با سرد کردن آلیاژ از حالت مذاب و ثبت کردن نرخ سرد شدن آن، می توان دمای شروع انجماد را مشخص و در نمودار فازی رسم نمود. با انجام دادن آزمایشات تجربی به تعداد کافی در دامنه ای از ترکیب شیمیایی، یک منحنی شروع انجماد را در نمودار می توان رسم نمود. این منحنی به سه نقطه انجماد ساده (Single) ختم می شود و به خط لیکیدوس معروف است. بالای این خط فقط حالت مایع از آلیاژ وجود خواهد داشت.

به همان روشی که شکر در چای داغ حل می شود(محلول مایع)، برای یک عنصر نیز امکان اینکه در یک عنصر دیگر حل شده ،در حالی که هر در حالت جامد باقی بمانند، وجود دارد. به این امر حلالیت جامد می گویند که مشخصاً تا چند درصد وزنی وجود دارد. این حد حلالیت معمولا با دما تغییر می کند.

گستردگی منطقه حلالیت جامد را می توان در نمودار فازی رسم کرده و نامگذاری نمود. محلول جامدی از عنصر Bدر A(یعنی عمدتا عنصر A وجود داشته باشد)، به نام فاز آلفا(فاز تشکیل شده در سمت چپ نمودار) و وارون این حالت بتا (فاز تشکیل شده در سمت راست نمودار)نامیده می شود.

نکته قابل توجه در در مورد برخی از عناصر این است که برخی از این عناصر در حالت آلیاژی با یکدیگر دارای حلالیت صفر هستند(در همدیگر حل نمی شود). یک شاهد بسیار خوب آلیاژ های Al – Si است که آلومینیوم در سیلیکون حلالیت برابر با صفر دارد.

تمایل در آلیاژها انجماد در یک دامنه دمایی (به جای انجماد در دمایی خاص مانند آنچه در عناصر خالص رخ می دهد)، می باشد.

در هر یک از دو سر نمودار فازی فقط یکی از عناصر (100% A یا 100%B) و در نتیجه یک نقطه ذوب خاص وجود دارد.

در برخی مواقع نیز مخلوطهایی وجود دارند که مانند عناصر خالص در یک دمای ویژه منجمد می شوند. این نقطه به نام نقطه یوتکتیک نامیده می شود. امکان وجود بیش از یک نقطه یوتکتیک در برخی نمودار های فازی وجود دارد. نقطه یوتکتیک نقطه ای است که واکنش یوتکتیک رخ می دهد.

نقطه یوتکتیک را می توان به صورت تجربی با رسم نمودارهای نرخ سرد شدن در دامنه ای از ترکیب شیمیایی آلیاژ به دست آورد.

نمودارهای فازی برای آلیاژهای بسیار ساده دوتایی دارای نقطه یوتکتیک نیست. در این حالت مخلوط مذاب (مایع) در یک دامنه انجماد (دامنه دمایی) سرد شده و محلی جامد از دو عنصر تشکیل دهنده بوجود می آید.

این نمودار ساده فازی معمولا فقط وقتی بوجود می آید که دو عنصر بسیار شبیه به هم تشکیل آلیاژی را داده و یا بخشی از یک نمودار فازی پیچیده باشند.

چگونه یک نمودار فازی رسم کنیم:

یک دیاگرام فازی دوتایی نشان دهنده فازهای تشکیل شده و موجود در درصدهای مختلف از مخلوط دو عنصر و در یک دامنه دمایی می باشد.

ترکیب شیمیایی از 100 درصد در مورد عنصر A در سمت چپ نمودار آغاز و با در نظر گرفتن تمامی مخلوطهای ممکن به 100 درصد از عنصر B در سمت راست پایان می یابد.

ترکیب شیمیایی یک آلیاژ به شکل A - x%B نشان داده می شود. برای نمونه Cu - 20%Al دارای 80 درصد مس و 20 درصد آلومینیوم می باشد.

برای نشان دادن خواص عناصر آلیاژی معمولا از درصد وزنی (Weight percentage ) استفاده می شود از درصد اتمی ( Atomic percentage ) هم می توان استفاده نمود.د درصد وزنی با wt% و درصد اتمی باا at%نشان داده می شود. در این نوشته ما از درصد وزنی استفاده می کنیم.

تفاوت درصد وزنی و اتمی را با یک مثال نشان می دهیم:

وقتی از Cu-27at%Al حرف می زنیم، یعنی در این آلیاژ 27% اتمها مربوط به آلومینیوم و 73 % اتمها مس هستند و هنگامی که آلیاژ به شکل Cu-27wt%Al باشد، 27% از وزن آلیاژ Al و 37% Cu خواهد بود.

تبدیل درصد وزنی و اتمی به یکدیگر

الف تبدیل درصد وزنی به اتمی:

در ابتدا باید وزن را برحسب گرم در نظر گرفت. پس در 100 گرم از آلیاژ Fe-7wt%C به میزان 7 گرم کربن و 93 گرم آهن وجود دارد.

وزن اتمی آهن 56 و وزن اتمی کربن 12 است. عدد آووگادرو 6.022 x 10²³ می باشد.

تعداد اتمها در 7 گرم کربن برابر است با:

7 ضربدر عدد آووگادرو تقسیم بر وزن اتمی کربن

7x 6.022 x 10²³ / 12= 3.513 x 10²³

برای 93 گرم آهن به همین ترتیب داریم:

93x 6.022 x 10²³ / 56= 10.000 x 10²³

بنابراین درصد اتمی کربن برابر است با:

تعداد اتمهای کربن ضربدر 100% بخش بر مجموع اتمهای کربن و آهن

3.513x 10²³x 100 / (3.513 + 10.000) x 10²³= 26%

پس آلیاژ Fe-7wt%C معادل با Fe-26at%C می باشد.

الف تبدیل درصد اتمی به وزنی:

سمانتیت در Fe-25at%C تشکیل می شود. این فاز را درچه درصد وزنی خواهیم داشت؟

در نظر بگیرید یک نمونه دارای 100 اتم می باشد. برای مثال، نمونه ای از Fe-25at%C دارای 25 اتم کربن و 75 اتم آهن است.

وزن 25 اتم کربن= 25 ضربدر وزن اتمی کربن بخش بر عدد آووگادرو= 4.98 واحد جرم اتمی

وزن 75 اتم آهن= 75 ضربدر وزن اتمی آهن بخش بر عدد آووگادرو= 69.74 واحد جرم اتمی

بنابراین:

درصد وزنی کربن = وزن اتمهای کربن ضربدر 100 بخش بر مجموع وزن اتمهای کربن و آهن=

4.98x 100 / (4.98 + 69.74)= 6.66%

پس at%C 25 معادل با 6.66wt%C است.

سایت زیر سایت بسیار جامعی درباره مواد و خواص مربوط به آنها می باشد.
مثلا اگر نیاز به دانستن مشخصات فولاد خاصی دارید می توانید تقریبا تمام اطلاعات مربوط به فولاد مورد نظر را در این بخش پیدا کنید.

اگر در این وب سایت ثبت نام کنید می توانید از سرچ پیشرفته و همچنین export داده های مورد استفاده در نرم افزارهایی چون ANSYS , Solidworks ,…. استفاده کنید.
نمونه ای از اطلاعاتی که من از این سایت بدست آوردم:
اطلاعات درباره فولاد ابزار H13

AISI Type H13 Hot Work Tool Steel, air or oil quenched from 995-1025°C

Subcategory: Ferrous Metal; Hot Work Steel; Metal; Tool Steel

Key Words: UNS T20813, ASTM A681, FED QQ-T-570, BS 4659 BH13, BS 4659 H13, BS EN ISO 4957 :2000 X40CrMoV5-1, Werkstoff 1.2344

Component Wt. % C 0.32 - 0.4 Cr 5.13 - 5.25 Fe Min 90.95 Mo 1.33 - 1.4 Si 1 V 1

Material Notes:
Iron content is calculated as a remainder. High hardenability, excellent wear resistance and hot toughness. H13 has good thermal shock resistance and will tolerate some water cooling in service. Nitriding will improve hardness, but can diminish shock resistance if hardened layer is too thick. Electroslag Remelted (ESR) H13 has greater homogeneity and an exceptionally fine structure, resulting in improved machinability, polishability and high temperature tensile strength.

Applications: hot work applications: pressure die casting tools, extrusion tools, forging dies, hot shear blades, stamping dies, plastic molds. ESR H13 is great for aluminum die-casting tools and plastic mold tools requiring a very high polish.

Weldability: Pre and Post-heating recommended, can be welded with oxy-acetylene, inert shielded gas and shielded metal arc; Filler should be similar to the base metal.

Click here to view available vendors for this material.

در این وب سایت می توانید اطلاعات کاملی درباره تعاریف واژه های مختلف در فیزیک، مکانیک ، ریاضی و محاسبات، بیولوژی و شیمی پیدا کنید.
این تعاریف با فرمول و شکل توضیح داده شده است. از بخش های جالب این وب سایت بخش های تبدیل واحدها و محاسبات است.
در بخش تیدیل واحدها شما می توانید اکثر واحدها ذکر شده در رشته های بالا را در سیستمهای مختلف اندازه گیری به هم تبدیل کنید.
در قسمت محاسبات هم نحوه محاسبه فاکتورها ی مختلف نشان داده شده است.
بطور کلی می توان گفت وب سایت بسیار خوبی برای مهندسین و محققین علوم پایه است.

آدرس وب سایت

- سایت دانشکده مواد دانشگاه کمبریج که از اون می تونید برخی درسهای مرتبط رو دانلود کنید:

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/teaching.html

- در سایت این گروه می تونید ۳ کتاب زیر رو بصورت رایگان دانلود کنید:

الف) Worked examples in the Geometry of Crystals

این هم آدرس لینک دانلود

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/crystal.html

ب) Bainite in Steels

این کتاب رو هم میتونید فصل به فصل و هم کامل دانلود کنید که کامل اون هم به ۲ صورت کم حجم و با حجم زیاد موجود است.

دانلود از:

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/newbainite.html

ج) The Alloying Elements in Steel

دانلود از:

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2004/Bain.Alloying/ecbain.html

شاید بارها نام فازهای مختلف دیاگرام آهن- کربن را شنیده اید و دوست داشته ایدبدانید منشا این نامها چیست. در ادامه مطلب در این مورد بحث شده است.

سمانتیت (Cementite): حدس زدن این مورد شاید آسان باشد. این لغت برگرفته از کلمه Cement در زبان انگلیسی به معنای ماده ای است که مواد مختلف را به هم می چسباند، می باشد.
در سال 1855 Osmond و Werth تئوری سلولی را ارائه دادند که در آن نه تنها وجود گونه های آلوتروپیک آهن( که امروزه به نام آستنیت و فریت معروف هستند) را پیشنهاد دادند، بلکه در این تئوری نگاه تازه ای به تشکیل کاربید ها شده بود. تحقیقات آنها در خصوص فولادهای پرکربن نشان داد که مخلوطی شامل سلولهای و دانه های آهن وجود دارد که توسط لایه ای از کاربید آهن محصور شده است.در حین انجماد ابتدا گلبولها یا سلولهای آهن تشکیل شده و رشد می کنند و باقیمانده مذاب به صورت کاربید آهن منجمد می شود. بدین ترتیب کاربید تشکیل شده با قرار گرفتن در اطراف سلولهای قبلی شکل گرفته، آنها را به هم می چسباند. از این شرح می توان دریافت چرا Osmond کاربید تشکیل شده را از لغت فرانسوی Ciment نامگذاری کرد.
این فاز در زبان آلمانی با Zementit و در انگلیسی با Cementite نشان داده می شود.
فریت (Ferrite): Ferrum ریشه لاتین برای بیشتر لغات جدید ساخته شده در خصوص آهن و ترکیبات آن می باشد که احتمالا ریشه سامی دارد.آستنیت (Austenite): این فاز به یادبود Sir William Chandler Roberts-Austen متالورژیست انگلیسی تبار(1843-1902) نامگذاری شده است.
Robert-Austen اولین کسی بود که دیاگرام اولیه آهن – کربن را در سال 1897 (شکل زیر) و فرم نهایی آن را در سال 1899 منتشر کرد.

او همچنین اولین دانشمندی است که اندازه گیری کمی (Quantitative ) نفوذ در حالت جامد (طلا در مس ) را با توجه به قوانین نفوذ فیک انجام داد.
پرلیت(Pearlite): برگرفته از ظاهر درخشنده مروارید شکل (Pearl) و رنگین کمانی این فاز می باشد.علت اینکه ساختار این فاز به صورت مروارید این است که تیغه های تشکیل شده با داشتن خاصیت انعکاس نور متفاوت به علت جهت گیری مختلف، تشکیل کریستال های متفاوت نوری می دهند.
لدبوریت (Ledeburite): نامگذاری شده به افتخار Adolf Ledebur (1837- 1916).
Ledebur اولین پروفسوری بود که در سال 1882 مخلوط کریستالی آهن کربن را کشف نمود.
مارتنزیت (Martensite): به افتخار Adolf Martens(1850-1914) نامگذاری شده است.
وی کارش را در آزمایشگاه مکانیکی رویال در برلین به عنوان مهندس شروع نمود. امروزه یک جایزه مشهور به نام او اهدا می شود.
بینیت (bainite): این فاز به یادبود E.C. Bain شیمیدان آمریکایی نامگذاری شده است.
تاریخچه آستمپرینگ به سال 1930 بر می گردد، زمانی که Grossman و Bain در آزمایشگاه های فولاد ایالات متحده بر روی ارزیابی پاسخ متالورژیکی فولادهای سرد شده با سرعت زیاد از دمای 1450 درجه فارنهایت (788 درجه سانتیگراد) به دماهای متناوبا بالا و نگهداری در این دماها به مدت زمانهای مختلف های در حال کار بودند.
نتیجه تحقیقات آنها چیزی است که ما امروزه به عنوان دیاگرامهای استحاله همدما (Isothermal Transformation Diagram) می شناسیم.
Grossman و Bain با ساختارهای معمول متالورژیکی فریت، پرلیت و مارتنزیت آشنا بودند. چیزی که آنها کشف کردند ساختار دیگری بود که در بالاتر از دمای آغاز تشکیل مارتنزیت (Ms) و پایین تر از دمای تشکیل پرلیت بود.
در فولادها این ساختار شکل ساختارهای سوزنی (بشقابی) با ظاهری پر مانند را داراست. تحقیقات X ray نشان داد که بینیت شامل فریت و کاربید فلزی است.

منبع:http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/kap_8/advanced/t8_4_1.html

کتاب الکترونیکی متالورژی مکانیکی دیتر رو که همه متالورژها می شناسند میتونید از این آدرس دانلود کنید البته حجم کتاب در حدود 52 مگا بایت است و فرمت کتاب پی دی اف .
دانلود

نمودار آهن - کربن

دياگرام تعادلي آهن‌ـ‌كربن

اين دياگرام را در زير مي‌بينيد:

حال براي فهم بهتر دياگرام به مباحث زير مراجعه كنيد:

1- فازهاي دياگرام تعادلي آهن‌ـ‌كربن
2- واكنشهاي دياگرام تعادلي آهن‌ـ‌كربن
3- فازهاي هر واكنش

فازهاي دياگرام تعادلي آهن‌ـ‌كربن

در اين نمودار چهار فاز ديده مي‌شود كه ابتدا به بررسي آنها مي‌پردازيم:

فريت: اين فاز يك نوع محلول جامد آهن است كه با افزودن درصد كمي كربن به آهن به‌وجود مي‌آيد. نكته مهم در مورد اين فاز محدوده دمايي پايداري آن مي‌باشد، همانطور كه در شكل نيز ديده مي‌شود اين فاز از دماي اتاق تا حداكثر دماي حدود 900 درجه سانتيگراد پايدار است. از اين دما به بعد البته در حالت آهن خالص و دماهاي كمتر در بقيه تركيبها فاز فريت به فاز ديگري به نام اوستنيت تبديل مي‌شود.

ساختار كريستالي اين فاز از نوع مكعب مركزدار (bcc) مي‌باشد.

اوستنيت: اين فاز نيز يك نوع محلول جامد آهن مي‌باشد. تفاوت اين فاز با فريت در محدوده دمايي و تركيبي پايداري آنها مي‌باشد. اوسنتيت در دماهاي بالاتر و همچنين با حد حلاليت كربن بالاتري تشكيل مي‌شود.

سمنتيت: اين فاز يك نوع كاربيد آهن مي‌باشد كه در تركيب يك اتم آهن با سه اتم كربن تشكيل ميِ‌شود (Fe₃C). سمنتيت يك فاز كاملاً ترد مي‌باشد كه معمولاً به صورت يك شبكه پيوسته در ريزساختار فلز ظاهر مي‌شود و باعث ترد و شكننده شدن ساختار مي‌شود. به همين دليل براي رفع اين مشكل طي يك نوع عمليات حرارتي سمنتيت شبكه‌اي را به حالت كروي درمي‌آورند تا از تردي ماده كاسته شود. تحقيقات نشان داده است كه انعطاف‌پذيرترين ساختار در فولادها ساختار سمنتيت كروي در زمينه فريتي مي‌باشد.

پرليت: به تركيب سمنتيت و فريت حاصل از سرد كردن تعادلي اوستنيت پرليت گويند. اين فاز در زير ميكروسكوپ به صورت لايه لايه (همانند اثر انگشت) ديده مي‌شود. در اين ريزساختار لايه‌ها يك در ميان به صورت سمنتيت و فريت هستند.

مذاب: آهن خالص در 1495 درجه سانتيگراد ذوب مي‌شود. اما فاز اوستنيت بسته به تركيب شيميايي آن در دماهايي كمتر از دماي ذوب آهن خالص ذوب مي‌شود. در حقيقت فازهاي غيرخالص معمولاً داراي يك نقطه ذوب ثابت نمي‌باشند، بلكه در يك محدوده دمايي ذوب مي‌شوند. در حالت مذاب در اين دياگرام انحلال كامل ديده مي‌شود و فقط يك نوع مذاب داريم.

واكنشهاي دياگرام تعادلي آهن‌ـ‌كربن

به طور كلي در يك دياگرام تعادلي دوفازي ممكن است واكنشهاي زير ديده شود:

در تمامي واكنشهاي بالا علامت<== به معناي سرد كردن (كاهش درجه حرارت) مي‌باشد. هر كدام از اين واكنشها در يك دما و يك تركيب خاص و مشخص اتفاق مي‌افتند. در طي رمان انجام واكنش از ابتدا تا انتها دما و زمان ثابت مي‌ماند. پس از پايان واكنش روند كاهش دما ادامه مي‌يابد.

اما در اين نمودار دو واكنش مشاهده مي‌شود كه عبارتند از:

١- واكنش يوتكتوئيد: اين واكنش در دماي 723 درجه سانتيگراد و حدود 8/0% كربن انجام مي‌شود. در طي اين واكنش فاز جامد اوستنيت به فاز پرليت (سمنتيت و فريت تعادلي) تبديل مي‌شود.

٢- واكنش يوتكتيك: اين واكنش در دماي حدود 1127 درجه سانتيگراد و حدود 3/4% كربن انجام مي‌شود. در طي اين واكنش فاز مذاب به دو فاز سمنتيت و اوستنيت تبديل مي‌شود.

فازهاي هر واكنش

در هر واكنش سه نوع فاز را مي‌توان نام برد. براي مثال در واكنش يوتكتيك مي‌توان سه فاز زير را مشخص كرد:

1- فاز هيپويوتكتيك: به تمامي تركيباتي كه قبل از نقطه يوتكتيك قرار دارند و همچنين دماي آن نقاط كمتر از دماي نقطه يوتكتيك باشد (در زير دماي يوتكتيك قرار داشته باشند) تركيبات هيپويوتكتيك گويند. مسلماً نقاط بسيار زيادي حائز اين شرايط هستند و مي‌توانند به عنوان تركيب هيپويوتكتيك شناخته شوند.

2- فاز يوتكتيك: به تركيبي كه در نقطه يوتكتيك (دما و تركيب نقطه يوتكتيك را دارد) قرار دارد تركيب يوتكتيك گويند. مسلم است كه تركيب يوتكتيك در هر واكنش يوتكتيك يك تركيب خاص است.

٣- فاز هايپريوتكتيك: به تمامي تركيباتي كه بعد از نقطه يوتكتيك قرار دارند و همچنين دماي آن نقاط كمتر از دماي نقطه يوتكتيك باشد (در زير دماي يوتكتيك قرار داشته باشند) تركيبات هايپريوتكتيك گويند. مسلماً نقاط بسيار زيادي حائز اين شرايط هستند و مي‌توانند به عنوان تركيب هايپريوتكتيك شناخته شوند.

جدول نهایی آهن - کربن به صورت کامل

خطوط افقي در نمودار، نشان دهندهٔ استحاله‌هاي هم‌دما هستند.

·         استحالهٔ يوتکتيک : دما ۱۱۴۸ºC، غلظت کربن ۴٫۲۰ درصد

·         استحالهٔ يوتکتوئيد : دما ۷۲۷ºC، غلظت کربن ۰٫۸۰ درصد

·         استحالهٔ پريتکتيک : دما ۱۴۹۵ºC، غلظت کربن ۰٫۱۸ درصد

البته بايد توجه داشت که غلظت‌ها و دماهاي ذکرشده براي آهن-کربن خالص بوده و با حضور عناصر آلياژي ديگر، اين ثابت‌ها تغيير مي‌کنند.

آلوتروپ‌هاي آهن

آهن آلفا (يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است. اين آلوتروپ از دماي ۲۷۳- درجه سانتيگراد تا ۹۱۰ درجه سانتيگراد پايدار است. اين آلوتروپ داراي ساختمان بلوري مکعبي مرکزپر (bcc) است.

ثابت شبکهٔ آهن آلفاي فرومغناطيس، ۲/۸۶ آنگستروم است).

·          

·         آهن گاما (يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است که در محدودهٔ دمايي ۹۱۲ تا ۱۳۹۴ درجه سانتيگراد پايدار بوده و ساختمان بلوري fcc (مکعبي مرکزپر) دارد).

آهن دلتا (يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است که از دماي ۱۴۰۱ درجه سانتيگراد تا ۱۵۳۹ درجه سانتيگراد (نقطهٔ ذوب آهن) پايدار است.

آهن دلتا داراي ساختمان بلوري مکعبي مرکزپر (bcc) است. آهن دلتا داراي خاصيت پارامغناطيس بوده و ثابت شبکه‌ي آن بزرگ‌تر از آهن آلفا است.

ثابت شبکهٔ آهن دلتا، ‎۲/۹۳ آنگستروم است).

فازها و ساختارهاي مخلتف نمودار فازي

فريت (به محلول جامد از نوع بين‌نشيني کربن در آهن آلفا α-Fe (آهن مکعبي مرکزپر) فِريت گفته مي‌شود.

حداکثر غلظت کربن در فريت حدود ۲/. درصد وزني و در دماي ۷۲۷ درجه سانتيگراد است.

مقاومت کششي فريت در حدود ۴۰۰۰۰ پسي (psi) است).

اوستنيت (به محلول جامد از نوع بين نشيني کربن در آهن گاما (آهن مکعبي وجوه مرکزپر) اوستنيت گفته مي‌شود.

حداکثر حلاليت کربن در آهن گاما، ۲ درصد در دماي ۱۱۴۷ درجه سانتيگراد است. اوستنيت در دماي محيط پايدار نيست)

·          

·         سمنتيت (سِمِنتيت يا کاربيد آهن يک ماده مرکب شيميايي به فرمول شيميايي Fe₃C داراي ‎۶/۶۷ درصد کربن است. سمنتيت فازي بسيار سخت و شکننده است.)

·         لدبوريت به مخلوط يوتکتيکي اوستنيت و سمنتيت، لدبوريت گفته مي‌شود که از مذابي با ۴/۳ درصد کربن در دماي ۱۱۴۷ درجه سانتيگراد تحت يک واکنش يوتکتيکي حاصل مي‌شود. از آنجايي که اوستنيت در دماي محيط پايدار نيست و بر اساس يک واکنش يوتکتوئيدي به پرليت تبديل مي‌شود، لذا ساختمان لدبوريت در دماي محيط بصورت پرليت و سمنتيت خواهد بود.

پرليت پرليت به مخلوط يوتکتوئيدي فريت و سمنتيت ‌گفته مي‌شود.

پرليت تحت يک تحول يوتکتوئيدي از آهن گاما با ۰/۸ درصد کربن در ۷۲۳ درجه سانتيگراد حاصل مي‌شود.

·         مارتنزيت اگر اوستنيت به قدري سريع سرد شود که هيچ يک از استحاله‌هاي بر پايهٔ نفوذ در آن اتفاق نيافتد و فوق سرمايش تا حدي ادامه يابد که ساختار fcc پايدار نباشد، اين ساختار بصورت برشي به bcc تبديل مي‌شود که از کربن فوق اشباع شده است. فاز حاصل را مارتنزيت مي‌نامند.

جستارهاي وابسته

فولاد اصطلاح فولاد براي آلياژهاي آهن که بين ۰/۰۲۵ تا حدود ۲ درصد کربن دارند بکار مي‌رود فولادهاي آلياژي غالبا با فلزهاي ديگري نيز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عمليات حرارتي انجام شده بر روي آن و فلزهاي آلياژ دهنده موجود در آن بستگي دارد.

·          

چدن به آلياژهايي از آهن و کربن که بين ۲ الي ۶/۶۷ درصد کربن داشته باشند، چدن گفته مي‌شود.

·         چدن‌هاي سفيد: در اين نوع چدن‌ها تمامي کربن بصورت Fe3C (سمنتيت) درمي‌آيد و هيچگونه کربن آزاد (گرافيت)ي در چدن ديده نمي‌شود. مقطع شکسته شدهٔ اين نوع چدن‌ها سفيد نقره‌اي رنگ است.

·         چدن‌هاي خاکستري: در اين نوع چدن‌ها تمامي يا قسمت اعظم کربن بصورت آزاد (گرافيت) رسوب مي‌کند. مقطع بريده شدهٔ اين نوع چدن‌ها خاکستري رنگ است.

در سيستم آهن-کربن پايدار، تمامي کربن بصورت گرافيت ظاهر مي‌شود. جوش پذيري چدن ها

چدنها در مقايسه با فولادهاي كربني داراي قابليت جوشكاري كم و محدود تري هستند . در ميان چدن ها ، چدن با گرافيت كروي بهترين جوشپذيري را دارا است و بعد از آن چدن چكش خوار قرار دارد . جوشكاري چدن خاكستري به مهرت و توجه ويژه نياز دارد و چدن خاكستري را به دشواري زياد مي توان جوشكاري كرد . با اين ملاحظات دامنه جوشكاري چدنها بسيار محدود مي شود و صرفا به تعمير و اصلاح قطعات ريخته شده و قطعات فرسوده و شكسته شده منحصر مي گردد .

علت هاي جوش پذيري محدود چدن ها :

- بعلت زيادي كربن در فلز مبنا ، سيكل جوشكاري باعث ايجاد كاربيدهايي در منطقه فلز جوش و تشكيل فاز مارتنزيت پركربن در منطقه متاثر از حرارت HAZ ميشود . هردوي اين ريز ساختار ها شكننده بوده و باعث ايجاد ترك در حين جوشكاري و يا بعد از آن مي شود . اين مطلب در مورد تمامي چدن ها مصداق دارد . - به علت ضعف چقرمگي ، چدن ها قابليت تغيير شكل پلاستيكي را ندارند و از اين رو نمي توانند تنش هاي حرارتي ايجاد شده جوشكاري را تحمل كنند . هرچه نرمي چدن بهبود يافته باشد احتمال ترك خوردگي آن كاهش مي يابد . لذا چدن چكش خوار و چدن با گرافيت كروي كمتر از چدن خاكستري ترك خواهند خورد .

با توجه به عامل اول شكنندگي منطقه HAZ به ميزان و سهولت حل شدن گرافيت در آستنيت در حين جوشكاري بستگي پيدا ميكند . در مورد چدن خاكستري كه داراي پولك هاي گرافيتي با سطح رويه نسبتا وسيعي مي باشند ، انحلال اين نوع گرافيت در آستنيت به سهولت انجام مي شود . در حاليكه در مورد چدن با گرافيت كروي ، چون نسبت حجم رويه به حجم كره گرافيت كم مي باشد بنابراين مقدار گرافيت كمتري در آستنيت حل ميگردد و در نتيجه كاربيد هاي درشت كمتري و مارتنزيت كم كربن تري در منطقه HAZ تشكيل ميشود . اين مطلب گواه ديگري بر قابليت بهتر جوش پذيري چدن با گرافيت كروي در مقايسه با ساير انواع چدن ها ست . براي اجتناب از تمايل منطقه حرارت پذيرفته به ترك خوردن لازم است كه قطعه چدني را در موقع جوشكاري با قوس برقي با انرژي حرارتي كم جوشكاري نمود . زيرا اين روش باعث كاهش پهناي منطقه سخت و شكننده كنار فلز جوش مي شود . براي غلبه بر سختي و تردي منطقه حرارت پذيرفته اعمال تدابيري نظير پيش گرمايش و خنك كردن تدريجي قطعه جوشكاري شده ضرورت دارد . در مورد جوشكاري چدن با قوس برقي دامنه درجه حرارت پيش گرم از درجه حرارت محيط كارگاه تا 300 درجه سانتي گراد توصيه ميشود . اين حرارت براي جوشكاري با استيلن در محدوده 450-650 درجه سانتي گراد قرار دارد . چدن خاكستري به حرارت پيش گرم بيشتري زيادتري و چدن با گرافيت كروي و چدن چكش خوار به درجه حرارت پيشگرم كمتري نياز دارند.

انواع چدن‌هاي خاکستري از نظر شکل گرافيت

·         چدن‌هاي خاکستري با گرافيت کلوخه‌اي يا شکوفه‌اي يا چدن‌هاي ماليبل با چکش‌خوار

·         چدن خاکستري با گرافيت ورقه‌اي يا فلسي يا پولکي

·         چدن خاکستري با گرافيت کروي يا چدن داکتيل يا SG و يا چدن نشکن

انواع چدن‌ها از نظر فاز زمينه

·         زمينه فريتي

·         زمينه فريتي-پرليتي

·         زمينه پرليتي

·         زمينه مارتنزيتي

·         زمينه آستنيتي

·         زمينه بينيتي

·          

آلياژ آلياژ فلزي

به محلول‌هاي جامدي که حداقل يکي از اجزاي آنها فلز بوده و خواص فلزي داشته باشند، آلياژ فلزي گفته مي‌شود.

آلياژ سراميکي

به محلول‌هاي جامدي که حداقل يکي از اجزاي آنها سراميکي بوده و خواص سراميکي داشته باشند، آلياژ سراميکي گفته مي‌شود.

·          

متالورژي فيزيکي مبحث متالورژي فيزيکي يا متالورژي ساختاري به توضيح اصول پديده‌هاي متالورژيکي، شناسايي ترکيب‌ها، روش‌هاي توليد و خواص فيزيکي، مکانيکي و شيميايي محصولات حاصل از متالورژي مي‌پردازد.

• ساختار کريستالي فلزات
• رفتار الاستيک فلزات
• عيوب کريستالي
• تغيير شکل پلاستيک و شکست
• متالوگرافي
• نمودارهاي فازي
• نفوذ در فلزات
• استحاله‌هاي فازي
• خوردگي و اکسيداسيون
• ساختار الکتروني فلزات
• عمليات حرارتي

·          

سمانتيت (Cementite): حدس زدن اين مورد شايد آسان باشد. اين لغت برگرفته از کلمه Cement در زبان انگليسي به معناي ماده اي است که مواد مختلف را به هم مي چسباند، مي باشد.

در سال 1855 Osmond و Werth تئوري سلولي را ارائه دادند که در آن نه تنها وجود گونه هاي آلوتروپيک آهن( که امروزه به نام آستنيت و فريت معروف هستند) را پيشنهاد دادند، بلکه در اين تئوري نگاه تازه اي به تشکيل کاربيد ها شده بود. تحقيقات آنها در خصوص فولادهاي پرکربن نشان داد که مخلوطي شامل سلولهاي و دانه هاي آهن وجود دارد که توسط لايه اي از کاربيد آهن محصور شده است.در حين انجماد ابتدا گلبولها يا سلولهاي آهن تشکيل شده و رشد مي کنند و باقيمانده مذاب به صورت کاربيد آهن منجمد مي شود. بدين ترتيب کاربيد تشکيل شده با قرار گرفتن در اطراف سلولهاي قبلي شکل گرفته، آنها را به هم مي چسباند. از اين شرح مي توان دريافت چرا Osmond کاربيد تشکيل شده را از لغت فرانسوي Ciment نامگذاري کرد.

اين فاز در زبان آلماني با Zementit و در انگليسي با Cementite نشان داده مي شود.

فريت (Ferrite): Ferrum ريشه لاتين براي بيشتر لغات جديد ساخته شده در خصوص آهن و ترکيبات آن مي باشد که احتمالا ريشه سامي دارد.

آستنيت (Austenite): اين فاز به يادبود Sir William Chandler Roberts-Austen متالورژيست انگليسي تبار(1843-1902) نامگذاري شده است.

Robert-Austen اولين کسي بود که دياگرام اوليه آهن – کربن را در سال 1897  و فرم نهايي آن را در سال 1899 منتشر کرد.

او همچنين اولين دانشمندي است که اندازه گيري کمي (Quantitative ) نفوذ در حالت جامد (طلا در مس ) را با توجه به قوانين نفوذ فيک انجام داد.

پرليت(Pearlite): برگرفته از ظاهر درخشنده مرواريد شکل (Pearl) و رنگين کماني اين فاز مي باشد.علت اينکه ساختار اين فاز به صورت مرواريد اين است که تيغه هاي تشکيل شده با داشتن خاصيت انعکاس نور متفاوت به علت جهت گيري مختلف، تشکيل کريستال هاي متفاوت نوري مي دهند.

لدبوريت (Ledeburite): نامگذاري شده به افتخار Adolf Ledebur (1837- 1916).

Ledebur اولين پروفسوري بود که در سال 1882 مخلوط کريستالي آهن کربن را کشف نمود.

مارتنزيت (Martensite): به افتخار Adolf Martens(1850-1914) نامگذاري شده است.

وي کارش را در آزمايشگاه مکانيکي رويال در برلين به عنوان مهندس شروع نمود. امروزه يک جايزه مشهور به نام او اهدا مي شود.

بينيت (bainite): اين فاز به يادبود E.C. Bain شيميدان آمريکايي نامگذاري شده است.

تاريخچه آستمپرينگ به سال 1930 بر مي گردد، زماني که Grossman و Bain در آزمايشگاه هاي فولاد ايالات متحده بر روي ارزيابي پاسخ متالورژيکي فولادهاي سرد شده با سرعت زياد از دماي 1450 درجه فارنهايت (788 درجه سانتيگراد) به دماهاي متناوبا بالا و نگهداري در اين دماها به مدت زمانهاي مختلف هاي در حال کار بودند.

نتيجه تحقيقات آنها چيزي است که ما امروزه به عنوان دياگرامهاي استحاله همدما (Isothermal Transformation Diagram) مي شناسيم.

Grossman و Bain با ساختارهاي معمول متالورژيکي فريت، پرليت و مارتنزيت آشنا بودند. چيزي که آنها کشف کردند ساختار ديگري بود که در بالاتر از دماي آغاز تشکيل مارتنزيت (Ms) و پايين تر از دماي تشکيل پرليت بود.

در فولادها اين ساختار شکل ساختارهاي سوزني (بشقابي) با ظاهري پر مانند را داراست. تحقيقات X ray نشان داد که بينيت شامل فريت و کاربيد فلزي است.