دیاگرام فازی آهن-کربن

<h2>دیاگرام آهن-کربن چیست؟</h2> <p>از مهمترین مفاهیم که در عملیات حرارتی باید از آن اطلاع داشت و مبنای بسیاری از فرایندهای ساخت فولاد و چدن و ... است نموداری است که به آن دیاگرام آهن-کربن گفته می شود. این دیاگرام، تعادلی از کربن در محلول جامد آهن است که بیان کننده ی تغییرات ساختاری آلیاژهای آهن-کربن نسبت به درجه حرارت های مختلف است. این دیاگرام که با آن دیاگرام تعالی آهن-کربن نیز گفته می شود بر اساس درصدهای مختلف کربن در ساختار آهن و همچنین درجه حرارت های مختلف و فرایندهای سردکردن و گرم کردن آهسته ترسیم شده است. &nbsp;</p> <p>دیاگرام آهن کربن تنها در فشار یک اتمسفر صادق و در فشارهای بالاتر فازهای جدیدی می تواند به وجود بیایند و فصل مشترک بین مناطق فازی تغییر مکان می دهد.</p> <p><strong>آنچه در این مقاله خواهید خواند:</strong></p> <ul> <li><a title="اشکال آهن خالص" href="#Bugs">اشکال آهن خالص</a></li> <li><a title="نمودار فازی آهن-کاربید آهن (Fe-Fe3C)" href="#chart">نمودار فازی آهن-کاربید آهن (Fe-Fe3C)</a></li> <li><span id="Bugs"></span><a title="ساختارهای نمودار فازی آهن-کربن" href="#Structure">ساختارهای نمودار فازی آهن-کربن</a></li> <li><a title="استحاله های فازی دیاگرام آهن-کربن" href="#Transformation">استحاله های فازی دیاگرام آهن-کربن</a></li> </ul> <h2>اشکال آهن خالص</h2> <p>پیش از شروع توضیح دیاگرام آهن-کربن باید با اشکال مختلف آهن خالص آشنایی داشت. آهن خالص به سه شکل آلفا، گاما و دلتا وجود دارد.</p> <p><strong>آهن آلفا:</strong></p> <p>آهن آلفا از آلوتروپ های آهن است که از دمای اتاق تا 910 درجه سانتیگراد پایدار و دارای ساختار بلوری مکعبی مرکز پر (BCC) است. این آهن فرومغناطیس است اما با گرم شدن و رسیدن به دمای 768 درجه سانتیگراد با وجود حفظ ساختار BCC، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد.</p> <p><strong>آهن گاما:</strong></p> <p>آهن آلفا تا دمای 910 درجه سانتیگراد پایدار است اما پس از آن به آهن گاما تبدیل می شود. این آهن ساختاری مکعبی با سطوح مرکزدار (FCC) دارد.</p> <p><strong>آهن دلتا:</strong></p> <p>با گرم کردن آهن تا دمای 1403 درجه سانتیگراد ساختار BCC آهن برگشته و تبدیل به آهن دلتا می شود. این ساختار تا رسیدن به نقطه ی ذوب 1535 درجه پایدار می ماند.</p> <p><img class="content-image" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" title="تصویر-شماره-1---ساختار-آهن-گاما-و-آلفا11.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1634480729959.jpg" alt="ساختار آهن گاما و آلفا" /></p> <p style="text-align: center;"><span id="chart"></span>تصویر شماره 1 &ndash; ساختار آهن گاما و آلفا</p> <h2>نمودار فازی آهن-کاربید آهن (Fe-Fe3C)</h2> <p>ساختار بلوری آهن در دماهای مختلف تغییر میکند. همانطور که در قسمت قبل گفته شد در یک بازه ی دمایی ساختار BCC و در بازه ی دمایی دیگر ساختار FCC دارد. به این خاصیت آهن پلیمور گفته می شود.</p> <p>چنانچه به آهن خالص کربن اضافه شود دیاگرام فازی آهن-کربن به دست می آید. این نمودار به دلیل نقش کربن در ساخت آلیاژهای آهن بسیار حائز اهمیت است.</p> <p>در شکل زیر می توانید دیاگرام فازی آهن-کربن را مشاهده کنید.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" title="تصویر-شماره-2---دیاگرام-آهن-کربن.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1634480380673.jpg" alt="دیاگرام فازی آهن-کربن" /><span id="Structure"></span>تصویر شماره 2 &ndash; دیاگرام فازی آهن-کربن</p> <p>در دیاگرام فازی آهن-کربن چندین فاز مختلف وجود دارد که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.</p> <h2>ساختارهای نمودار فازی آهن-کربن</h2> <p><strong>فریت &alpha;</strong></p> <p>به محلول جامد کربن در آهن، فریت آلفا (&alpha;) یا فریت گفته می شود. در این حالت ساختار بلوری آهن مکعبی مرکز پر یا BCC است. مقدار حلالیت کربن در فریت بسیار کم است و در دمای 723 درجه به اوج خود می رسد که برابر 0.02 درصد است. با کاهش دما حلالیت کربن در فریت آلفا نیز کم می شود به گونه ای که در صفر درجه سانتیگراد به 0.008 درصد می رسد. در فریت آلفا اتم های کربن در فضاهای بین نشین شبکه بلوری آهن قرار می گیرند.</p> <p><strong>آستنیت &gamma;</strong></p> <p>آستنیتی محلول جامد کربن در آهن است و دارای ساختار بلوری مکعب با وجوه مرکز پر FCC می باشد. حلالیت کربن در آستنیت در مقایسه با فریت بسیار بیشتر است. حداکثر حلالیت کربن در دمای 1148 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد که برابر با 2.08 درصد می باشد. در دمای 723 نیز حلالیت به مقدار 0.8 درصد کاهش می یابد.</p> <p><strong>سمانتیت Fe3C</strong></p> <p>سمانتیت یک ترکیب بین فلزی آهن و کربن است. حلالیت کاربید آهن کم است و 6.67 درصد کربن و 93.3 درصد آهن دارد. از ویژگی های سمانتیت می توان به سخت و شکننده بودن آن اشاره کرد. هر سلول سمانتیت از 12 اتم آهن و 4 اتم کربن تشکیل شده است.</p> <p><strong>لدبوریت</strong></p> <p>یک مخلوط یوتکتیکی از آستنیت و سمنتیت است که از مذابی با 4.3 درصد کربن در دمای 1147 درجه سانتیگراد و تحت یک واکنش یوتکتیکی به دست می اید. چون که آستنیت در دمای محیط پایدار نیست و به پرلیت تبدیل می شود بنابراین لدبوریت در دمای محیط به شکل پرلیت و سمنتیت خواهد بود.</p> <p><strong><span id="Transformation"></span>پرلیت</strong></p> <p>پرلیت به مخلوطی یوتکتوئیدی از فریت و سمنتیت گفته می شود. پرلیت در یک تحول یوتکتوئیدی از آهن گاما با درصد کربن 0.8 در دمای 723 درجه به دست می آید.</p> <h2>استحاله های فازی دیاگرام آهن-کربن</h2> <p>در دیاگرام اهن کربن سه استحاله ی فازی وجود دارد:</p> <p><strong>استحاله پریتکتیک</strong></p> <p>هنگامی که از منطقه مذاب شروع به سرد کردن می کنیم اولین استحاله ای که رخ می دهد استحاله پریتکتیک است. در این حالت یک مذاب و یک جامد با فاز دلتا به یک جامد با فاز گاما تبدیل می شود. فاز دلتا در آلیاژهایی که درصد کربن کمتر از 0.8 درصد دارند تشکیل می شود. در آلیاژهایی با درصد کربن بالا این استحاله دیده نمی شود.</p> <p><strong>L (%0.53C) + &delta; (%</strong><strong>۰</strong><strong>٫</strong><strong>۰۹۵</strong><strong>C) &rarr;&nbsp;&gamma; (%</strong><strong>۰</strong><strong>٫</strong><strong>۱۷</strong><strong>C)</strong></p> <p><strong>استحاله یوتکتیک</strong></p> <p>در استحاله یوتکتیک مذاب به دو جامد تبدیل می شود. در نمودار مشاهده می شود که در دمای 1146 درجه سانتیگراد مذاب با ترکیب 4.3 درصد کربن به دو فاز آستنیت و سمانتیت تبدیل می شود.</p> <p><strong>L (%4.3C) &rarr;&nbsp;&gamma; (%</strong><strong>۲</strong><strong>٫</strong><strong>۰۸</strong><strong>C) + Fe</strong><strong>₃</strong><strong>C (%6.67C)</strong></p> <p><strong>استحاله یوتکتوئید</strong></p> <p>این استحاله در دمای 723 درجه سانتیگراد قابل مشاهده است. آسنتیت با ترکیب 0.8 درصد کربن به فریت و سمانتیت تبدیل می شود.</p> <p><strong>&nbsp;&gamma; (%</strong><strong>۰</strong><strong>٫</strong><strong>۸</strong><strong>C) &rarr; &alpha; (%</strong><strong>۰</strong><strong>٫</strong><strong>۰۲۲</strong><strong>C) + Fe</strong><strong>₃</strong><strong>C (%6.67C)</strong></p>