8 Metal ve Alaşımın Ortak Mikro Yapıları

Modern malzemeler dört kategoriye ayrılabilir: metaller, polimerler, seramikler ve kompozit malzemeler. Makromolekül malzemelerin hızlı gelişimine rağmen çelik, günümüz mühendislik teknolojisinde hala en yaygın kullanılan ve en önemli malzemedir. Çelik malzemelerin baskın konumunu belirleyen faktörler nelerdir? Şimdi ayrıntılı olarak tanıtalım.

Demir ve çelik, kaynakları zengin ve fiyatı düşük olan demir cevherinden çıkarılır. Demir-karbon alaşımı olarak da bilinen demir ve çelik, demir (Fe) ve karbon (C), silikon (Si), manganez (Mn), fosfor (P), kükürt (S) ve diğer küçük elementlerden oluşan bir alaşımdır. (Kr, V, vb.). Çelikte çeşitli elementlerin içeriği ve ısıl işlem (dört pişirim: su verme, tavlama, tavlama, normalleştirme) ayarlanarak çeşitli metalografik yapılar elde edilebilir, böylece çeliğin farklı fiziksel özelliklere sahip olması sağlanır. Metalografik mikroskop altında gözlemlenen yapıya, çeliğin belirli bir aşındırıcı madde ile numune alınması, öğütülmesi, parlatılması ve dağlanmasından sonra metalografik yapı denir. Çelik malzemelerin sırları bu yapılarda gizlidir.

        Fe-Fe3C sisteminde farklı bileşimlerde demir-karbon alaşımları hazırlanabilmektedir. Denge yapıları farklı sıcaklıklarda farklıdır, ancak birkaç temel fazdan oluşurlar (ferrit F, östenit A ve sementit Fe3C). Bu temel fazlar, çelikte zengin ve renkli bir metalografik yapı oluşturan mekanik karışımlar şeklinde birleştirilir. Sekiz ortak metalografik yapı vardır:

I. Ferrit

 A-Fe kafesinin arayerinde karbonun çözülmesiyle oluşan arayer katı çözeltisine ferrit denir ve BCC Yapısına ait olan ve F sembolü ile ifade edilen eş eksenli çokgen tane dağılımıdır. Yapısı ve özellikleri saf demire benzer. İyi bir plastisite ve tokluğa sahiptir, ancak mukavemeti ve sertliği daha düşüktür (30-100 HB). Alaşımlı çelikte, alfa-Fe'de karbon ve alaşım elementlerinin katı bir çözeltisidir. Karbonun alfa-Fe içindeki çözünürlüğü çok düşüktür. AC1 sıcaklığında, karbonun maksimum çözünürlüğü 0,0218%'dir, ancak sıcaklığın düşmesiyle çözünürlük 0,0084%'ye düşer. Bu nedenle, üçüncü sementit, yavaş soğuma koşullarında ferrit tane sınırında belirir. Çelikteki karbon içeriğinin artmasıyla ferrit sayısı azalır ve perlit sayısı artar. Şu anda, ferrit ağ ve hilaldir.

Ⅱ.Östenit

 Gama-Fe kafesinin arayer boşluğunda karbonun çözünmesiyle oluşan arayer katı çözeltisine östenit denir. Yüzey merkezli kübik bir yapıya sahiptir ve A sembolü ile temsil edilen yüksek sıcaklık fazıdır. Ostenitin maksimum çözünürlüğü 1148 C'de 2.11% C ve katı çözeltisi 727 C'de 0.77% C'dir. Mukavemeti ve sertliği ferritten daha yüksek, plastisitesi ve tokluğu iyidir ve manyetik değildir. Spesifik mekanik özellikleri, genellikle 170-220 HBS, = 40-50% olmak üzere karbon içeriği ve tane boyutu ile ilgilidir. TRIP çeliği, ostenitin iyi plastisitesi ve esnekliği temelinde geliştirilmiş bir çeliktir. Gerinim kaynaklı transformasyon ve tutulan ostenitin transformasyon kaynaklı plastisitesi, çelik levhanın plastisitesini ve çelik levhanın şekillendirilebilirliğini geliştirmek için kullanılır. Karbon veya alaşımlı yapı çeliklerindeki östenit, soğuma sırasında başka fazlara dönüşür. Sadece yüksek karbonlu çeliklerin ve karbonlanmış çeliklerin karbonlama ve yüksek sıcaklıkta su vermesinden sonra, östenit martensit boşluğunda kalabilir ve metalografik yapısı, aşınması kolay olmadığı için beyazdır.

Ⅲ. sementit

 Sementit, belirli bir oranda karbon ve demir tarafından sentezlenen metal bir bileşiktir. Fe3C molekül formülü, karbon içeriğinin 6.69% olduğunu ve alaşımda (Fe, M) 3C oluştuğunu gösterir. Sementit sert ve kırılgandır, plastisitesi ve darbe tokluğu sıfıra yakındır, kırılganlığı çok yüksektir ve sertliği 800HB'dir. Demir ve çelikte dağıtım genellikle ağ, yarı ağ, pul, iğne pul ve granüldür.

 IV. perlit

 Perlit, P sembolü ile ifade edilen, ferrit ve sementitin mekanik bir karışımıdır. Mekanik özellikleri, yüksek mukavemet, orta sertlik ve belirli bir plastisite ile ferrit ve sementit arasındadır. Perlit, çelikte ötektoid dönüşümün bir ürünüdür. Morfolojisi, ferrit ve sementitin parmak izleri gibi katmanlar halinde düzenlenmesidir. Karbürlerin dağılım modeline göre iki tipe ayrılabilir: pul perlit ve küresel perlit.

 a. Pul perlit: Üç tipe ayrılabilir: kalın pul, orta pul ve ince pul.

b. Küresel perlit: tavlamanın küreselleştirilmesiyle elde edilen sementit küreselleştirilir ve ferrit matrisi üzerine dağıtılır. sementit sferoidlerin boyutu sferoidleştirme tavlama işlemine, özellikle soğutma hızına bağlıdır. Küresel perlit dört tipe ayrılabilir: kaba küresel, küresel, ince küresel ve noktalı.

V. Beynit

Beynit, östenitin perlit dönüşüm bölgesinin altında ve orta sıcaklık bölgesinde MS noktasının üstünde dönüşümünün ürünüdür. Beynit, B sembolü ile ifade edilen, perlit ve martensit arasındaki bir yapı olan ferrit ve sementitin mekanik bir karışımıdır. Oluşum sıcaklığına göre granüler beynit, üst beynit (üst B) ve alt beynit (alt B) olarak ayrılabilir. Granül beynit düşük mukavemete sahiptir ancak iyi tokluğa sahiptir. alt beynit hem yüksek mukavemete hem de iyi tokluğa sahiptir. taneli beynit en kötü tokluğa sahiptir. Beynit morfolojisi değişkendir. Beyit, şekil özelliklerine göre üç türe ayrılabilir: tüy, iğne ve granül.

a. Üst beynit:

Üst beynit, ince şerit (veya kısa çubuk) sementit ile ferrit iğne eksenine paralel, tüylü şerit ferritin paralel düzenlenmesi ile karakterize edilir.

b. Alt beynit:

ince iğne pulu, belirli bir yönelime sahip, erozyona karşı söndürülmüş martensite göre daha hassas, temperlenmiş martensite çok benzer, ışık mikroskobu altında ayırt edilmesi çok zor, elektron mikroskobu altında ayırt edilmesi kolay. karbür iğneli ferrit içinde çökelir ve hizalama oryantasyonu, ferrit levhanın uzun ekseni ile 55-60 derecedir, alt beynit ikiz içermez, daha fazla çıkık vardır.

c. Granül beynit:

Çokgen şekilli ve birçok düzensiz ada benzeri yapıya sahip ferrit. Çeliğin osteniti, üst beynitin oluşum sıcaklığından biraz daha yüksek bir sıcaklığa soğutulduğunda, çökelmiş ferritin bazı karbon atomları, ferrit/ostenit faz sınırı boyunca ferritten ostenite göç eder, bu da osteniti eşit olmayan bir şekilde karbon açısından zengin yapar, böylece östenit için ferrit. Bu ostenit bölgeleri genellikle ada benzeri, tanecikli veya şerit benzeri olup, ferrit matris üzerinde dağılmıştır. Sürekli soğutma sırasında, östenitin bileşimine ve soğutma koşullarına göre, tahıl kefaletlerindeki östenit aşağıdaki değişikliklere uğrayabilir.

(i) Tamamen veya kısmen ferrit ve karbide ayrışma. Elektron mikroskobu altında, çok yönlü dağılıma sahip granüler, çubuk veya küçük blok karbürler görülebilir.

(ii) ışık mikroskobu altında tamamen sarı olan martensite kısmi dönüşüm.

(iii) hala karbonca zengin ostenit içerir.

Granüler karbürler, granüler beynitin ferrit matrisi üzerinde dağıtılır (ada yapısı orijinal olarak, soğutulduğunda ferrit ve karbide ayrışan veya martensite dönüşen veya karbonca zengin östenit parçacıkları olarak kalan karbonca zengin östenittir). Tüy beynit, ferrit matris, ferrit levhanın kenarında çökeltilmiş şerit karbür. Alt beynit, küçük pul karbür ile asiküler ferrit, uzun eksenin ferritindeki pul karbür kabaca 55 ~ 60 derece açıdır. 

VI. WEISHER DOKUSU

Widmanstatten yapısı, birbirini yaklaşık 60 derece kesen ve çelik matrise gömülü ferrit iğnelerden oluşan bir tür aşırı ısıtılmış yapıdır. Kaba Widmanstatten yapısı çeliğin plastisitesini ve tokluğunu azaltır ve kırılganlığını arttırır. Ötektoid altı çelikte, aşırı ısınma ile kaba taneler oluşur ve soğurken hızla çöker. Bu nedenle, östenit tane sınırı boyunca ağ çökelmesine ek olarak, tane sınırından taneye kesme mekanizmasına uygun olarak bazı ferritler oluşur ve ayrı ayrı iğneler halinde çökeltilir. Bu dağılımın yapısına Widmanstatten yapısı denir. Aşırı ısıtılmış ötektoid üstü çelik soğutulduğunda, sementit de tane sınırından taneye doğru uzanır ve Widmanstatten yapısını oluşturur.

Ⅶ.Martenzit

Alfa-Fe içindeki aşırı doymuş katı karbon çözeltisine martensit denir. Martensit yüksek mukavemete ve sertliğe sahiptir, ancak plastisitesi zayıftır, neredeyse sıfırdır. M sembolü ile ifade edilen darbe yükünü taşıyamaz. Martenzit, aşırı soğutulmuş ostenitin hızlı soğumasının ve MS ve Mf noktaları arasındaki kesme modunun dönüşümünün ürünüdür. Bu zamanda, karbon (ve alaşım elementleri) zamanla yayılamaz, sadece gama-Fe'nin kafesinden (yüz merkezi) alfa-Fe'nin kafesine (gövde merkezi), yani katı çözeltisine (ostenit) gama-Fe'deki karbondan alfa-Fe'deki katı karbon çözeltisine. Bu nedenle martensit dönüşümü, martensitin lata martensit (düşük karbonlu) ve iğneli martensite ayrılabilen metalografik özelliklerine dayanmaktadır.

a. çıta martenzit:

düşük karbonlu martensit olarak da bilinir. Kabaca aynı boyuttaki ince martensit şeritleri, martensit demetleri veya martensit alanları oluşturmak için paralel olarak hizalanır. alanlar ve alanlar arasındaki oryantasyon farkı büyüktür ve ilkel bir ostenit tanesinde farklı oryantasyonlara sahip birkaç alan oluşturulabilir. Çıta martenzit oluşumunun yüksek sıcaklığından dolayı, soğutma işleminde kendiliğinden temperleme olgusu kaçınılmaz olarak meydana gelecek ve oluşan martenzitte karbürler çökecek, bu nedenle erozyona ve kararmaya karşı savunmasızdır.

 b. iğneli martenzit:

ayrıca pul martensit veya yüksek karbonlu martensit olarak da bilinir, temel özellikleri şunlardır: bir ostenit tanesinde oluşan ilk martensit tabakası nispeten büyüktür, genellikle tüm tahıl boyunca, ostenit tanesi bölünür, böylece daha sonra oluşan martensitin boyutu sınırlıdır , böylece pul martenzitin boyutu değişir, düzensiz dağılım. Asiküler martenzit belirli bir yönde oluşur. Martenzit iğnesinde orta çıkıntı vardır. Karbon içeriği ne kadar yüksekse, martenzit o kadar belirgindir. Aynı zamanda martensit arasında beyaz kalıntı östenit bulunmaktadır.

 c. Su verme işleminden sonra oluşan martensit ayrıca temperlemeden sonra üç özel metalografik yapı oluşturabilir:

(i) Temperlenmiş martenzit:

tavlamanın ilk aşamasında ayrışan, karbonun geçiş karbürleri formunda çözündüğü ve katı madde içinde dağılmış son derece ince geçiş karbür levhalarının bulunduğu, su verme sırasında oluşan levha martensit kompoziti (dörtgen gövde merkezinin kristal yapısına sahip) çözüm matrisi (kristal yapısı vücut merkezli kübe dönüşmüştür) (matriks ile arayüz uyumlu bir arayüzdür) Faz yapısı. bu tür bir yapı, metalografik (optik) mikroskop altında maksimum büyütmeye büyütüldüğünde bile iç yapısını ayırt edemez, yalnızca tüm yapısının siyah iğne olduğunu görebilir (siyah iğnenin şekli temel olarak beyaz iğnenin şekli ile aynıdır). söndürme sırasında). Bu tür siyah iğneye “temperlenmiş martensit” denir.

(ii) Temperlenmiş troostit:

orta sıcaklıkta tavlanmış, martenzitin iğne şeklinin kademeli olarak kaybolmasıyla karakterize edilen, ancak yine de belli belirsiz görünen (krom içeren alaşımlı çelik, alaşım ferrit yeniden kristalleşme sıcaklığı daha yüksektir, bu nedenle hala iğne şeklini korur), çökeltilmiş karbürler küçük olan söndürülmüş martensit ürünü , ışık mikroskobu altında ayırt edilmesi zor, karbür partikülleri sadece elektron mikroskobu altında görülebilir, kutup Dokuların aşınmasına ve kararmasına duyarlıdır. Temperleme sıcaklığı daha yüksekse veya daha uzun süre korunursa, iğneler beyaz olacaktır. Bu sırada karbürler iğnelerin kenarında yoğunlaşacak ve çeliğin sertliği biraz daha azalarak mukavemeti düşecektir.

(iii) tavlanmış sorbit:

yüksek sıcaklıkta temperlenmiş söndürülmüş martensit ürünü. Özellikleri şunlardır: ışık mikroskobu altında açıkça ayırt edilebilen sorbit matrisi üzerinde ince taneli karbürler dağıtılır. Koşullu yapı olarak da bilinen bu tür yapı, sağlamlık ve dayanıklılığın iyi bir kombinasyonuna sahiptir. Ferrit üzerindeki ince karbürler ne kadar ince olursa, sertlik ve mukavemet o kadar yüksek ve tokluk o kadar kötü olur. aksine, sertlik ve mukavemet ne kadar düşükse ve tokluk o kadar yüksek olur.

Ⅷ.Ledeburit

FERROCARBON alaşımlarındaki ötektik karışımlar, yani kütle fraksiyonu karbon (karbon içeriği) 4.3% olan sıvı FERROCARBON alaşımları, östenit ve sementitin mekanik karışımları sıvıdan aynı anda 1480 santigrat derecede kristalleştiğinde ledeburit olarak adlandırılır. Östenit 727 C de perlite dönüştüğü için ledeburit oda sıcaklığında perlit ve sementitten oluşur. 727 C'nin üzerindeki ledeburiti ayırt etmek için yüksek sıcaklıklı ledeburit (L d), 727 C'nin altındaki ledeburit ise düşük sıcaklıklı ledeburit (L'd) olarak adlandırılır. Ledeburitin özellikleri, yüksek sertlik ve zayıf plastisite ile sementite benzer.