استحاله دگرشکلی: تفاوت میان نسخه‌ها

=== '''1.تحولات فاز''' ===

بیشتر مواد موجود در جهان در سه حالت مختلف از جمله جامد ، مایع و گاز وجود دارد. فاز پایدار یک ماده در حالت جامد به خصوصیات مختلف ترمودینامیکی از جمله حجم ، فشار و دما بستگی دارد. اگر هر یک از این مقادیر ترمودینامیکی تغییر کند ، انرژی آزاد گیبس سیستم نیز در نتیجه تغییر خواهد کرد. گفته می شود اگر این تغییر در انرژی آزاد باعث تغییر در ساختار ماده شود ، تحول فاز اتفاق می افتد. چنین تحولی فاز تنها در صورتی اتفاق می افتد که ساختار فاز جدید منجر به انرژی آزاد کمتر شود. فازی که دارای حداقل انرژی آزاد تحت مجموعه خاصی از شرایط ترمودینامیکی باشد ، فاز تعادل خواهد بود

تبدیل فاز در مواد را می توان به دو حالت عمده که تبدیل همگن و ناهمگن است ، توصیف کرد [2]. تحولات همگن در کل حجم ماده به طور همزمان اتفاق می افتد در حالی که تبدیلات ناهمگن در مناطق مختلف با گذشت زمان اتفاق می افتد. طبقه بندی بیشتر تبدیل فاز را می توان تحت این دو حالت اصلی انجام داد. تحولات ناهمگن شامل یک هسته و روند رشد است. این فرآیند هم برای تبدیل مایع به جامد و هم برای برخی تبدیلات جامد به جامد اتفاق می افتد. دگرگونی های ناهمگن جامد به جامد را نیز می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد که شامل رشد فعال شده گرمایی و رشد گرمایی است. تبدیلاتی که از طریق حرارت فعال می شوند را تبدیل های نفوذی می نامند. این تحولات انتشار اکثر تغییرات فازی را که در حالت جامد اتفاق می افتد تشکیل می دهد و تقریباً می توان آنها را به پنج گروه مختلف تقسیم کرد: (الف) واکنش های بارشی ، (ب) تحولات یوتکتوئید ، (ج) واکنش نظم / بی نظمی ، (د) عظیم تحولات و (ه) تحولات چند شکلی [3]. درک 16 پایداری فاز و تحولات فاز در علم مواد ضروری است زیرا همه خواص هر ماده به ترکیبات فاز آن بستگی دارد. با این حال ، این بخش بر روی نیروهای محرک و نمونه هایی از تحولات چند شکلی تمرکز خواهد کرد

 

=== نیروهای محرک برای تحولات آلوتروپیک ===

همانند هر تغییر فاز ، نیروی محرکه برای ایجاد تحول آلوتروپیک کاهش انرژی آزاد گیبس سیستم است. برای اینکه دو ساختار مختلف جامد در دماهای مختلف پایدارتر باشند ، انرژی آزاد گیبس از فاز پایدار باید در آن محدوده دما کمتر باشد. بنابراین ، وجود آلوتروپیسم مستلزم آن است که منحنی های انرژی آزاد برای این دو ساختار تلاقی داشته باشند [7]. این مفهوم را می توان از منحنی های انرژی آزاد شماتیک برای یک فاز جامد و مایع در شکل 4 درک کرد [3]. زیر دمای نقطه تقاطع دو منحنی انرژی آزاد ، یعنی نقطه ذوب در این حالت ، فاز جامد پایدار است زیرا در آن محدوده دمایی انرژی آزاد کمتری دارد. با این حال ، بالاتر از نقطه ذوب ، مایع فاز پایدارتر است و بنابراین تحول در دمای بالاتر از آن نقطه اتفاق می افتد. در حالی که این طرح تغییر انرژی آزاد از حالت جامد به مایع را نشان می دهد ، اما همین اصل در مورد استحاله آلوتروپیک اعمال می شود. برای اینکه یک تحول آلوتروپیک اتفاق بیفتد ، باید تغییری ایجاد شود که در آن فاز دارای انرژی آزاد پایین تر از یک درجه حرارت خاص باشد. این بدان معناست که منحنی های انرژی آزاد در دو فاز باید با هم تلاقی کنند.

 

 

=== آلوتروپ های Fe ===

همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است ، سیستم های بسیاری وجود دارد که تغییرات آلوتروپیک را نشان می دهند. اکثر آنها روند مشابهی دارند که در دمای پایین آلوتروپ بسته بندی شده نزدیک (hcp یا fcc) و در دمای بالا آلوتروپ ساختار بازتر (bcc) دارند. شاید مهمترین صنعت آلوتروپ آهن باشد. آهن خالص هنگام در نظر گرفتن فشار اتمسفر دارای سه آلوتروپ متفاوت است. این شامل مراحل η ، α و δ است. فاز α در زیر 911 درجه سانتیگراد وجود دارد و دارای ساختار بلوری bcc است. پس از گرم شدن بیش از 911 درجه سانتیگراد ، به فرم fcc به نام η-Fe تغییر می کند. این تغییر شکل آلوتروپیک نقش بسزایی در عملیات حرارتی و پردازش اکثر فولادها دارد بنابراین مهمترین تحول در این سیستم است. همانطور که η-Fe در دمای بالاتر از 1392 درجه سانتیگراد گرم می شود ، دوباره یکبار دیگر به شبکه مشبک تغییر می کند. این آلوتروپ با دمای بالا به عنوان فاز شناخته می شود. سرانجام آهن در دمای 1536 درجه سانتیگراد ذوب می شود. این دگرگونی ها و دمای تحولات در چرخه گرمایش و خنک کننده شماتیک نشان داده شده در شکل 6 نشان داده شده است [4].

 

یکی از دلایل اهمیت صنعتی آن این است که فاز η-Fe در دمای بالا دارای حلالیت قابل توجهی بیشتری نسبت به فاز دمای پایین برای کربن است. این واقعیت در ساخت فولاد مورد سو استفاده قرار می گیرد و به منظور اشباع α-Fe و سپس انجام عملیات حرارتی اضافی برای متناسب سازی ریزساختار و خواص نهایی فولادها مورد استفاده قرار می گیرد. در تئوری ، تغییرات آلوتروپیک در هر صورت باید در همان درجه حرارت هنگام گرم شدن و خنک سازی رخ دهد. با این حال ، این امر لزوماً به دلیل ضرورت خنک کاری کم مورد نیست. بنابراین تغییرات در دمای پایین تر در هنگام خنک سازی نسبت به هنگام گرم شدن انجام می شود همانطور که در شکل 6 برای تبدیلFe -η به Fe-αپیشنهاد شده است. تفاوت بین دمای تبدیل آلوتروپیک هنگام گرم شدن و خنک سازی به عنوان پسماند دما شناخته می شود. با افزایش سرعت خنک سازی ، پسماند دما نیز افزایش می یابد.