مروری بر منحنی آهن و کربن

مروری بر منحنی آهن و کربن

در شکل 3-1 نمودار تعادلی آهن – کربن را برای درصد های مختلف از صفر تا 6 درصد نشان می دهد. فولاد ها آلیاژ های آهن و کربن و عناصر دیگر هستند که دارای کمتر از 2 درصد کربن است. آلیاژ هایی که بیشتر از 2 درصد کربن داشته باشند به چدن موسوم هستند. در فولاد ها گرافیت زایی به ندرت انجام میگیرد و به همین دلیل نمودار Fe-Fe3c جهت مطالعه و بررسی عملیات حرارتی فولادها مناسب تر است. در چدنها مقادیر کربن و سیلیسیم بالاتری به آنها اضافه می شود که نهایتا باعث تجزیه Fe3c و تشکیل گرافیت می شود بنابراین تکنولوژی چدنها بیشتر بر اساس نمودار آهن گرافیت استوار است.

اثر کربن

اضافه کردن کربن به آهن اثرات بسیار مهمی بر روی فاز های توضیح داده شده در بالا و همچنین دماهای تعادلی آنها دارد. از جمله مشخصه های بارز نمودار تعادلی آهن – کربن عبارتست از تفاوت توانایی های آهن b.c.c و f.c.c (بصورت بین نشینی) فریت و آستنیت را بوجود می آورد. از جمله مشخصه های دیگر این نمودار وجود کربور آهن یا سمنتیت (Fe3c) می باشد سمانتیت موقعی بوجود می آید که کربن فولاد بیشتر از حد حلالیت کربن در فریت و آستنیت باشد. در دنباله بحث فاز های مختلفی که در اثر اضافه کردن کربن به آهن بوجود می آید مورد مطالعه قرار می گیرد. در کل مروری بر منحنی آهن و کربن در نمودار می شود.

آستنیت

آستنیت عبارتست از محلول جامد بین نشینی کربن در آهن با شبکه کریستالی f.c.c کربن با وارد شدن در شبکه کریستالی آهن آستنیت منطقه تشکیل و پایداری آن در فولاد را وسیع می نماید همانطور که در شکل 3-1 مشخص است با اضافه کردن کربن منطقه پایداری آستنیت از 912-1392c که دامنه تشکیل و پایداری آهن آستنیتی است به دامنه وسیعی از درجه حرارت و ترکیب شیمیایی افزایش می یابد. حداکثر حلالیت کربن در آستنیت در 1148c می باشد به 2/11 درصد می رسد.

فریت

محلول جامد بین نشینی کربن در آهن با شبکه کریستالی b.c.c به فریت موسوم است. حلالیت کربن در آهن b.c.c (فریت) به مراتب کمتر از آستنیت است. بطوری که حد حلالیت کربن در فریت حداکثر 0/02 درصد در y27c می باشد که با کاهش درجه حرارت کاهش یافته و در درحه حرارت محیط به مقدار ناچیزی خواهد رسید. حد حلالیت بسیار محدود کربن در فریت تعداد محدودی اتم های کربن می توانند در شبکه باقی بمانند (حل شوند) شبکه کریستالی اساسا بصورت مکعبی شکل باقی خواهد ماند ولی چون اتم های بسیار زیادی از کربن در آستنیت وجود دارند که در اثر سریع سردکردن در حفره های شبکه محبوس خواهد شد که در اثر انبساط و اعوجاج شدید شبکه کریستالی مکعبی فریت به صورت شبکه مکعب مستطیل (تتراگونال) در می آید که چنین ساختمانی از جمله مشخصه های مارتنزیت است.

سمانتیت

در صورتی که درصد کربن در فولاد ها یا آلیاژ های آهن-کربن بیشتر از حد حلالیت آن در آستنیت و یا فریت باشد فاز جدیدی موسوم به کاربید آهن یا سمانتیت بوجود می آید که این فاز کاملا متفاوت از فاز های فریت و آستنیت می باشد این فاز ترکیبی است با نسبت ثابت و مشخص یک اتم آهن که دارای 6/67 درصد کربن بوده و بصورت Fe3c نشان داده می شود.

ساختمان کریستالی سمانتیت بسیار پیچیده است و روش های مختلفی جهت نمایش ترسیمی آن وجود دارد که یک شکل ساده آن در شکل 4-1 نسان داده شده است. لازم به تذکر است 4-1 برای ساده تجسم نمودن قسمتی از شبکه کریستالی Fe3c می باشد در حقیقت واحد شبکه سمنتیت دارای 12 اتم آهن و 4 اتم کربن می باشد.

در این شبکه پیوند بین اتم های آهن کاملا فلزی است درحالی که پیوند بین اتم ها آهن-کربن هنوز کاملا مشخص نیست گفته می شود پیوند مزبور دارای هر دو پیوند فلزی و یونی می باشد. وجود پیوند فلزی در این فاز باعث ایجاد خواص فلزی (هدایت الکتریکی و حرارتی و جلای فلزی و …) در آن میگردد.