پیش‌نویس:ریز ساختار های فولادی

ریزساختار های فولادی

ریزساختار آلیاژهای آهنی شامل فولادها و چدن ها می تواند از فازهای مختلفی تشکیل شده باشد. مهندسان متالورژی و سایر مهندسانی که در دوره کارشناسی دروسی از قبیل علم مواد را گذرانده اند، حداقل نامی از این فازها به گوششان خورده است. فریت، پرلیت، آستنیت، مارتنزیت، سمنتیت، گرافیت و بینیت، حتماً برای شمایی که با فولادها، چدن ها و بخصوص ریخته گری و عملیات حرارتی آن ها سر و کار دارید، نامی آشنا هستند.

در این نوشته سعی داریم این ریزساختارها را به صورت ساده و کاربردی خدمت شما بیان کنیم.

به طور کلی فولاد 7 ریزساختار دارد که عبارت اند از:

1. فریت
2. آستنیت
3. سمنتیت
4. لدبوریت
5. پرلیت
6. بینیت
7. مارتنزیت

فریت

فریت (ferrite) به محلول جامد بین‌نشینی کربن در آهن آلفا (α-Fe  آهن مکعبی مرکزپر) فِریت گفته می‌شود. حلالیت کربن در آهن فریتی به مراتب کمتر از حلالیت آن در آهن آستنیتی است به طوری که حداکثر غلظت کربن در فریت حدود 0.02 درصد وزنی و در دمای ۷۲۷ درجه سانتیگراد است. مقاومت کششی فریت در حدود psi ۴۰۰۰۰ است.

آستنیت

تصویری از ریز ساختار آستنیت

نام این فاز از ویلیام چاندلر روبرتز- اوستن، متالورژیست انگلیسی، گرفته شده‌است. آستنیت (Austenite) محلول جامد بین‌نشینی کربن در آهن گاما (آهن مکعبی وجوه مرکزپر) است.کربن با وارد شدن در شبکه بلور آستنیتی, ناحیه ی تشکیل و پایداری آستنیت را در فولاد ها گسترش می دهد. با اضافه شدن کربن ناحیه ی پایداری آستنیت از 912 تا 1394 درجه سانتیگراد که گستره ی تشکیل و پایداری آهن آستنیت است به گستره ی وسیعی از دما و ترکیب شیمیایی, افزایش می یابد. حداکثر حلالیت کربن در آهن گاما، ۲ درصد در دمای ۱۱۴۷ درجه سانتیگراد است. آستنیت در دمای محیط پایدار نیست.

سمنتیت

سِمِنتیت یا کاربید آهن یک ماده مرکب شیمیایی با فرمول Fe3C و دارای 6.67 درصد کربن با ساختار بلوری ارتورومبیک است. سمنتیت فازی بسیار سخت و شکننده است. در سمنتیت پیوند بین اتم های آهن کاملا فلزی است, در حالی که پیوند بین اتم های آهن-کربن هنوز به طور کامل مشخص نیست. دو جزء کربن و آهن در شبکه سمنتیت به صورت یون مثبت وجود دارند. به بیان دیگر کربن و آهن هر دو شبیه فلزات عمل می کنند. در حقیقت شرایطفوق و وجود پیوند فزی موجود در سمنتیت است که به آن خواص فلزی (هدایت الکتریکی, هدایت حرارتی و جلای فلزی و…) می دهد.

لدبوریت

تصویری از ریزساختار لدبوریت

لدبوریت (Ledeburit) به مخلوط یوتکتیکی آستنیت و سمنتیت گفته می‌شود که از مذابی با 4.3 درصد کربن در دمای ۱۱۴۷ درجه سانتیگراد تحت یک واکنش یوتکتیکی حاصل می‌شود. از آنجایی که آستنیت در دمای محیط پایدار نبوده و بر اساس یک واکنش یوتکتوئیدی به پرلیت تبدیل می‌شود، بنابراین ساختمان لدبوریت در دمای محیط بصورت پرلیت و سمنتیت خواهد بود. نام این ساختار از کارل هاینریش آدولف لدبور متالورژیست آلمانی گرفته شده‌است.

پرلیت

تصویری از ریزساختار پرلیت

پرلیت به مخلوط یوتکتوئیدی فریت و سمنتیت ‌گفته می‌شود. پرلیت تحت یک تحول یوتکتوئیدی از آهن گاما با 0.8 درصد کربن در ۷۲۳ درجه سانتیگراد حاصل می‌شود. مقاومت کششی پرلیت سه برابر فریت یعنی حدود psi۱۲۰۰۰۰ است.

بینیت

تصویری از ریزساختار بینیت

بینیت (Bainite) محصولی ریزساختاری ناشی از تجزیه‌ی یوتکتوئیدی است. این ساختار هنگامی ایجاد می‌شود که یک فاز دما – بالا هنگام سرمایش، به دو فاز متفاوت تجزیه می‌گردد. تفاوت این ساختار با پرلیت در مورفولوژی آن است. بینیت زمانی به وجود می‌آید که سرعت رشد دو فاز متفاوت باشد. با اینکه ساختار بینیت در بسیاری از آلیاژهای غیرفلزی نیز دیده‌ شده‌ است، اما تحقیقات در این زمینه عمدتاً بر روی آلیاژهای فولادی متمرکز بوده است.

مارتنزیت

تصویری از ریزساختار مارتنزیت

مارتنزیت بطور کلی به ساختارهای بلورینی گفته می‌شود که توسط استحاله مارتنزیتی به وجود بیایند. اما این اصطلاح بیشتر به فاز مارتنزیت در فولادهای سخت‌شده اطلاق می‌گردد. اگر آستنیت به قدری سریع سرد شود که هیچ یک از استحاله‌های بر پایه نفوذ در آن اتفاق نیافتد و فوق سرمایش تا حدی ادامه یابد که ساختار bcc پایدار نباشد، این ساختار بصورت برشی به fcc تبدیل می‌شود که از کربن فوق اشباع شده است. فاز حاصل را مارتنزیت می‌نامند. مارتنزیت از نام متالورژیست آلمانی آدولف مارتنز گرفته شده است.

منابع

https://en.wikipedia.org/wiki/Microstructure

[۱]

[۲]