استحاله فازی آستنیت به پرلیت
استحاله :
به تحولی گفته می شود که اتم های مولکولها به طور قابل ملاحظه ای تغییر آرایش دهند که پس از تحول نظم شبکه کریستالی تغییر کند مانند دوقلویی.
استحاله فازی :
به تحولی گفته می شود که علاوه بر تغییرات نظم ،تغییرات فازی و شیمیایی هم وجود دارد مانند پرلیت.
به منظور تغییر فاز باید یکی از دو عامل زیر اتفاق بیافتد :
1- تغییر شبکه بلوری
2- تغییر ترکیب شیمیایی
سینتیک انتقال اتمی:
حرکت تکی و انفرادی اتم ها:
حرکت تکی یا انفرادی اتم ها را نفوذ می نامند در این حرکت اتم ها به صورت منفرد و با پرش های اتفاقی از مرز عبور می کنند، استحاله های ناشی از این مکانیزم را Civilian یا انفرادی مینامند مانند پرلیت .
حرکت دسته جمعی اتم ها :
در این حرکت اتم ها به صورت دسته جمعی حرکت می کنند ،استحاله های ناشی ازاین مکانیزم را Military یا نظامی می نامندمانند مارتنزیت.
Fe-Cشکل1-دیاگرام
دیاگرام آهن-کربن
Fe-Cواکنش پرلیتی در آلیاژ
سرد شود،همزمان A1به زیر خط 8/.%C هنگامی که استنیت، دارای نسبت به فریت و سمانتیت فرا اشباع شده و یک تغییر فاز اوتکتوییدی به وجود می آید مانند شکل زیر یعنی:
ساختار میکروسکوپی نهایی در بردارنده لایه ها و ورقه های سمانتیت فرو رفته در فریت است که به آن پرلیت می گویند و در شکل 3 و4نشان داده شده است .
شکل2
شکل 3
شکل4
جوانه زنی و رشد لایه های پرلیت :
تجزیه آستنیت برای تشکیل پرلیت از طریق جوانه زنی و رشد انجام می شود.
اگر آستنیت همگن باشد ،جوانه زنی پرلیت ابتدا در مرز دانه ها رخ می دهد ،زیرا مرز دانه ها ازنظر انرژی مکان های مناسبی برای جوانه زنی می باشند و نسبت به مناطق داخل دارای مسیرهای کوتاهتری برای نفوذاند.
اگر آستنیت همگن نباشد،بلکه شیب غلظتی داشته باشد و حاوی ذرات کاربید آهن باقیمانده باشد، جوانه زنی پرلیت هم در مرز دانه ها و هم در مرکز دانه آستنیت روی می دهد.
فرض کنید که درجوانه زنی پرلیت ابتدا لایه سمنتیت تشکیل شود، آستنیت مجاور به لایه سمنتیت از کربن فقیر می شود،ودر نتیجه وقتی که مقدار کربن آستنیت به حد معینی کاهش یابد لایه فریت تشکیل می شود.لایه فریت تا وقتی کربن کافی برای تشکیل لایه جدید سمنتیت وجود داشته باشد از نظر طولی و همچنین عرضی در داخل ساختار رشد می کند.بالاخره ،یک محل جوانه زنی جدید سمنتیت میتواند تشکیل شود و یک دانه پرلیت در جهتی دیگر به وجود آورد که موارد فوق در شکلهای 5 ،8،7،6 نشان داده شده است.
شکل 5-جوانه زنی و رشد پرلیت
شکل6-تیغه های در حال رشد سمنتیت و فریت که می توانند سبب جوانه زنی یکدیگر شوند
شکل7
شکل8-انشعاب تیغه های پرلیت
رشد پرلیت :
رشد کلنی پرلیت به چندین طریق انجام می شود:
1)با افزایش تعداد تیغه ها
2)با ایجاد انشعاب در تیغه ها
3)از طریق بلند تر شدن نوک تیغه ها
به دلیل آنکه آهنگ رشد کلنی پرلیت در جهت های موازی و عمود بر تیغه ها ،تقریبا برابر است شکل گرههای رشد یافته پرلیت معمولا کروی است مانند شکل9.کلنیهای پرلیت بدون هیچ مانعی رشد می کنند تا اینکه با کلنیهای مجاور برخورد کنند.
شکل9-مقطعی از ریز ساختار پرلیت های کروی
شکل10
با رسم کردن درصد پرلیت تشکیل شده نسبت به زمان،منحنی S ،شکل مطابق شکل 10 بدست می آید.
1)در مرحله اول ،آهنگ دگرگونی آستنیت به پرلیت کند است ،زیرا فقط مقدار کمی پرلیت کروی جوانه زده و رشد می کننند،که این مرحله .را مرحله نهفتگی می توان نامید.
2)در مرحله دوم ،آهنگ دگرگونی به مقدار زیادی سریع می شود زیرا در حالی که رشد جوانه های موجود ادامه دارد ،جوانه های جدید .زیادی شکل می گیرند و رشد می کنند.
3)بالاخره ،وقتی که آهنگ دگرگونی به علت کند شدن آهنگ جوانه زنی کند می شود مرحله سوم فرا می رسد،که در آن رشد مداوم دانه های پرلیت به علت تاثیر بر یکدیگر متوقف می شود.
اثر دما بر استحاله پرلیت :
تجزیه آستنیت به پرلیت شامل دو متغییر مهم است که هر دو به دما بستگی دارند. این دو متغییر آهنگ جوانه زنی و رشد پرلیت است.
آهنگ جوانه زنی : تعداد جوانه های تشکیل شده در واحد حجم و در واحد زمان است،که با کاهش مای دگرگونی سریع می شود.
بنابراین هر چه 𝜯𝜟 زیاد باشد ،جوانه های بیشتری برای تشکیل پرلیت وجود دارد.
آهنگ رشد به نفوذ بستگی دارد و از اینرو با کاهش دمای دگرگونی آهنگ رشد هم کم می شود.
پس در نتیجه برای رسیدن به حداکثر سرعت تبدیل آستنیت به پرلیت یک دمای بحرانی وجود دارد.
فاصله بین تیغه ای پرلیت
پارامترهای موثر بر فاصله بین تیغه ها
1)دمای دگرگونی
2)در یک دمای معین ،آهنگهای جوانه زنی و نفوذ،تعیین کننده فاصله لایه ها می باشد
دمایی که در آن آستنیت به پرلیت تبدیل می شود ،اثر قاطعی بر فاصله بین تیغه ای پرلیت دارد.هر چه دمای واکنش پایینتر باشد ،فاصله بین صفحات کوچکتر خواهد بودکه درشکل 11 نشان داده شده است.چرا که با آهنگ سریع جوانه زنی اتم های کربن مجبور نیستند برای تشکیل لایه های فریت-سمنتیت زیاد حرکت کنند.فاصله بین تیغه های پرلیت اهمیت عملی دارد زیرا سختی ساختار حاصل به آن وابسته .است،وهرچه فاصله بین تیغه ای کمتر باشد،فلز سخت تر خواهد بود
شکل11-ارتباط بین فاصله لایه های پرلیت و میزان زیر تبرید در فولاد اوتکتوییدی
اثراندازه دانه :
اندازه دانه آستنیت بر دگرگونی آستنیت به پرلیت تاثیر می گذارد چون آهنگ جوانه زنی به ساختار حساس است.یعنی جوانه زنی در مناطق پر انرژی رخ می دهد.در آستنیت همگن ،تقریبا تمام جوانه زنی پرلیت در مرز دانه ها به وجود می آید. بنابراین آستنیت ریز دانه جوانه های بیشتری برای پرلیت ایجاد میکند و پرلیت ظریف تری تشکیل می شودکه پرلیت ظریف تر استحکام بیشتری نسبت به پرلیت درشت دارد،زیرا نابجایی ها برای عبور از ساختار ریز و لایه ای سمنتیت و فریت مشکل بیشتری دارند.
استحکام پرلیت :
به طور کلی ساختار پرلیتی نرمتر از ساختار بینایتی یا مارتنزیتی است.با کاهش دمای دگرگونی آستنیت به پرلیت 550تا ℃ 723فاصله لایه های پرلیت کاهش میابد.
استحکام پرلیت ریز بیشتر از پرلیت درشت است چرا که نابجاییها برای عبور از ساختار ریز و لایه ای سمنتیت و فریت مشکل بیشتری دارند.
اثر عناصر آلیاژی بر رشد پرلیت :
عنصر آلیاژی می تواند دمای اوتکتویید را تغییر دهد.عناصری مانند که تمایل به پایداری آستنیت دارند ،دمای اوتکتویید را کاهش MnوNi
دمای اوتکتویید را افزایش می دهند.CrوMo,Siو عناصری نظیر
با سپاس از توجه شما