Πώς επηρεάζει τη μοριακή δομή θερμική θεραπεία χάλυβα;
1. Ο ρόλος του σιδήρου και του άνθρακα:
* Core του χάλυβα: Ο χάλυβας αποτελείται κυρίως από σίδηρο (Fe) με ποικίλες ποσότητες άνθρακα (c). Η περιεκτικότητα σε άνθρακα επηρεάζει άμεσα τις ιδιότητες του χάλυβα.
* Η επιρροή του άνθρακα: Τα άτομα άνθρακα κάθονται στο πλέγμα σιδήρου, επηρεάζοντας τη ρύθμιση και τη συγκόλλησή του. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα σημαίνει ισχυρότερους δεσμούς και σκληρότερο χάλυβα.
2. Οι φάσεις του χάλυβα:
* ferrite (α-σιδηρόδρομο): Σε θερμοκρασία δωματίου, υπάρχει σίδηρος σε μια δομή κυβικής (BCC) με επίκεντρο το σώμα που ονομάζεται φερρίτη. Είναι σχετικά μαλακό και όλκιμο.
* austenite (γ-σίδηρος): Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, το πλέγμα σιδήρου μετατρέπεται σε μια κυβική (FCC) δομή που ονομάζεται austenite. Αυτή η φάση μπορεί να διαλύσει περισσότερο άνθρακα, οδηγώντας σε αυξημένη σκληρότητα.
* Pearlite: Ένα μείγμα φερρίτη και τσιμέντου (Fe3c). Είναι ισχυρότερο από το φερρίτη αλλά λιγότερο όλκιμο.
* Martensite: Μια μεταστατική φάση που σχηματίζεται από ταχεία ψύξη από ωστενίτη. Είναι πολύ δύσκολο και ισχυρό αλλά εύθραυστο.
3. Διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας:
* ανόπτηση: Χάλυβα θέρμανσης πάνω από τη θερμοκρασία μετασχηματισμού (περίπου 723 ° C) και αργά ψύξη. Μαλακώνει τον χάλυβα, καθιστώντας το πιο όλκιμο και πιο εύκολο στη μηχανή. Αυτή η διαδικασία ενθαρρύνει το σχηματισμό μεγαλύτερων και πιο σταθερών κόκκων φερρίτη.
* Σκύβιση: Ταχεία ψύξη από ωστενίτη σε μαρτενσίτη, σχηματίζοντας μια σκληρή και ισχυρή δομή. Η ταχεία ψύξη εμποδίζει τον σχηματισμό φάσεων ισορροπίας, παγιδεύοντας τον άνθρακα στο πλέγμα σιδήρου.
* CECTERING: Η θέρμανση του μαρτενσίτη σε χαμηλότερη θερμοκρασία για να μειώσει την ευγένειά του και να αυξήσει την σκληρότητα του. Αυτό επιτρέπει τον σχηματισμό μικρότερων σωματιδίων καρβιδίου, μειώνοντας τις εσωτερικές τάσεις που προκαλούνται από τον μετασχηματισμό μαρτενσίτη.
4. Πώς αλλάζει η μοριακή δομή:
* Μετασχηματισμοί φάσης: Η θερμική επεξεργασία μεταβάλλει τη σύνθεση φάσης του χάλυβα, επηρεάζοντας τη σκληρότητα, την ολκιμότητα και τη δύναμή του. Για παράδειγμα, η απόσβεση μετατρέπει τον ωστενίτη σε μαρτενσίτη, αυξάνοντας δραματικά τη σκληρότητα.
* Μέγεθος κόκκων: Οι κύκλοι θέρμανσης και ψύξης μπορούν να επηρεάσουν το μέγεθος και την κατανομή των κόκκων σε χάλυβα. Οι μικρότεροι κόκκοι γενικά οδηγούν σε υψηλότερη αντοχή και σκληρότητα.
* Carbides: Η θερμική επεξεργασία μπορεί επίσης να επηρεάσει το σχηματισμό και τη διανομή καρβιδίων, οι οποίες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη δύναμη και την αντοχή στη φθορά του χάλυβα.
* ανακούφιση στρες: Η θερμική επεξεργασία μπορεί να μειώσει τις εσωτερικές τάσεις που προκαλούνται από τις διαδικασίες παραγωγής, στη βελτίωση της σταθερότητας των διαστάσεων του χάλυβα και στη μείωση της τάσης της να σπάσει.
Συνοπτικά:
Η θερμική επεξεργασία χάλυβα τροποποιεί τη μοριακή του δομή μεταβάλλοντας τη διάταξη των ατόμων σιδήρου και άνθρακα, των παρόντων φάσεων και του μεγέθους και της κατανομής των κόκκων. Αυτές οι αλλαγές επηρεάζουν άμεσα τις μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα, επιτρέποντας τα προσαρμοσμένα χαρακτηριστικά που ταιριάζουν σε συγκεκριμένες εφαρμογές.
