مقاله مصالح مهندسی1

نوروزنیا

عضو جدید
[FONT=&quot]فولادها گروهی از [/FONT][FONT=&quot]آل[/FONT][FONT=&quot]یاژهای آهن- کربن وعناصر دیگرند که بیشترین کاربرد را در ص[/FONT][FONT=&quot]ن[/FONT][FONT=&quot]عت دارند. یکی از مهمترین دلایلی که فولادها کاربرد زیادی در صنعت دارند این است که می توان به وسیله روشهای مختلف عملیاتهای حرارتی طیف وسیعی از خواص گوناگون را در فولادها به وجود [/FONT][FONT=&quot] آ[/FONT][FONT=&quot]ورد.[/FONT]​
[FONT=&quot]به عنوان مثال اگر فولادی [/FONT][FONT=&quot]ب[/FONT][FONT=&quot]ا 8/0 درصد کربن را به مدت 24 ساعت در 1000 درجه سانتی گراد حرارت دهیم و سپس به آهستگی در طول 24ساعت آن را به دمای 25 درجه سانتیگراد برسانیم وسرد کنیم آنگاه فولاد یادشده دارای استحکام تسلیم 448 مگا پاسکال خواهد بود. حال اگر همان فولاد را یک ساعت در دمای 1000 درجه سانتیگراد حرارت دهیم و سپس خیلی سریع آن را به وسیله آب تا دمای 25 درجه سانتی گراد [/FONT][FONT=&quot]سرد کنیم[/FONT][FONT=&quot] آنگاه استحکام تسلیم فولاد یاد شده تا 2070 مگا پاسکال افزایش یافته و انعطاف پذیری تا [/FONT][FONT=&quot]1[/FONT][FONT=&quot]درصد کاهش می یابد.[/FONT][FONT=&quot]
[/FONT]
[FONT=&quot]پس می توان به این نتیجه رسید که کاربرد وسیع فولادها ناشی از خواص کاملأ[/FONT][FONT=&quot]
[/FONT]
[FONT=&quot]متنوع آنهاست که به کمک تغییر درصد کربن ودرصد عناصر آلیاژی ویا تغییر نوع عملیات حرارتی امکان پذیر است.[/FONT]​
[FONT=&quot]نمودار تعادلی آهن کربن راهنمایی است که به کمک آن می توان روشهای مختلف عملیات حرارتی را بررسی ومطالعه کرد. [/FONT]​
[FONT=&quot]شکل شماره 1 نمودار آهن کربن را برای درصدهای مختلف کربن از صفر تا 7 درصد نشان میدهد. فولادها آلیاژهای آهن کربن و عناصر دیگر بوده که دارای کمتر از 2 درصد کربن هستند. بنابراین قسمتی از نمودار که دارای کمتر از 2 درصد کربن است بیشترین اهمیت را درباره عملیات حرارتی فولادها دارد. [/FONT]​
[FONT=&quot]آلیاژهایی که بیشتر از 2 درصد کربن داشته باشند به چدن موسوم اند.[/FONT]​
[FONT=&quot]شکل شماره 1 در واقع شامل دونمودار است .خط ممتد، تعادل بین فازهای مختلف آهن و سمنیت[/FONT](Fe3-C)[FONT=&quot] و خط منقطع تعادل بین فازهای مختلف آهن وگرافیت یا کربن آزاد را مشخص می کند.[/FONT]​
[FONT=&quot]نمودارآهن [/FONT][FONT=&quot]–[/FONT][FONT=&quot] سمنیت جهت مطالعه و بررسی عملیات حرارتی فولادها[/FONT] [FONT=&quot]مناسبتراست و در مقابل عملیات حرارتی چدنها بیشتر براساس نمودار آهن- گرافیت استوار است.[/FONT]​
[FONT=&quot]

[/FONT]
[FONT=&quot]شکل شماره 1[/FONT]
[FONT=&quot]آهن عنصری چند شکلی است. بدین معنی که در فشار یک اتمسفر با افزایش دما شبکه بلوری آهن تغییر می کند. [/FONT]​
[FONT=&quot]گستره های حرارتی مربوط به پایداری شبکه های بلوری مختلف آهن بر روی محور عمودی در سمت چپ نمودارنشان داده شده است. [/FONT]​
[FONT=&quot]آلوتروپ های آهن:[/FONT]
[FONT=&quot]آهن آلفا یا آهن فریتی[/FONT]
[FONT=&quot]آهن گاما یا آهن آس[/FONT][FONT=&quot]تنیت[/FONT][FONT=&quot]ی[/FONT]
[FONT=&quot]آهن دلتا[/FONT]
[FONT=&quot]آهن آلفا:[/FONT][FONT=&quot]آهن آلفا یا آهن فریتی: یکی از آلوتروپ های آهن می باشد. این آلوتروپ از دمای 273- درجه سانتی گراد تا 912 درجه سانتی گراد پایدار است .این آلوتروپ دارای ساختمان بلوری مکعبی با مرکز پر است [/FONT](b.c.c)[FONT=&quot]. ثابت شبکه آهن آلفا فرومغناطیس 86/2 انگستروم است . جمع کل اتمهای واحد در شبکه [/FONT]b.c.c[FONT=&quot] برابر است با یک اتم در مرکز مکعب به علاوه از 8 اتم موجود در گوشه هاست که برابر 2 اتم می شود. [/FONT]​
[FONT=&quot]آهن آلفا،‌تا دمای 770 درجه سانتیگراد خاصیت آهنربایی دارد واز این دما بالاتر تا دمای 912 درجه سانتیگراد این خاصیت خود را از دست می دهد. دمای 770 درجه سانتیگراد به دمای کوری موسوم است . آهن با شبکه بلوری[/FONT]b.c.c[FONT=&quot] که خاصیت آهنربایی ندارد.
(770-912) به آهن بتا موسوم است .[/FONT]​
[FONT=&quot]در شبکه فاصله اتمهایی که در رئوس قرار گرفته اند با اتم مرکزی برابر با [/FONT]​
[FONT=&quot]نصف قطر اصلی یا است.[/FONT]​
[FONT=&quot]یکی دیگر از آلوتروپ های آهن می باشد که دردمای 912 تا 1394 درجه سانتیگراد پایدار است. این آلوتروپ دارای ساختمان بلوری مکعبی با سطوح مرکز دار است [/FONT](f.c.c)[FONT=&quot] .[/FONT]​
[FONT=&quot]ثابت شبکه آهن گاما 56/3 انگستروم است بنابراین بزرگتر از ثابت شبکه آهن آلفا است به همین دلیل چگالی این آهن از آهن آلفا بیشتر است.[/FONT]​
[FONT=&quot]آهن گاما خاصیت آهنربایی ندارد.جمع کل اتمهای واحد در شبکه [/FONT]f.c.c[FONT=&quot] براست با [/FONT]1/8[FONT=&quot]از 8 اتم در رئوس به علاوه [/FONT] 1/2[FONT=&quot]از 6 اتمی که مرکز هر یک از وجوه وجود دارد که مجموعأ 4 اتم می شود.[/FONT]​
[FONT=&quot]در شبکه فاصله مراکز اتمهای همسایه از یکدیگر برابر می باشد.[/FONT]​
[FONT=&quot]یکی دیگراز آلوتروپ های آهن و آخرین فازی است که ممکن است در آهن خالص وجود داشته باشد. این آلوتروپ از دمای 1394 درجه سانتیگراد تا نقطه ذوب آهن خالص یعنی 1538 درجه سانتی گراد پایدار است .[/FONT]​
[FONT=&quot]این آلوتروپ دارای ساختار بلوری مشابه با آهن آلفا است[/FONT]​
[FONT=&quot]آهن دلتا دارای خاصیت آهنربایی است . ثابت شبکه آهن دلتا اندکی بزرگتر از آهن آلفا است. ثابت شبکه آهن دلتا برابر با 93/2 انگستروم است.[/FONT]​
[FONT=&quot]معمولأ آلیاژهای فلزی با مخلوط کردن فلزات مربوطه درحالت مذاب شکل می گیرند.[/FONT]​
[FONT=&quot]دومکانیزم متداول برای آلیاژ سازی عبارتند از :[/FONT]​
[FONT=&quot]1-جانشینی اتمها[/FONT]​
[FONT=&quot]2- بین نشینی اتمها[/FONT]​
[FONT=&quot]در مکانیزم اول اتمها از یک شبکه اتمی به شبکه دیگر منتقل می شوند به عنوان نمونه می توان از سیستم[/FONT]cu-ni[FONT=&quot] نام برد که در آن جای اتمهای نیکل و مس با هم عوض می شوند. [/FONT]​
[FONT=&quot]برای مکانیزم بین نشینی لازم است اختلاف اندازه اتمهای عناصر آلیاژی ‌زیاد باشد برای مثال نسبت اندازه اتم کربن به آهن برابر1به30 است. به همین دلیل بین نشینی اتمهای کربن در شبکه اتمی آهن خیلی راحت است .[/FONT]​
[FONT=&quot]از نظرمهندسی وصنعتی آهن خالص علیرغم آلوتروپیک بودن فلزی بی مصرف است. [/FONT]​
[FONT=&quot]کربن عنصر آلیاژی اصلی برای آهن است که به پدیده آلوتروپیک بودن آن اهمیت می بخشد وآنرا به ماده ای به نام فولاد تبدیل می کند .[/FONT]​
[FONT=&quot]اضافه کردن کربن به آهن اثرات بسیار مهمی بر روی فازهای آهن وهمچنین دماهای تعادلی آنها دارد.[/FONT]​
[FONT=&quot] از جمله مشخصه های بارز نمودار تعادلی آهن کربن عبارت است از تفاوت توانایی آهنهای[/FONT]b.c.c[FONT=&quot] و [/FONT]f.c.c[FONT=&quot] در انحلال کربن است .کربن در آهن آلفا تقریبأ نامحلول است ولی کاملأ در آهن گاما حل می شود. [/FONT]​
[FONT=&quot]مکانهای بین نشینی (فضای بین اتمها‌) در شبکه [/FONT]f.c.c[FONT=&quot] نسبت به شبکه [/FONT]b.c.c[FONT=&quot] برای بین نشینی اتمهای کربن مناسبتر است. این برتری به بزرگ بودن جاهای خالی در شبکه [/FONT]f.c.c[FONT=&quot] مربوط می شود.[/FONT]​
[FONT=&quot]1- آستنیت:[/FONT]​
[FONT=&quot]آستنیت عبارت است از محلول جامد بین نشینی کربن در آهن با شبکه بلوری مکعبی با وجوه مرکز دار[/FONT](f.c.c)[FONT=&quot].[/FONT]​
[FONT=&quot]کربن با وارد شدن در شبکه بلوری آهن آستنیتی،‌ناحیه تشکیل و پایداری آستنیت را در فولادها گسترش میدهد.حداکثر حلالیت کربن در آستنیت در دمای 1148 درجه سانتی گراد است که به 11/2 درصد می رسد.[/FONT]​
[FONT=&quot]درشبکه بلوری [/FONT]f.c.c[FONT=&quot] دو نوع فضای خالی بین نشینی وجود دارد. این فضاها به هشت وجهی و چهاروجهی موسوم اند (شکل شماره 4) اتم کربن اگر در یک فضای هشت وجهی قرار گیرد دارای 16 اتم آهن درمجاور خود واگردر یک فضای چهاروجهی قرار گیرد دارای 14 اتم آهن در مجاور خود خواهد بود. یک فضای هشت وجهی قادر است اتمی به شعاع52/0 انگستروم([/FONT]nm[FONT=&quot]052/0) را درخود جای دهد . درحالی که یک فضای چهار وجهی می تواند اتمی به شعاع 28/0 انگستروم([/FONT]nm[FONT=&quot]028/0) را درخود بپذیرد. با توجه به اینکه شعاع اتمی کربن برابر با 7/0 انگستروم([/FONT]nm[FONT=&quot]07/0) است،‌ پس فضای هشت وجهی راحت تر از فضاهای چهاروجهی می تواند اتمهای کربن را درخود جای دهد .[/FONT]​
 

Similar threads

بالا