استحاله دگرشکلی: تفاوت میان نسخه‌ها
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
خط ۱۳:
=== 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 [8]. این مفهوم را می توان از منحنی های انرژی آزاد شماتیک برای یک فاز جامد و مایع در شکل 1 درک کرد [3]. در 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.
[[پرونده:نمودار استحاله.jpg|وسط|قاب|شکل1:تغیر آنتالپی (H) و انرژی آزاد (G) با درجه حرارت برای فازهای جامد و مایع یک فلز خالص]]
سطر ۱۸ ⟵ ۱۹:
=== آلوتروپ های Fe ===
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 آلوتروپ در صنعت، 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 δ 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
[[پرونده:تصویر استحاله 1.jpg|وسط|قاب|شکل2:تبدیلات آلوتروپیک آهن در حین گرمایش و سرمایش]]
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.
| |||