جهت مشاوره و استعلام قیمت تماس بگیرید : 09121504568

آلتروبی آهن


مقدمه ای بر آلوتروپی آهن:

آگهی ها:

بسیاری از عناصر فلزی (حتی برخی از ترکیبات مانند SiO2، کوارتز) بسته به شرایط خارجی دما و فشار در بیش از یک ساختار بلوری وجود دارند، اگرچه تنها یک ساختار بلوری تحت مجموعه ای از شرایط معین پایدار است. یک ساختار بلوری ممکن است با پدیده تبدیل فاز به دیگری تبدیل شود، اگر مثلاً دما با تکامل/جذب گرما تغییر کند که گرمای نهان تبدیل نامیده می شود.

تقریباً تمام ویژگی ها با تغییر یک اصلاح به دیگری تغییر می کنند. این پدیده مواد که بیش از یک ساختار بلوری دارند آلوتروپی یا چندشکلی نامیده می شود، اصطلاح اول برای این رفتار در عناصر خالص مانند فلزات اختصاص دارد، در حالی که چندشکلی یک اصطلاح کلی تر است و فازهای مختلف را آلوتروپ یا چند شکلی می نامند. به عنوان مثال، تیتانیوم و زیرکونیوم از CPH به BCC در دمای 802 درجه سانتیگراد و 815 درجه سانتیگراد به ترتیب در هنگام گرم شدن تغییر می کنند.

بهترین مثال شناخته شده آلوتروپی توسط آهن نشان داده شده است که (در یک فشار معمولی اتمسفر) در دمای کمتر از 910 درجه سانتیگراد و بالاتر از 1394 درجه سانتیگراد BCC است، اما FCC بین 910 درجه سانتیگراد و 1394 درجه سانتیگراد همانطور که در شکل 1.11 نشان داده شده است. شکل انرژی آزاد در برابر منحنی دما برای آهن خالص، نشان می دهد که آهن γ (FCC) انرژی کمتری بین 910 درجه سانتی گراد و 1394 درجه سانتی گراد دارد و بنابراین در آن محدوده پایدار است.
هنگامی که آهن خالص از حالت مذاب از دمای بالاتر از دمای انجماد خود به دمای اتاق سرد می شود، گرما با تغییر فاز ایجاد می شود که منجر به توقف کاهش دما می شود و توقف تا زمانی که تبدیل فاز انجام می شود ادامه می یابد. یعنی دما در طول تغییر فاز ثابت می ماند همانطور که با یک خط افقی در منحنی آنالیز حرارتی نشان داده شده است. اولین توقف در دمای انجماد آهن خالص (1539 درجه سانتیگراد) صورت می گیرد.
هنگامی که تمام آهن مایع به آهن δ- جامد (BCC) تغییر کرد، دما دوباره شروع به کاهش می‌کند و سپس هنگامی که δ-Fe به γ-Fe (1394 درجه سانتیگراد) تغییر کرد، توقف حرارتی اتفاق می‌افتد. پس از انجماد آهن خالص، سه درجه حرارت توقف حرارتی (به استثنای دمای انجماد) وجود دارد که دماهای بحرانی نیز نامیده می شود و به عنوان A4 (که در آن حرف A از کلمه فرانسوی arret گرفته شده است - به معنی توقف)، A3 تعیین می شود. و A2، مرتبط با د-آهن → γ-Fe، γ-Fe → α-Fe (پارامغناطیس) و α-پارامغناطیس به α-فرومغناطیسی تبدیل شد.

در دمای A2 (768 درجه سانتیگراد) که دمای کوری نیز نامیده می شود (به نام خانم کوری) تغییر گرما چندان مشهود نیست زیرا در طیفی از دماها با حداکثر در مجاورت 768 درجه سانتیگراد رخ می دهد، یعنی در هنگام گرم شدن. آهن خالص از دمای اتاق، تبدیل آهن آلفا فرومغناطیسی به پارامغناطیس α-آهن در طیف وسیعی از دماها پخش می شود و برخلاف تحولات A3 یا A4 کاملاً همدما نیست.

محدوده دمایی تبدیل کوری تحت تأثیر تغییرات در سرمایش یا سرعت گرمایش قرار نمی گیرد و همیشه در همان محدوده دمایی رخ می دهد. تغییر کوری به عنوان یک تبدیل آلوتروپیک در نظر گرفته نمی شود زیرا هیچ تغییری در ساختار بلوری یا پارامتر شبکه وجود ندارد. آهن موجود بین 768 درجه سانتیگراد تا 910 درجه سانتیگراد، یعنی پارامغناطیس α-Fe گاهی اوقات آهن بتا نامیده می شود. آهن گاما و آهن δ نیز پارامغناطیس هستند.

آهن‌های آلفا و دلتا تغییرات مستقلی از آهن نیستند زیرا ساختار بلوری یکسانی دارند و خواص فیزیکی آهن دلتا نسخه دمای بالا نسبت به α-Fe است و می‌توان آن را از وابستگی به دمای خواص برون یابی کرد. از α-Fe. شکل 1.13 وابستگی دمایی حجم متوسط ​​در هر اتم در بلور آهن را نشان می دهد.

اگر منحنی α-Fe مطابق با خط نقطه چین در شکل 1.13 برون یابی شود، به مقدار δ-Fe پایان می یابد. Delta-Fe تظاهرات دمای بالا α-Fe است. شکل 1.13 همچنین نشان می دهد که وقتی γ-Fe به α-Fe (در هنگام خنک شدن) تبدیل می شود، انبساط تقریباً 1٪ اتفاق می افتد که منجر به ایجاد تنش های داخلی در طول تبدیل می شود.

تبدیل فاز α به فاز γ و فاز γ به فاز α یا/و سایر تبدیل ها تا حد زیادی مسئول عملیات حرارتی فولادها هستند. شکل 1.12 (ب) نشان می دهد که چگونه اندازه دانه را می توان با تبدیل فاز کوچکتر کرد (تصفیه دانه) اگر با هسته و رشد صورت گیرد.
در اینجا γ-Fe به α-Fe تبدیل می شود. هنگامی که γ-Fe به آرامی خنک می شود، مانند کوره، تعداد کمی از هسته های α-Fe در مرزهای دانه γ-Fe تشکیل می شود [شکل. '1.12 (ب) 2]. این هسته‌ها رشد می‌کنند تا به دانه‌های همسایه برخورد کنند تا تحول را تکمیل کنند. اندازه دانه α- Fe [شکل. 1.12 (ب) 4] کوچکتر از γ- Fe است [شکل. 1.12 (ب) 1].

آگهی ها:

اگر γ-Fe کمی سریع‌تر خنک شود، مثلاً در هوا، دمای تبدیل Ar3 کاهش می‌یابد که سرعت هسته‌زایی را افزایش می‌دهد، اما به دلیل انتشار کمتر در دماهای پایین، سرعت رشد را کاهش می‌دهد. از آنجایی که تعداد هسته ها بسیار بیشتر است، که به کندی رشد می کنند، زیرا دانه های در حال رشد همسایه زودتر به یکدیگر برخورد می کنند.

تعداد دانه های حاصل از α-Fe زمانی که تبدیل کامل می شود، بسیار بیشتر می شود، [شکل. 1.12 (ب) 4]. هر زمان که تبدیل فاز اتفاق می افتد، پالایش دانه اتفاق می افتد که اگر مقدار فوق سرد (یا گرمایش) بیشتر باشد (اگر با فرآیند هسته زایی و رشد صورت گیرد) بیشتر می شود.

 تغییرات فاز در آهن برگشت پذیر است اما معمولاً در یک دما در طول چرخه های سرمایش و گرمایش رخ نمی دهد. این دگرگونی ها زیر دمای تعادل در هنگام سرد شدن و بالاتر از آن در هنگام گرمایش رخ می دهند، و به همین دلیل است که دمای تبدیل در هنگام سرد شدن با نماد Ar مشخص می شود (حرف A برای توقف است)، جایی که حرف V از "refroidissement" فرانسوی به معنای "خنک کردن".
بنابراین، دماهای بحرانی در آهن خالص در هنگام سرد شدن به صورت Ar4، Ar3 و Ar2 تعیین می شوند. دمای بحرانی مشاهده شده در گرمایش به عنوان Ac تعیین می شود، جایی که حرف "c" از کلمه فرانسوی "chauffage" به معنای "گرم کردن" گرفته شده است. و بنابراین، دماهای بحرانی به عنوان Ac2، Ac3 و Ac4 تعیین می شوند. این تفاوت دما در حین گرمایش و سرمایش که هیسترزیس حرارتی نامیده می شود به این دلیل است که در دمای تعادل انرژی های آزاد دو فاز یکی فاز مادر و دوم فاز محصول برابر است.

اگر دمای آن در جایی که فاز محصول انرژی آزاد کمتری دارد تغییر کند، فاز مادر ممکن است تغییر کند. علاوه بر این، ایجاد یک رابط بین فاز مادر و محصول، زمانی که فاز محصول تشکیل می‌شود، برای ایجاد آن نیاز به انرژی سطحی دارد که با اختلاف انرژی‌های آزاد دو فاز تامین می‌شود.

بنابراین، سرمایش فوق‌العاده در طول چرخه سرمایش و سوپرگرم کردن در طول چرخه گرمایش، برای ایجاد تغییراتی که منجر به پسماند حرارتی می‌شود، ضروری می‌شود، که می‌توان با سرعت گرمایش و سرمایش آهسته آن را کاهش داد و با سرعت‌های سریع‌تر گرمایش و سرمایش افزایش داد.

دگرگونی‌های فازی که توسط هسته‌زایی و رشد اتفاق می‌افتد، بیشتر تحت‌تاثیر تغییرات نرخ سرد شدن قرار می‌گیرند تا گرمایش، زیرا افزایش سرعت خنک‌سازی باعث کاهش تبدیل به دمای پایین‌تر می‌شود، جایی که انتشار اتم‌ها کمتر و کمتر می‌شود، در حالی که در حین گرم شدن، انتشار اتم ها در حین سوپرگرم شدن افزایش می یابد. همچنین به همین دلیل است که تبدیل با اشاره به دمای A3 نسبت به دمای A4 پسماند بیشتری نشان می‌دهد. همچنین، دمای شروع خنک کننده بالاتر، دمای Ar کمتر است.

نظرات ثبت شده

نظری درباره این مطلب ثبت نشده است ، شما نفر اول باشید

نظر خود را به اشتراک بگزارید ایمیل شما در سایت نمایش داده نخواهد شد

جهت مشاوره و استعلام قیمت تماس بگیرید
09121504568