مقدمة للعناصر في الصلب
المنجنيز (MN)
يستخدم المنغنيز لإزالة الأكسدة فيرومانغانيين في صناعة الصلب ويبقى في الصلب. يمكن للمنغنيز إزالة FEO في الصلب ، وتحسين جودة الصلب وتقليل هشاشة الصلب. يجمع المنغنيز والفلكنة لتشكيل MNS ، والقضاء على التأثير الضار للكبريت ، وتحسين أداء العمل الساخن للصلب. يتم التحكم بشكل عام في محتوى المنغنيز في الصلب الكربوني بين 0.25 و 0.80 ٪. يمكن إذابة المنغنيز في الفريت لتشكيل الفريت المنغنيز ، الذي يلعب دور تقوية الفريت. يمكن أيضًا إذابة المنغنيز في FE3C لتشكيل الأسمنت سبيكة ، وبالتالي تحسين قوة الصلب الكربوني. المنجنيز هو عنصر شائكة مفيد ، ولا يوجد قدر صغير من المنغنيز ليس له تأثير كبير على أداء الصلب.
السيليكون (SI)
تتم إضافة السيليكون أيضًا إلى الصلب باعتباره deoxidizer. عادة ما يتم التحكم في محتوى السيليكون في الصلب الكربوني بين 0.03-0.4 ٪ ، ومعظمه يذوب في الفريت ، ويشكل الفريت السيليكون ، والذي يلعب دور تقوية الفريت وتحسين قوة وصلابة الصلب. لكن اللدونة والصلابة انخفضت. عدم وجود سيليكون ليس له تأثير كبير على خصائص الصلب.
الكبريت (ق)
يتم إحضار الكبريت إلى الفولاذ بواسطة خام ووقود في صناعة الصلب ، والكبريت غير قابل للذوبان في الحديد ، ويوجد شكل مختلف FEs ، يمكن أن يشكل FES و FE نقطة انصهار من 985 ℃ utectic ، وسيتم توزيعها على حدود الحبوب في هذا الصلب ، يطلق على الظاهرة الهشاشة الحرارية ، الكبريت هو شوائب ضارة ، لذلك يجب التحكم في محتوى الكربون في الصلب بشكل صارم. يمكن القضاء على التأثير الضار للكبريت عن طريق زيادة محتوى MN في الصلب. نظرًا لأن المنغنيز والكبريت يمكن أن يشكلوا MNs مع نقطة انصهار من 1620 ℃ ، فإن MNS لديها لدونة معينة في درجات حرارة عالية ، لذلك يمكن تجنب هشاشة الصلب الحرارية.
الفوسفور (P)
يتم إدخال الفوسفور في الصلب من الخام ، حيث يتم إذابة تمامًا في الفريت ، مما يحسن قوة وصلابة الفريت. ولكن في الوقت نفسه ، تنخفض مرونة الصلب في درجة حرارة الغرفة بشكل حاد وتصبح هشة. هذه الظاهرة تسمى هشاشة البرد. الفسفور هو أيضًا شوائب ضارة ، ويجب التحكم في محتواه في الصلب بشكل صارم.
بنية معدنية في الصلب
الفريت: يسمى المحلول الصلب الخلالي للكربون في α-FE الفريت. غالبًا ما يتم تمثيله بالرمز F (أو α). يتمتع الفريت ببنية مكعبة محورها الجسم ، وقدرته على حل الكربون سيئة بسبب الفجوة الصغيرة. عند 727 ℃ ، يبلغ الحد الأقصى لمحتوى الكربون الذائب 0.0218 ٪. مع انخفاض درجة الحرارة ، يتناقص محتوى الكربون الذائب تدريجياً ، وفي درجة حرارة الغرفة ، يكون محتوى الكربون الذائب 0.0008 ٪ فقط. يتمتع الفريت بقوة منخفضة ، Δσb هو 180-280 مليون/m2 ، HB حوالي 80 ، ولكن لديها ليونة جيدة ، Δ هي 50 ٪.
أوستنيتيك: يسمى المحلول الصلب الخلالي للكربون المتكون في غاما-فال. غالبًا ما يتم تمثيله بالرمز A (أو γ). الأوستينيت لديه هيكل شعرية مكعب يركز على الوجه. نظرًا لوجود فجوة شعرية فعالة كبيرة ، فإن ذوبانه الكربوني مرتفع نسبيًا. الحد الأقصى للذوبان في الكربون عند 1148 ℃ هو 2.11 ٪ ، وهو ما يتناقص تدريجياً مع انخفاض درجة الحرارة ويصل إلى 0.77 ٪ عند 727 ℃. تعتمد الخواص الميكانيكية للأوستنيت على كمية الكربون المذاب وحجم الحبوب. بشكل عام ، تكون صلابة الأوستينيت هي 170-220hbs ، ويبلغ استطالة Δ 40-50 ٪ ، والأوستنيت موجود في نطاق درجة الحرارة الصلبة فوق 727 ℃. أوستنيت عرضة لتشكيل البلاستيك.
الأسمنت (الأسمنت): مركب C و Fe (FE3C) المعروف باسم الأسمنت ، محتوى الكربون بنسبة 6.69 ٪ ، ونقطة انصهار الأسمنت هي 1227 ℃ ، صلابةها عالية جدًا ، حوالي 800HB ، بلاستيك وتأثير صلابة ما يقرب من الصفر ، وهجاء أمر رائع ، لذلك لا يمكن استخدامه كطالبة مصفوفة من الصلب الكربون. الأسمنت هو مرحلة انتشار. في ظل ظروف معينة ، سوف يتحلل ويشكل الكربون الخالي من الجرافيت.
MARTENSITE: لا يمكن أن يكون استخدام طريقة التبريد السريعة ، نظرًا لدرجة أن ذرات التدوين السفلي والحديد والكربون لا يمكن أن يتم نشرها ، لا يمكن أن يكون أوستنيت إلا عن طريق القص بين الشبكة غير المغطاة بالشبكة المكعبة التي تتم حولها بالوجه. يتحول هذا أوستنيت مباشرة إلى محلول ألفا الصلب المشبع الذي يحتوي على الكربون ، يسمى martensite.
حجم الحبوب من أوستنيت وعواملها المؤثرة
حجم الحبوب الأوستنيتي للصلب له تأثير كبير على البنية المجهرية والخصائص بعد التبريد. كلما كان حجم الحبوب الأكثر روعة من أوستنيت ، كلما كانت الهيكل الأكثر روعة بعد التبريد ، وكلما كانت القوة واللدونة والمتانة أفضل. لذلك ، من الأهمية بمكان الحصول على حبوب أوستنيت غرامة عن طريق المعالجة الحرارية للأداء النهائي وجودة الشغل.
كلما ارتفعت درجة حرارة التنقيط ، زادت نمو حجم الحبوب من الصلب. في درجة حرارة معينة ، كلما زاد وقت الاحتفاظ ، زاد نمو حبيبات الأوستينيت.
يزداد ميل نمو الحبوب مع زيادة محتوى الكربون في الصلب. ولكن عندما يكون الأسمنت في حدود الحبوب الأوستينيت ، فإنه سيعيق نمو الحبوب الأوستينيت.
بالإضافة إلى MN ، تزيد P والعناصر الأخرى من ميل نمو الحبوب الأوستينيت ، وعناصر أخرى تشكل عناصر كربيد (TI ، NB ، ZB ، إلخ) ، وتشكيل أكاسيد ونيتريدات (مثل AL) ، عندما تشكل مركبات موزعة في حدود الحبوب الأوستينيت ، سوف يعرقل نمو غلاف غلاف للأوستنايت.
عناصر السبائك التي تمت إضافتها عادة في سبيكة الصلب هي MN ، SI ، CR ، MO ، W ، V ، TI ، NB ، NI ، AL ، وما إلى ذلك. من بينها ، لا يمكن لـ NI و SI و AL والعناصر الأخرى تكوين مركبات مع الكربون. يمكن أن تشكل عناصر مثل NB و Ti و V و W و Mo و Cr و Mn مركبات مع الكربون. توجد عناصر صناعة السبائك بأشكال مختلفة في الصلب. لذلك ، فإن الدور الرئيسي للصلب يختلف أيضًا. الدور الرئيسي له الجوانب التالية:
عند زيادة قوة الصلب ، يتم إذابة العناصر التي لا يمكن أن تشكل كربيد بشكل أساسي في الفريت لتشكيل الفريت من سبائك ، ويتم تعزيز المحلول الصلب. تشكل العناصر المكونة للكربيد كربيد سبيكة مع الكربون ، والتي لها صلابة أعلى وتأثير تعزيز التشتت. أيا كان العنصر الذي يضاف إلى الصلب يزيد من قوته.
تحسين قابلية الصلابة بالإضافة إلى CO ، فإن معظم عناصر السبائك المضافة إلى الصلب ، تبطئ تحلل أوستنيت المبرد الفائق ، بحيث يكون منحنى C إلى اليمين ، يقلل من معدل التبريد الحرج ، وتحسين قابلية الصلب من الفولاذ ، (NI ، CR ، CO). ولكن تجدر الإشارة إلى أن هذا التأثير لا يمكن تحقيقه إلا عندما يتم إذابة عناصر السبائك إلى أوستنيت.
منع نمو الحبوب الأوستينيت باستثناء MN ، يمكن أن يكون ميل نمو الحبوب الأوستينيت صغيرًا صغيرًا ، وخاصة الكربيد الناتجة عن عناصر تكوين كربيد قوية (TI ، V ، ZR ، NB ، وما إلى ذلك) يمكن أن تمنع بقوة نمو الحبوب الأوستينيت ، وبالتالي تلعب دور تحسين الحبوب.
زيادة استقرار الصلب. وتسمى مقاومة الفولاذ لعملية التليين أثناء التخفيف الاستقرار. يمكن أن تزيد العديد من عناصر صناعة السبائك وتؤدي إلى إبطاء درجة حرارة هطول الأمطار بالكربيد وتحلل الأوستينيت المتبقي في مارتينسيت. لذلك ، بالمقارنة مع الصلب الكربوني ، فإن الفولاذ السليبي له صلابة وقوة أعلى عندما يخفف من نفس درجة الحرارة. على العكس من ذلك ، عند التخفيف من نفس الصلابة ، تكون درجة حرارة الصلب المتدهور مرتفعة ، وبالتالي فإن التخلص من الإجهاد الداخلي أكثر شمولاً ، واللدونة ، والصلابة أعلى. عناصر تشكيل كربيد CR و MO و NB و V لها تأثيرات قوية على الاستقرار المتقاربة.
تصلب ثانوي عندما يكون محتوى W ، Mo ، Cr ، V أعلى ، في نطاق درجة حرارة 500-600 درجة حرارة ، لا تقلل الصلابة ، ولكنها تزيد من الظاهرة المعروفة باسم تصلب الثانوية. هناك سببان لهذا: أولاً ، عند التخفيف من درجة الحرارة هذه ، فإن الدهشة الدقيقة ، قد تم تشتت كربيدات خاصة ، مثل Mo2C و W2C و VC ، ستتعرض للخروج من Martensite ، الذي يلعب دور تشتت التشتت ؛ ثانياً ، عند التخفيف من درجة الحرارة هذه ، يتم ترسيب جزء من كربيد في الأوستينيت المتبقي ، مما يقلل من محتوى الكربون ويزيد من درجة حرارة نقطة MS ، بحيث يمكن تحويل الأوستينيت المتبقي إلى مارتينيت (التبريد الثانوي) في درجة حرارة أعلى أثناء عملية التبريد لزيادة صلابة الصلب.
يحدث هشاشة التخفيف عندما يتم تخفيف الصلب من سبائك في نطاق درجة حرارة معينة بعد التبريد ، وهو ما يسمى هشاشة هشاشة. يسمى الانخفاض في المتانة في 350-400 ℃ النوع الأول من هشاشة المزرعة. يحدث هذا الهشاشة بغض النظر عن الصلب الكربوني أو الصلب من سبائك ومستقلة عن معدل التبريد. لا يمكن القضاء على هذا النوع من هشاشة المزاج بعد الإنتاج ، والمعروف أيضًا باسم هشاشة المزاج التي لا رجعة فيها. لتجنب حدوث مثل هذه الهشاشة المتهورة ، لا يتم التهدئة عمومًا في نطاق درجة الحرارة هذا.
يسمى الانخفاض في الصلابة التي تحدث بعد التبريد البطيء بعد 500-600 درجة حرارة من النوع الثاني هشاشة (هشاشة عالية درجة الحرارة). الفولاذ السبائك التي تحتوي على CR و MN و NI هي الأكثر عرضة لهذا النوع من هشاشة المزرعة. لن يحدث هذا النوع من الهشاشة المتداعية إذا كان يبرد بسرعة بعد التخفيف ؛ إذا كان التبريد البطيء بعد التهدئة ، فقد حدث هشاشة ، طالما أن التسخين إلى درجة حرارة التخفيف والتبريد السريع ، يمكن القضاء على هشاشة التهدئة تمامًا ، لذلك يطلق عليه أيضًا هشاشة تقارير عكسها.
الصلب المقاوم للحرارة
تشمل مقاومة الحرارة للصلب مقاومة أكسدة عالية الحرارة وقوة درجة الحرارة العالية.
تشير مقاومة الأكسدة للمعدن ، وعادة ما تشير إلى تكوين فيلم أكسيد كثيف بعد الأكسدة السريعة في درجات حرارة عالية ، تغطي سطح المعدن ، حتى لا يستمر الصلب في التأكسد. يولد السطح المؤكسد من الفولاذ الكربوني في درجات حرارة عالية FEO مسامي ، وهو أمر سهل التخلص منه ، وتستمر ذرات الأكسجين في الانتشار من خلال FEO حتى يستمر الصلب في الأكسدة. تتم إضافة عناصر السبائك مثل CR و SI و Al إلى الفولاذ ، بحيث عندما يكون الصلب على اتصال مع الأكسجين في درجة حرارة عالية ، يتم تشكيل أفلام الأكسدة الكثيفة مثل CR2O3 و SIO2 و AL2O3 مع نقاط انصهار عالية على السطح ، مما يجعل من الصعب متابعة عملية الأكسدة من الصلب في غاز درجة الحرارة العالية.
القوة عالية درجة الحرارة (القوة الحرارية) من الصلب هي مقاومة الزحف في درجات حرارة عالية. لتحسين القوة الحرارية للفولاذ ، CR ، MO ، V ، NI ، وعناصر السبائك الأخرى عادة ما تتم إضافة إلى الفولاذ ، والتي يمكن أن تذوب في المصفوفة لتعزيز المحلول الصلب وتحسين درجة حرارة إعادة التبلور ، وبالتالي تعزيز قوة درجة الحرارة العالية. يمكن أن تؤدي إضافة عناصر NB و V و TI وعناصر السبائك الأخرى أيضًا إلى تشكيل كربيدات ذات صلابة عالية واستقرار حراري جيد ، والتي يتم توزيعها على المصفوفة وتلعب دورًا في تعزيز التشتت. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هيكل الأوستينيت لديه مقاومة زحف أفضل من الفريت وحجم الحبوب الأفضل من الحبوب الدقيقة. بالطبع ، لا يمكن أن يكون خشنًا للغاية ، مما سيؤثر على القوة.
الصلب المقاوم للحرارة مارتينيسيتي
تمت إضافة CR و SI لتحسين مقاومة الأكسدة في درجات حرارة عالية. إضافة MO يمكن أن تعزز المصفوفة وتجنب هشاشة التخفيف. يمكن إضافة V تشكيل كربيد مشتت وتحسين قوة درجة الحرارة العالية. يمكن أن تؤدي إضافة W إلى إرجاع كربيد مستقر وزيادة درجة حرارة إعادة التبلور بشكل كبير. درجة حرارة التشغيل لهذا النوع من الصلب لا تتجاوز 700 ℃.
الفولاذ المقاوم للحرارة الأوستنيتي
يحتوي الفولاذ المقاوم للحرارة على محتوى عالي للحرارة ، مما يمكن أن يحسن قوة درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة. محتوى NI مرتفع أيضًا ويمكنه تشكيل بنية أوستنيت مستقرة. إن مقاومة الحرارة لهذا النوع من الصلب أفضل من مصادفة الصلب المقاوم للحرارة ، وأداء التشوه البارد وأداء اللحام جيد جدًا ، ويعمل بشكل عام على 600-700 ℃.