گذار فاز: تفاوت میان نسخه‌ها

** [[گذارهای مارتنزیت]]

 

توسعه و ایجاد برخی خواص مکانیکی مطلوب در یک ماده اغلب در اثر استحاله فازها ناشی از عملیات حرارتی امکانپذیر است. وابستگی زمانی و دمایی برخی از استحاله های فازی به سادگی در نمودارهای فازی اصلاح شده ارائه شده است.

 

خواص مکانیکی و سایر مشخصه های بسیاری از مواد به ریزساختار آنها بستگی دارد که اغلب در اثر استحاله فازها ایجاد می شود.

 

یکی از دلایل همه کاره بودن مواد فلزی، قرار گرفتن در گستره وسیعی از خواص مکانیکی است که می توان با روش های مختلفی آن را تنظیم کرد و یا تغییر داد. سه مکانیزم استحکام دهی ریز کردن اندازه دانه، استحکام دهی محلول جامد و کرنش سختی از جمله آن روش ها است.

توسعه ریزساختار در آلیاژهای تک فاز و دوفاز معمولاً با برخی استحاله های فازی یعنی تغییر در تعداد و یا مشخصه فازها همراه است. به دلیل آنکه بسیاری از استحاله های فازی بصورت آنی اتفاق نمی افتد توجه خاصی به وابستگی پیشرفت واکنش به زمان یا نرخ استحاله می شود._{[Transformation rate]}

 

استحاله فازهای مختلفی در فرآوری مواد مطرح می باشند و معمولاً شامل تغییرات ریزساختاری هستند. به این دلیل، این استحاله ها به سه گروه تقسیم می شوند. در یک گروه، استحاله ساده وابسته به نفوذ قرار دارد که طی آن هیچ تغییری در تعداد یا ترکیب فازهای موجود ایجاد نمی شود. این استحاله ها شامل انجماد فلزات خالص، استحاله های آلوتروپی و تبلور مجدد و رشد دانه است.

در نوع دیگری از استحاله وابسته به نفوذ، برخی تغییرات در ترکیبات فازی و اغلب در تعداد فازهای موجود صورت می گیرد، ساختار نهایی حاوی دو فاز می باشد.

سومین نوع استحاله، فاقد نفوذ است و در آن یک فاز شبه پایدار تولید می شود. استحاله مارتنزیتی که در برخی آلیاژهای فولادی صورت می پذیرد در این گروه قرا می گیرد.

 

در اثر استحاله فازی، معمولاً حداقل یک فاز جدید تشکیل می شود که مشخصه های فیزیکی/ شیمیایی و ساختار متفاوتی نسبت به فاز مادر دارد. همچنین بسیاری از استحاله های فازی به صورت آنی روی نمی دهد. این دگرگونی با تشکیل تعدادی ذرات کوچک فازهای جدید آغاز می شود و با پیشرفت دگرگونی، اندازه این ذرات افزایش می یابد. پیشرفت استحاله فازی را می توان به دو مرحله جوانه زنی_[Nucleation] و رشد_{[ Growth]} تقسیم کرد. جوانه زنی شامل نمایان شدن ذرات بسیار ریز، یا جوانه فاز جدید است (معمولاً حاوی چندصد اتم است) که قادر به رشد می باشد. در حین مرحله رشد، اندازه این جوانه ها افزایش می یابد که موجب محو شدن مقداری از (یا همه) فاز مادر می شود. در صورتی که به ذرات فاز جدید اجازه رشد داده شود و کسر تعادلی حاصل شود، استحاله کامل می گردد.

 

دو نوع جوانه زنی همگن_{[Homogeneous]} و ناهمگن_{[Heterogeneous]} وجود دارد، تفاوت این دو نوع با توجه به مکان جوانه زنی آنها تعیین می شود. در نوع همگن، جوانه های فاز جدید به صورت یکنواخت در سرتاسر فاز مادر تشکیل می شود و در نوع ناهمگن، جوانه ها به وصرت ترجیحی در غیریکنواختی های ریزساختار، نظیر برآمدگی های سطحی، ناخالصی های نامحلول، مرزدانه ها، نابجایی ها و... تشکیل می گردد.

 

استحاله های فازی می توانند در اثر تغییر در دما، ترکیب و فشار خارجی در سیستم های آلیاژی فلزی ایجاد شوند؛ البته تغییرات دمایی با استفاده از عملیات حرارتی، آسان ترین روش جهت ایجاد استحاله فازها است. این امر به منزله عبور از یک مرز فازی در نمودار فازی ترکیب- دما به هنگام سرمایش یا گرمایش یک آلیاژ با ترکیب معین است.

در حین استحاله فازی، آلیاژ می تواند به یک حالت پایدار دست یابد که این حالت توسط نمودار فازی و برحسب فازهای تولیدی، ترکیبشان و مقادیر نسبی آنها مشخص می شود. بسیاری از استحاله های فازیبه زمان محدودی جهت تکمیل فرآیند نیاز دارند و سرعت یا نرخ دگرگونی نیز در ارتباط میان عملیات حرارتی و توسعه ریزساختار نقش مهمی ایفا می کند. یکی از محدودیت های نمودارهای فازی، عدم توانایی آنها در مشخص کردن زمان لازم جهت رسیدن به تعادل است.

در بسیاری از آلیاژهای مهم صنعتی، حالت ریزساختار ترجیهی شبه پایدار است که در میان حالات اولیه و تعادلی سیستم قرار دارد؛ گاهی اوقات ساختاری که فاصله بسیاری با حالت تعادلی دارد ترجیح داده می شود. بنابراین بررسی اثر زمان بر استحاله فازها مهم است. این اطلاعات سینتیکی در بسیاری از موارد، اهمیت بیشتری نسبت به حالت تعادلی نهایی نیز دارند.

 

بسیاری از قواعد اساسی دگرگونی های حالت جامد، اکنون در مورد آلیاژهای آهن- کربن و برحسب ارتباط میان عملیات حرارتی، توسعه ریزساختار و خواص مکانیکی به کار گرفته می شود. این سیستم به این دلیل انتخاب شده است که پرکاربرد و مشهور بوده و محدوده گسترده ای از ریزساختارها و خواص مکانیکی در آلیاژهای آهن- کربن ایجاد می شود.

 

'''پرلیت'''

واکنش یوتکتوید را در سیستم آهن- کاربید آهن، به واکنش اساسی در توسعه ریزساختار در آلیاژهای فولادی است. در اثر سرمایش، آستنیت با مقدار کربن متوسط، به فریت با مقدار کربن بسیار کمتر و سمنتیت با مقدار کربن بسیار بیشتر استحاله می شود. پرلیت یکی از ریزساختارهای حاصل از این دگرگونی است.

ازفولادهای مارتنزیتی/ فریتی در مواد دیگهای بخار و توربین، در نیروگاه ها استفاده می شود و همچنین ویژگی های خوبی جهت استفاده در موادسازه راکتورهای هسته ای را دارا هستند. براساس تحلیلرهای سینتیکی درحین استحاله مارتنزیتی فولادها رشد وابسته به دما_{[Thermal-activated growth]} اتفاق می افتد. ریزساختار را بوسیله بهینه سازی ترکیب و تغییر پارامترهای عملیات حرارتی (دما، زمان، ایجاد تغییرشکل کم و زیاد) می توان بهینه کرد.<ref>[امیری، دانش و همکاران، مروری بررفتاراستحاله فازی وکنترل ریزساختار فولادهای پرکروم مارتنزیتی/ فریتی مقاوم به گرما در تجهیزات نیروگاهی وهسته ای]، فصلنامه پیام فولاد، شماره 60، پاییز 94</ref>

 

''<big>فاطمه جباری قره باغ</big>''