مواد فلزی از ساختارهای بسیار کوچکی به نام "دانه" یا "کریستالیت" ساخته شده اند. ماهیت این دانه ها (یعنی اندازه و ترکیب آنها) مهمترین عاملی است که خصوصیات مکانیکی فلز را تعیین می کند. عملیات حرارتی با کنترل میزان انتشار و سرعت خنک سازی در ریزساختار ، به تغییر خصوصیات فلز کمک می کند. عملیات حرارتی در فلزات معمولاً به تغییر خصوصیات مکانیکی مانند سختی ، مقاومت ، مقاومت ، انعطاف پذیری و کشش کمک می کند.
آلوتروپ های آهن، که تفاوت ساختار شبکه بین آلفا آهن و گاما آهن را نشان می دهد. آلفا-آهن جایی برای حرکت اتمهای کربن ندارد ، در حالی که گاما-آهن فضای کافی برای گرم شدن آزاد اتمهای کربن دارد.
دو مکانیزم در عملیات حرارتی فولاد آلیاژها خصوصیات مکانیکی را تغییر می دهند: تشکیل مارتنزیت باعث تغییر شکل ذاتی بلورها می شود و مکانیسم انتشار همگن بودن مواد را تغییر می دهد.
ساختار بلوری متشکل از اتمهایی است که به ترتیب کاملاً مشخص گروه بندی شده اند و شبکه نامیده می شوند. در بیشتر عناصر ، این آرایش به تنهایی بسته به شرایطی مانند دما و فشار تغییر می کند. این تغییر در آرایش ، که آلوتروپی یا چند شکلی نامیده می شود ، می تواند چندین بار در دمای مختلف برای فلز خاصی رخ دهد. در آلیاژها ، این تغییر در آرایش ممکن است باعث شود که عنصری که به طور معمول در فلز پایه محلول نیست ، به طور ناگهانی در فلز حل شود ، در حالی که یک برگشت آلوتروپی باعث می شود که این عناصر به طور جزئی یا کاملاً نامحلول شوند.
اثر ترکیب شیمیایی
نمودار فازی از سیستم آلیاژ آهن و کربن. تغییر فاز در دماهای مختلف (محور عمودی) برای درصد ترکیب مختلف (محور افقی) رخ می دهد. خطوط نقطه ای یوتکتوئید (A) و یوتکتیک (B) را نشان می دهد
ترکیب شیمیایی دقیق یک آلیاژ در نتیجه عملیات حرارتی بسیار مثر است. اگر درصد اجزا دقیقاً به اندازه مناسب باشد ، آلیاژ با خنک شدن یک ریزساختار کاملاً پیوسته و یکنواخت تشکیل می دهد. به چنین مخلوطی یوتکتوئید گفته می شود. اما اگر درصد املاح با مخلوط یوتکتوئید متفاوت باشد ، معمولاً دو یا چند ریزساختار به طور همزمان تشکیل می شود. اگر مقدار املاح کمتر از مخلوط یوتکتوئیدها باشد ، آن را "هیپویوتکتوئید" و اگر مقدار املاح بیشتر از مخلوط یوتکتوئیدها باشد ، "هایپروتکتوئید" نامیده می شود.
نمودار فازی فولادی استاندارد ، خط یوتکتوئید را با نماد A1 و مرز بین آستنیت و فریت آستنیت با A3 نشان می دهد. انتقال از آستنیت به آستنیت سیمانیت با نماد Acm نشان داده می شود.
آلیاژهای یوتکتوئید
رفتار آلیاژ یوتکتوئید (یوتکتوئید شبیه یوتکتیک است) شبیه رفتار آلیاژ یوتکتک است. آلیاژ یوتکتیک ورق آلیاژی با یک نقطه ذوب است. این نقطه ذوب کمتر از نقطه ذوب هر ماده است و هیچ تغییری در درصد مواد تشکیل دهنده نمی تواند آن را بیشتر کاهش دهد. هنگامی که یک سیستم eutectic مذاب خنک می شود ، تمام مواد تشکیل دهنده در همان دمای فاز متبلور می شوند.
آلیاژهای هیپویوتکتوئید
یک آلیاژ هیپویوتکتوئید "دو نقطه ذوب جداگانه" دارد. هر دو بالاتر از نقطه ذوب یوتکتیک برای سیستم هستند ، اما زیر نقاط ذوب هر یک از اجزای سیستم هستند. بین این دو نقطه ذوب ، یک آلیاژ در قسمت مایع و یک قسمت جامد وجود خواهد داشت. ابتدا ، مواد ساختمانی با نقطه ذوب کمتری جامد می شوند. معمولاً یک آلیاژ هیپووتیک وقتی کاملاً جامد باشد در محلول جامد قرار می گیرد.
آلیاژ هیپویوتکتوئید همچنین دارای "دو درجه حرارت بحرانی" است که اصطلاحاً "دستگیری" است. بین این دو دما ، آلیاژ در یک مرحله کریستالی جداگانه به نام "فاز پروکتکتوئید" تا حدی مایع و بخشی کریستالی خواهد بود. به این دو دما به ترتیب دمای تبدیل بالا (A3) و دمای تبدیل پایین (A1) گفته می شود. با خنک شدن محلول از دمای تبدیل بالا به حالت نامحلول ، فلز پایه اضافی مجبور می شود متبلور شده و به یک محافظ محافظ تبدیل شود. این فرآیند تا رسیدن غلظت باقیمانده املاح به سطح یوتکتوئید ادامه خواهد یافت، که بعداً به عنوان یک ریزساختار جداگانه متبلور می شود.
ریزساختار یک فولاد هیپوتوتوکوئید (0.7٪ کربن) ، پرلیت با درصد کمی فریت.
یک فولاد هیپوتوتوکید کمتر از 77/0 درصد کربن دارد. پس از خنک شدن یک فولاد هیپویوتکتوئیدی از دمای تبدیل آستنیت، جزایر کوچکی از پروکتوئید-فریت تشکیل می شود. تا زمانی که به غلظت یوتکتوئید در بقیه فولاد برسد، این جزایر به رشد خود ادامه داده و کربن عقب می رود.
سپس این مخلوط یوتکتوئیدی به عنوان ریزساختار "مروارید" متبلور می شود. از آنجا که فریت نرمتر از پرلیت است، این دو ریز ساختار با هم ترکیب می شوند تا شکل پذیری مواد را افزایش دهند. در نتیجه ، سختی مواد کاهش می یابد.
بیشتر بخوانید: قیمت ورق سیاه
آلیاژهای هایپریونیک
آلیاژ هایپراکتسیک همچنین دارای نقاط ذوب متفاوتی است. اما بین این نقاط ، به جز جز the که بیشترین دمای ذوب را دارد ، یک ماده جامد وجود خواهد داشت. به طور مشابه، یک آلیاژ hyperrotectoid دارای دو درجه حرارت بحرانی است. وقتی آلیاژ هایپروتکتوئید از دمای تبدیل بالا خنک شود ، معمولاً اجزای محلول اضافی ابتدا متبلور می شوند و یک برآمدگی ایجاد می کنند. این فرآیند تا زمانی ادامه می یابد که غلظت موجود در آلیاژ باقیمانده به یوتکتوئید تبدیل شود و سپس به ساختار جداگانه متبلور می شود.
یک فولاد هایپراکتکتوئید بیش از 77/0 درصد کربن دارد. وقتی یک فولاد هایپراکتکتوئید را به آرامی خنک می کنید ، "سیمانیت" شروع به تبلور می کند. وقتی بقیه فولاد در ترکیب یوتکتوئید باشد