مقاله در مورد فازها وساختارهاي بلوري

 nx دارای 91 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : فازها وساختارهای بلوری 1-1 مقدمهفولادها گروهی از آلیاژهای آهن – كربن و عناصر دیگرند كه بیشترین كاربرد را در صنعت و فن آوری دارند. یكی از دلایل اصلی كاربرد وسیع فولادها از خواص كاملاً متنوعی كه می توان به كمك روشهای مختلف عملیات حرارتی در آنها به وجود آورد. در شكل 1-1 اثر درصد كربن و عملیات حرارتی مختلف بر روی میكروساختار، استحكام تسلیم و انعطاف پذیری فولادهای كربنی ساده نشان داده شده است. با افزایش كربن از تقریباً صفر در صد تا 8/0 درصد استحكام تسلیم از 103 Mpa (1500psi) به 448 Mpa (65000 psi) افزایش یافته و انعطاف پذیری از 62 درصد به 14 درصد كاهش می یابد. اگر فولاد یاد شده به مدت یك ساعت در 1000 درجه سانتگیراد حرارت داده شود و سپس به آهستگی (به عنوان مثال در مدت 24 ساعت) تا 25 درجه سانتگیراد سرد شود، میكروساختار نشان داده شده در شكل 1-1 (ج) به دست می آید. فولاد یاد شده دارای استحكام تسلیم 448 Mpa (6500 psi) و انعطاف پذیری 14 درصد است. لیكن، اگر فولاد یاد شده به مدت یك ساعت در 1000 درجه سانتگیراد حرارت داده شود و سپس خیلی سریع (سرد كردن در آب) تا 25 درجه سانتیگراد سرد شود میكروساختار كاملاً تغییر كرده و مشابه شكل 1-1 (هـ) خواهد شد. در این حالت استحكام تسلیم تا 2070 Mpa (300000 psi) افزایش یافته و انعطاف پذیری تا 1 درصد كاهش می یابد. گرچه سرد كردن فولاد در آب باعث افزایش استحكام آن می شود، ولی شكنندگی آن را نیز افزایش می دهد. اگر فولاد در آب سرد شده را مجدداً حرارت داده و به مدت یك ساعت در 500 درجه سانتگیراد نگه داشته و سپس تا دمای اتاق سرد كنیم میكروساختار نشان داده شده در شكل 1-1 (و) به دست می آید. در این حالت انعطاف پذیری تا 7 درصد افزایش می یابد ولی استحكام تسلیم به 966 Mpa (140000 psi) كاهش خواهد یافت. كاربرد وسیع فولادها ناشی از خواص كاملاً متنوع آنهاست كه به كمك تغییر درصد كربن و/ یا تغییر درصد عناصر آلیاژی و/یا تغییر نوع عملیات حرارتی امكانپذیر است. گسترده وسیع خواص متنوع فولادها ناشی از نوع، مقدار، اندازه و توزیع فازهای مختلف (به عنوان مثال سمنتیت یا كاربید آهن (Fe3C) است. 1-2 نمودار تعادلی آهن – كربننمودار تعادلی آهن – كرب (Fe-C) راهنمایی است كه به كمك آن می توان روشهای مختلف عملیات حرارتی را بررسی و مطالعه كرد. از آنجایی كه بیشتر فولادها دارای عناصر آلیاژی دیگری بجز آهن و كربن اند و این عناصر موقعیت مرز بین نواحی فازی را نسبت به فولادهای كربنی ساده تغییر می دهند، نمودار تعادلی آهن- كربن باید فقط به عنوان یك راهنما استفاده شود. ساختارهای ناتعادلی حاصل از بعضی از روشهای عملیات حرارتی (به عنوان مثال سرد كردن فولادها در آب) باعث می شود كه كاربرد نمودار تعادلی آهن – كربن در عملیات حرارتی محدودتر شود. فولادها آلیاژهای آهن-كربن و عناصر دیگر بوده كه دارای كمتر از 2 درصد كربن (معمولاً یك و یا كمتر از آن) اند. بنابراین، قسمتی از نمودار كه دارای كمتر از 2 درصد كربن است بیشترین اهمیت را در رابطه با عملیات حرارتی فولادها دارد. خط ممتد، تعادل بین فازهای مختلف آهن و سمنتیت (Fe3¬C) و خط منقطع، تعادل بین فازهای مختلف آهن و گرافیت یا كربن آزاد را مشخص می كند. گرافیت حالتی از كربن بوده كه بسیار پایدارتر از سمنتیت است و در صورتی كه به سمنتیت فرصت داده شود سرانجام به گرافیت تجزیه خواهد شد. در فولادها گرافیت زایی به ندرت انجام و به همین دلیل نمودار آهن- سمنتیت جهت مطالعه و بررسی عملیات حرارتی فولادها مناسبتر است. در چدنها، وجود مقادیر كربن و سیلیسیم نسبتاً بالاتر تجزینه سمنتیت و تشكیل گرافیت را ترغیب می كند. بنابراین فن آوری چدنها بیشتر بر اساس نمودار آهن- گرافیت استوار است. نمودار شكل 1-2 فقط در فشار یك اتمسفر صادق است. تحت فشارهای بیشتر فصل مشتركهای بین نواحی مختلف فازی تغییر مكان داده و همچنین فازهای جدیدی به وجود می آیند. آهن خالص، تحت فشارهای زیاد، آهن با شبكه بلوری منشور فشرده (hcp) موسوم به آهن اپسیلن به وجود می آید. نقطه سه گانه بین آهن آلفا، آهن گاما و آهن اپسیلن در 770 درجه كلوین و 110 كیلوبار است. 1-2-1 ساختارهای بلوری و خواص آهن خالص آهن عنصری چند شكلی است. بدین معنی كه در فشار یك اتمسفر با افزایش دما، شبكه بلوری آن تغییر می كند. آهن آلفا یا آهن فریتی از صفر مطلق تا 912 درجه سانتیگراد آهن گاما یا آهن آستنیتی در دماهایی بین 912-1394 درجه سانتیگیراد و آهن دلتا از 1394 درجه سانتیگراد تا نقطه ذوب آهن خالص یا 1538 درجه سانتگیراد پایدار است. الف: آهن آلفاآهن آلفا یا آهن فریتی جزء سیستم مكعبی بوده و شبكه بلوری آن مكعب مركزدار (bcc) است (شكل 1-3). بدین صورت كه تمام اضلاع آن مساوی بوده (به طول a) و بر همدیگر عمودند. جمع كل اتمهای واحد شبكه برابر با یك اتم در مركز مكعب به علاوه از 8 اتم موجود در گوشه هاست كه برابر 2 اتم می شود. پارامتر شبكه آهن آلفا در دمای اتاق 86/2 انگسترم (nm 286/0) است. قطرهای اصلی واحد شبكه bcc در جهات > 111< است كه همان جهات با چگالی زیادند. اتم مركزی دارای 8 اتم همسایه با نزدیكترین فاصله از آن است. فاصله مراكز اتمهای یاد شده از مركز اتم مركزی برابر با نصف قطر اصلی یا است. ب: آهن گاماواحد شبكه بلوری آهن گاما یا آهن آستنیتی در شكل 1-4 نشان داده شده است. آهن گاما نیز متعلق به سیستم بلوری مكعبی است ولی دارای شبكه بلوری مكعب با سطوح مركز دار (fcc) است. هر اتم بر روی صفحه جانبی، بین دو واحد شبكه و هر اتم در گوشه ها، بین 8 واحد شبكه مشترك است. بنابراین از 6 اتم موجود در صفحات جانبی فقط 3 اتم و از 8 اتم موجود در گوشه ها، فقط یك اتم به هر واحد شبكه تعلق دارد كه جمعاً 4 اتم در هر واحد شبكه وجود خواهد داشت. پارامتر شبكه آهن گاما برابر با 56/3 آنگسترم (nm 356/0) بوده و بنابراین بزرگتر از پارامتر شبكه آهن آلفا است. لیكن، ساختار بلوری با چگالی زیاد و وجود 4 اتم در واحد شبكه آهن گاما باعث شده است كه چگالی آن از چگالی آهن آلفا بیشتر شود. به بیان دیگر فضای خالی بین اتمها در شبكه بلوری آهن آلفا نسبت به آهن گاما بیشتر است. در حقیقت، تفاوت بین ضریب تراكم دو شبكه آلفا و گاما باعث می شود كه تبدیل آهن گاما به آهن آلفا همراه با افزایش حجم باشد. این موضوع در شكل 1-5 نشان داده شده است. در شبكه بلوری fcc جهات با چگالی زیاد، منطبق بر قطرهای صفحات جانبی یا جهات >110< اند. در اینجا 12 اتم در همسایگی همدیگر به نحوی قرار دارند كه فاصله مراكز اتمهای همسایه از یكدیگر برابر است. ج: آهن دلتا آخرین فازی كه ممكن است در آهن خالص وجود داشته باشد، آهن دلتا با شبكه bcc بوده و از نظر بلورشناسی مشابه آهن آلفا است. هم چنانكه از شكل 1-5 مشخص است افزایش حجم ناشی از تبدیل آهن گاما به آهن دلتا درست برابر افزایش حجم ناشی از تبدیل آهن گاما به آهن آلفا است. آهن دلتا فقط در دماهای نزدیك نقطه ذوب آهن تشكیل می شود. (شكل 1-2) نكته دیگری كه در رابطه با آهن خالص باید بدان اشاره شود، خاصیت آهنربایی آن است. آهن تا 770 درجه سانتگیراد خاصیت آهنربایی دارد و از این دما بالاتر خاصیت آهنربایی خود را از دست می دهد. دمای یاد شده به دمای كوری موسوم است (شكل 1-2). آهن با شبكه بلوری bcc كه خاصیت آهنربایی ندارد (در بین دماهای 770-912 درجه سانتیگراد) به آهن بتا موسوم است. بنابراین به صورت خلاصه، آهن آلفا خاصیت آهنربایی داشته در حالی كه آهنهای بتا و گاما خاصیت آهنربایی ندارند. 1-2-2 اثر كربن اضافه كردن كربن به آهن اثرات بسیار مهمی بر روی فازهای یاد شده و همچنین دماهای تعادلی آنها دارد. از جمله مشخصه های بارز نمودار تعادلی آهن – كربن، عبارت از تفاوت توانایی آهنهای bcc و fcc در انحلال كربن است. كربن در فضای خالی بین اتمهای آهن در شبكه های بلوری bcc و fcc (به صورت بین نشینی) جای گرفته و به ترتیب محلولهای جامد بین نشینی فریت و آستنیت را به وجود می آورد. از جمله مشخصه های دیگر نمودار تعادلی ‎آهن –كربن، وجود كاربید آهن یا سمنتیت (Fe3C) است. الف: آستنیتآستنیت عبارت از محلول جامد بین نشینی كربن در آهن با شبكه بلوری مكعبی با وجوه مركزدار (fcc) است. كربن با وارد شدن در شبكه بلوری آهن آستنیتی، ناحیه تشكیل و پایداری آستنیت را در فولادها گسترش می دهد. با اضافه شدن كربن ناحیه پایداری آستنیت از 912 تا 1394 درجه سانتیگیراد كه گسترده تشكیل و پایداری آهن آستنیتی است، به گسترده وسیعی از دما و تركیب شیمیایی، افزایش می یابد. حداكثر حلالیت كربن در آستنیت، در 1148 درجه سانتگیراد است كه به 11/2 درصد می رسد. در شبكه بلوری fcc دو نوع فضای خالی بین نشینی وجود دارد كه می توانند محلهای مناسبی برای قرار گرفتن اتمهای كربن باشند. این فضاها كه به هشت وجهی و چهار وجهی موسوم اند. نام دو نوع فضای خالی از تعداد صفحات جانبی چند وجهیهایی گرفته شده كه رئوس آنها اتمهای آهنی هستند كه آن فضا را احاطه كرده اند. یك اتم كربن اگر در یك فضای هشت وجهی قرار گیرد، دارای 6 اتم آهن در مجاور خود و اگر در یك فضای چهار وجهی قرار گیرد، دارای 4 اتم آهن در مجاور خود خواهد بود.اندازه های این دو نوع فضای خالی، به طور قابل ملاحظه ای با یكدیگر متفاوت است. آستنیت، با فرض اینكه اتمهای آهن كروی بوده و در تماس با یكدیگر باشند یك فضای هشت وجهی قادر است اتمی به شعاع 52/0 انگسترم (nm 052/0) را در خود جای دهد. در حالی كه یك فضای چهار وجهی می تواند اتمی به شعاع 28/0 انگسترم (nm 028/0) را در خود بپذیرد. با توجه به اینكه شعاع اتمی كربن برابر با 7/0 انگسترم (nm 07/0) است، فضاهای هشت وجهی راحت تر از فضاهای چهار وجهی می توانند اتمهای كربن را در خود جای دهند. البته لازم به تذكر است كه حتی برای نشستن اتمهای كربن در فضاهای هشت وجهی نیز نیاز به انبساط شبكه ای است. ب: فریت محلول جامد بین نشینی كربن در آهن با شبكه بلوری مكعب مركزدار (bcc) به فریت موسوم است. حلالیت كربن در آهن فریتی (bcc) به مراتب كمتر از حلالیت آن در آهن آستنیتی (fcc) است. به طوری كه حد حلالیت كربن در فریت حداكثر 02/0 درصد در 727 درجه سانتگیراد است كه با كاهش دما به طور پیوسته كاهش یافته و در دمای اتاق به مقدار ناچیزی خواهد رسید.مشابه با آهن با شبكه fcc، در آهن با شبكه bcc نیز دو نوع فضای بین نشینی، یكی هشت وجهی و دیگری چهار وجهی وجود دارد كه ممكن است اتمهای كربن را در خود جای دهند. از آنجایی كه فضاهای بین نشینی در فریت بسیار كوچكتر از آستنیت اند، حد حلالیت كربن در فریت بسیار كمتر از آستنیت است. در فریت یك فضای هشت وجهی می تواند اتمی به شعاع 19/0 انگسترم (nm 019/0) و یك فضای چهار وجهی می تواند اتمی به شعاع 35/0 انگسترم (nm 35/0) را در خود جای دهد. فضاهای هشت وجهی در رابطه با انحلال بین نشینی كربن در فضاهای خالی هشت وجهی و چهار وجهی توجه به این نكته لازم است كه از یك طرف اتمهای كربن فضاهای خالی با قطر بزرگتر را ترجیح می دهند و از طرف دیگر تمایل دارند در فضاهای خاصی قرار گیرند كه تعداد اتمهای همسایه بیشتری را داشته باشند. برخی از عناصر نظیر كرم، سیلیسیم، تنگستن، مولیبدن و تیتانیم موجب پایداری فریت و برخی دیگر نظیر نیكل و منگنز باعث پایداری آستنیت می شوند. از همین خاصیت استفاده شده و فولادهای فریتی و فولادهای آستنیتی تهیه می شود. فولادهای گروه اول حاوی مقدار 5/11 تا 27 درصد كرم بوده كه گاهی مقداری منگنز، سیلیسیم و یا نیكل، آلومینیم، مولیبدن و یا تیتانیم نیز بدان اضافه می شود. آلیاژهای گروه دوم شامل 16 تا 25 درصد كرم بوده كه مقداری نیز نیكل، منگنز و یا نیتروژن جهت پایدار شدن آستنیت در دمای اتاق به آنها اضافه می شود. شبكه بلوری فولادهای فریتی، مكعبی مركزدار است، در حالی كه شبكه بلوری فولادهای آستنیتی در دمای اتاق، مكعبی با سطوح مركز دار است. چ: فریت دلتافریت دلتا عبارت از محلول جامد بین نشینی كردن در آهن دلتا است. فریت دلتا فقط از نظر علمی مورد توجه قرار گرفته و كاربرد صنعتی چندانی ندارد. 1-2-3 كاربید آهن (سمنتیت) در صورتی كه درصد كربن در فولادها بیشتر از حد حلالیت آن در آستنیت و/یا فریت باشد، فاز جدیدی موسوم به كاربید آهن یا سمنتیت به وجود می آید. كاربید آهن فازی كاملاً متفاوت از محلولهای جامد فریت و آستنیت است. این فاز تركیبی با نسبت ثابت و مشخص یك اتم كربن و سه اتم آهن است كه دارای 67/6 درصد كربن بوده و به صورت Fe3C نشان داده می شود.سمنتیت دارای شبكه بلوری مكعب مستطیل با پارامترهای شبكه a= 0/452 nm و b= 0/509 و c= 0/674 است. واحد شبكه سمنتیت دارای 12 اتم آهن و 4 اتم كربن است. شبكه بلوری سمنتیت را می توان متشكل از تعدادی هشت وجهی دانست كه در رئوس آنها اتمهای آهن و در مركز هر كدام یك اتم كربن وجود دارد. از آنجایی كه هر اتم آهن متعلق به دو هشت وجهی و هر اتم كربن متعلق به یك هشت وجهی است، فرمول سمنتیت به صورت Fe3C در می آید. زوایای بین محورهای هشت وجهیها با یكدیگر برابر نیستند. در سمنتیت پیوند بین اتمهای آهن كاملاً فلزی است، در حالی كه پیوند بین اتمهای آهن – كربن هنوز به طور كامل مشخص نیست. گفته می شود كه پیوند یاد شده از نوع خاصی است كه مشخصه های هر دو پیوند فلزی و یونی را داراست. در هر حال، هر دو جزء كربن و آهن در شبكه سمنتیت به صورت یون مثبت وجود دارند. به بیان دیگر كربن و آهن هر دو شبیه فلزان عمل می كنند. در حقیقت شرایط فوق و وجود پیوند فلزی موجود در سمنتیت است كه به آن خواص فلزی (هدایت الكتریكی، هدایت حرارتی و جلای فلزی و …) می دهد. دمای ذوب سمنتیت در حدود 1250 درجه سانتیگراد است و برخلاف آهن تغییرات آلوتروپیك ندارد ولی در دماهای پایین، به مقدار بسیار كم دارای خاصیت آهنربایی بوده اما در اثر حرارت دادن تا 217 درجه سانتیگراد خاصیت آهنربایی خود را از دست می دهد. سختی سمنتیت، بسیار بالا (بیشتر از 800 برینل كه به سادگی شیشه را خراش می اندازد.) و انعطاف پذیری آن فوق العاده كم (عملاً صفر) است. بدیهی است كه خواص یاد شده ناشی از ساختار پیچیده شبكه بلوری سمنتیت است.سمنتیت، تركیبی ناپایدار است و تحت شرایط خاص تجزیه شده و كربن آزاد (گرافیت) تولید می كند.1-2-4 دماهای بحرانی فصل مشتركهای بین نواحی فازی مختلف در نمودار تعادلی آهنی- كربن مشخص كننده دماهای تعادلی دگرگونیهای مختلفی اند كه ممكن است در آلیاژهای آهن – كربن انجام شود. دماهای دگرگونی، اغلب به دماهای بحرانی موسوم اند و عبارت اند از دماهایی كه تغییراتی در انتقال حرارت و یا حجم نمونه در اثر گرمایش یا سرمایش ملاحظه می شود. دماهای مزبور را با حرف A كه اول كلمه Arrest و به معنی توقیف یا باز داشتن است نشان می دهند. دماهای بحرانی كه در نمودار تعادلی آهن – كربن وجود دارند و از نظر عملیات حرارتی دارای اهمیت اند عبارت اند از: A1 مرز ناحیه دو فازی فریت – سمنتیت و یكی از نواحی دوفازی فریت – آستنیت و یا سمنتیت – آستنیت؛ A3 فصل مشترك ناحیه دو فازی فریت – آستنیت و ناحیه تكفازی آستنیت است. دماهای یاد شده تبدیل یك فاز به فاز دیگر را در شرایط تعادلی یعنی تحت شرایط گرمایش و سرمایش بسیار آهسته مشخص می كنند. به همین خاطر گاهی به جای حروف Acm و A3 و A1 به ترتیب از Aecm و A3 و A1 به ترتیب از Aecm و Ae3 و Ae1 استفاده می شود. حرف e از اول كلمه تعادلی گرفته شده است. دگرگونیهایی كه در دماهای Acm و A3 و A1 انجام می شود تابع نفوذند. (گرمایش سریع باعث می شود) كه زمان قرار گرفتن نمونه در دمای بحرانی تعادلی انجام شود. به همین ترتیب سرمایش سریع باعث می شود كه دگرگونی در دمایی پایینتر از دمای بحرانی تعادلی انجام شود. در نمودار تعادلی آهن – كربن، اثرات آهنگ گرمایش و آهنگ سرمایش توسط حروف قراردادی جدیدی كه به ترتیب عبارت اند از Ac و Ar مشخص می شوند. بنابراین، با در نظر گرفتن اثرات آهنگ گرمایش و آهنگ سرمایش، بجز دماهای بحرانی تعادلی دو سری دیگر دماهای بحرانی در نمودار آهن – كربن وجود دارند كه آنها را با علامتهای Accm ‏، Ac3 ، Ac1 ، Ar¬cm ، Ar3 و Ar1 نشان می دهند. در شكل 1-10 شمایی از دماهای بحرانی تعادلی و ناتعادلی نشان داده شده است. فرمولهای تجربی نیز وجود دارند كه اثرات عناصر آلیاژی را بر روی دماهای بحرانی مشخص می كنند. فرمولهای زیر اثرات تعدادی از عناصر آلیاژی را بر روی دماهای A1 و Ac3 نشان می دهند. Ac1 = 723 – 10/7 Mn – 16/9 Ni + 29/1Si + 16/9Cr + 290 As + 6/38 WAc3 = 910 – 203 Vc – 15/2 Ni + 44/7 Si + 104 V + 31/5 Mo + 13/1Wعناصری كه پایدار كننده‌ آستنیت اند دماهای بحرانی Ac1 و Ac3 را كاهش می دهند. اثرات عناصر یاد شده با علامت منفی در رابطه های بالا مشخص شده است. از طرف دیگر عناصری كه پایدار كننده فریت یا كاربید اند، دماهای بحرانی Ac1 و Ac3 را افزایش می دهند. اثرات این عناصر با علامت مثبت در رابطه های بالا مشخص شده است. 1-3 توزیع و اثرات عناصر آلیاژی در فولادها مشاركت عناصر آلیاژی و ناخالصیها در ساختار و خواص فولادها معمولاً با قرار گرفتن آنها به جای اتمهای آهن (اگر اندازه اتمی آنها تقریباً برابر اندازه اتمی آهن باشد) و یا نشستن در فضاهای خالی بین نشینی (اگر اندازه اتمی آنها بسیار كوچكتر از اندازه اتمی آهن باشد) امكانپذیر است. اگر مقادیر عناصر آلیاژی بیشتر از حد حلالیت باشند، فازهایی بجز فازهای بحث شده در بالا به وجود می آیند. به عنوان مثال، در اثر اضافه كردن مقدار بسیار كمی كرم به آلیاژ آهن – كربن فاز M3C (M نشان دهنده مجموعه ای از كرم و آهن است) با ساختار بلوری سمنتیت به وجود آمده كه تا 890 درجه سانتیگراد پایدار است. با افزایش بیشتر كرم ابتدا M7C3 و سپس M23C6 به وجود می آید. نیكل نسبت به آهن تمایل كمتری به تشكیل كاربید داشته و عمدتاً در فریت حل می شود. سیلیسیم تا حدودی با اكسیژن تركیب شده و تشكیل ناخالصی نافلزی می كند و در غیر این صورت، در افریت حل می شود. بدون توجه به درصد كربن فولاد، درصد زیادی از منگنز در فریت حل می شود. توانایی منگنز به تشكیل كاربید در حد بسیار كمی بیشتر از آهن است و منگنزی كه تشكیل كاربید می كند، معمولاً به شكل (Fe , Mn) 3 C وارد ساختار سمنتیت می شود. كرم بین فازهای فریت و كاربید توزیع می شود. توزیع كرم بستگی به درصد كربن و عناصر كاربیدساز دیگر در فولاد دارد. در صورتی كه كربن به اندازه كافی در فولاد وجود داشته باشد و عناصر كاربیدساز بسیار قوی نظیر تیتانیم و كلمبیم وجود نداشته باشند، تنگستن و مولیبدن با كربن فولاد تركیب شده، تشكیل كاربید می دهند. در غیر این صورت عناصر یاد شده، می توانند در فریت حل شوند. تمام عناصر آلیاژی كه به صورت جانشینی در فولادها وارد می شوند نظیر نیكل، كرم، سیلیسیم، منگنز، تنگستن، مولیبدن و تیتانیم، درصد كربن نقطه یوتكتویید را كاهش می دهند. بعضی از عناصر آلیاژی، دمای یوتكتویید را در فولادها كاهش داده و برخی آن را افزایش می دهند. منگنز و نیكل، هر دو دمای یوتكتویید را كاهش داده و به عنوان عناصر پایدار كننده آستنیت موسوم اند. عناصر تشكیل دهنده كاربید، نظیر تنگستن، مولیبدن، تیتانیم و كرم، دمای یوتكتویید را افزایش داده و بنابراین ناحیه تشكیل و پایداری آستنیت را كاهش می دهند. بنابراین، این عناصر به پایدار كننده های فریت موسوم اند. شكل 1-14 نشان می دهد كه چگونه افزایش درصد كرم در فولادهای كربنی، ناحیه پایداری آستنیت را كاهش می دهد. توزیع و اثرات ویژه عناصر آلیاژی در فولادها در جدول 1-2 خلاصه شده است. 1-3-1 فاز كاربید در فولادهای آلیاژی فاز كاربید در فولادها فقط توسط فلزاتی كه در جدول تناوبی عناصر در سمت چپ آهن و پایین آن (از Mn تا Hf) قرار دارند تشكیل می شود. در فرایند تشكیل كاربید، كربن الكترونهای ظرفیت خود را به منظور پر كردن لایه الكترونی d اتمهای فلزی از دست می دهد. از سوی دیگر الكترونهای ظرفیت كه توسط فلز گرفته می شود، صرف تشكیل پیوند فلزی خواهد شد. این پیوند فلزی به كاربید حاصل، خواص فلزی می دهد.فقط عناصری كه تعداد الكترونهای آخرین لایه الكترونی d آنها در مقایسه با آهن كمتر باشد، به عنوان عناصر آلیاژی كاربیدساز تلقی می شوند. هر چه لایه الكترونی d از الكترون تهی تر باشد، فعالیت عنصر كاربیدساز و همچنین پایداری كاربید تشكیل شده بیشتر خواهد بود. بر اساس نتایج حاصل از مطالعات انجام شده، تركیبات كاربیدی زیر می توانند در فولادها تشكیل شوند. كاربیدهای گروه I Fe3C , Mn3C , Cr7C3 , Cr23C6 , FeMo3C , Fe3W3Cكاربیدهای گروه II (فازهای بین نشینی) Mo2C , W2C , WC , VC , TiC , NbC , TaC , Ta2C , ZrCكاربیدهای یاد شده نمی توانند به صورت آزاد در فولادها تشكیل شوند. تمامی كاربیدهای عناصر آلیاژی، حاوی مقداری آهن به صورت محلول اند. همچنین در صورت وجود عناصر آلیاژی كاربیدساز دیگر، این عناصر نیز در تركیب و ساختار كاربید موجود وارد می شوند. كاربیدهایی كه دارای فرمول شیمیایی یكسان باشند، متقابلاً در یكدیگر محلول اند. بنابراین، به همین دلیل، تعداد و انواع كاربیدهایی كه احتمال تشكیل آنها در فولادهای آلیاژی وجود دارد كمتر از آنچه قبلاً اشاره شده است. در حقیقت فقط شش نوع كاربید با فرمولهای زیر در فولادها تشكیل می شود. كاربیدهای گروه I M3C , M23C6 , M7C3 , M6Cكاربیدهای گروه II (فازهای بین نشینی) MC , M2Cدر این فرمولها، M مجموع عناصر فلزی تشكیل دهنده كاربید است. كاربیدهای گروه I دارای شبكه بلوری پیچیده اند. معمولترین كاربیدها از این نوع‏، سمنتیت است. از جمله مشخصه های كاربیدهای گروه II (فازهای بین نشینی) شبكه بلوری ساده آنهاست. شبكه بلوری این كاربیدها، همواره با كمبود كربن روبرو است. كاربیدهای گروه II به سختی در آستنیت حل می شوند. به عبارت دیگر، در اثر حرارت دادن، حتی تا دماهای خیلی بالا، كاربیدهای یاد شده در آستنیت حل نخواهند شد. كاربیدهای گروه I كه در اثر حرارت دادن به سادگی در آستنیت حل می شوند، تمامی كاربیدها دارای نقطه ذوب و سختی بالایی اند. در این رابطه، كاربیدهای گروه II به كاربیدهای گروه I برتری دارند.1-3-2 اثرات عناصر آلیاژی بر روی فریت انحلال عناصر آلیاژی در آهن آلفا با جانشین شدن اتمهای آنها به جای اتمهای آهن انجام می شود. از آنجایی كه عناصر آلیاژی از نظر اندازه اتمی و ساختار متفاوت از آهن اند، موقعی كه به جای اتمهای آهن قرار می گیرند، شبكه بلوری آهن را تحت تنش قرار داده و در نتیجه پارامتر شبكه آن را تغییر می دهند. عناصری كه شعاع اتمی آنها كمتر از شعاع اتمی آهن باشد پارامتر شبكه آهن را كاهش داده و بالعكس، عناصری كه شعاع اتمی آنها بیشتر از شعاع اتمی آهن باشد، پارامتر شبكه آهن را افزایش می دهند. تغییر شكل و اندازه شبكه بلوری آهن آلفا موجب تغییر خواص مكانیكی آن خواهد شد. در رابطه با اثرات عناصر آلیاژی محلول در فریت بر روی خواص مكانیكی فریت اطلاعات بسیار محدودی وجود دارد. ادامه خواندن مقاله در مورد فازها وساختارهاي بلوري

نوشته مقاله در مورد فازها وساختارهاي بلوري اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.