی 550 °C ~ Ms. برای فولاد eutectoid، دمای Ms 230 °C است.
• محصول تبدیل: یک مخلوط مکانیکی دو فاز از Fe3C (سیمانیت) و فرایت فراشده کربن، که با حرف "B" نشان داده می شود.
• در سال ۱۹۳۰، E.S. Davenport و E.C. Bain برای اولین بار ساختار متالوگرافیک محصول تبدیل در فولاد پس از تبدیل ایزوترمل در دمای متوسط را مشاهده کردند.برای احترام به مشارکت های Bain، این ساختار به نام "باینایت" نامگذاری شد.
• با توجه به تفاوت در مورفولوژی های میکروساختاری آنها، bainite را می توان به:
• بائینیت بالا (B_u)
• بنایت پایین (B_l)

• مورفولوژیمثل پر

   

  سیمانیت متقاطع به شکل میله (Fe3C) در بین لیت های فرایت موازی که از مرزهای دانه آستینیت به داخل دانه رشد می کنند توزیع می شود.

  

• بنایت پایین (B ((بایین پایین) / Bl)

   

  مورفولوژی: مانند برگ بامبو. کربیدهای فلک دار نازک (Fe3C) بر روی سوزن های فرایت توزیع می شوند.

  ویژگی های عملکرد Bainite پایین:

  کربیدهای موجود در بنایت پایین ظریف و به طور یکنواخت توزیع شده اند. علاوه بر قدرت و سختی بالا، همچنین پلاستیکیت و سفتی خوبی دارد.که آن را به یک ساختار به طور معمول در تولید صنعتی استفاده می شودبه دست آوردن ساختار پایین تر bainite یکی از روش های تقویت مواد فولادی است.

  در شرایط سخت بودن یکسان، مقاومت لباس در ساختار پایین بائینیت به طور قابل توجهی بهتر از مارتنسیت است که می تواند 1 تا 3 برابر مارتنسیت باشد.بنابراین، به دست آوردن bainite پایین تر به عنوان ساختار ماتریس در مواد آهن و فولاد یک هدف دنبال شده توسط محققان و مهندسان است.

  

   

   

  1) فرآیند تشکیل باینیت بالا

   

  هنگامی که دمای تبدیل نسبتا بالا (550 ~ 350 ° C) است، هسته های فریت ترجیحاً در مناطق کم کربن آستنیت تشکیل می شوند.این هسته ها پس از آن به صورت موازی از مرز دانه های آستنیت به داخل دانه رشد می کننددر همین حال، به عنوان فیریت رشد می کند، اتم های کربن اضافی به آستنیت اطراف پخش می شود. در نهایت، چوب کوتاه مانند میله یا کوچک فلک دار Fe3C (سیمانیت) بین laths فیریت،به طور متناوب در میان چرخ های فرایت موازی و متراکم توزیع می شود، در نتیجه شکل دادن به بال مانند بالا bainite.