آلیاژهای آهنی
Download
Report
Transcript آلیاژهای آهنی
مقدمه
At lattice points:
•
Atoms
•
Molecules
•
Ions
Unit Cell
lattice
point
Unit cells in 3 dimensions
مقدمه
شبکه های واحد)(Unit Cells
هفت گانه
مقدمه
انواع شبکه های کریستالی
مقدمه
شبکه های کریستالی مهم
body-centered cubic
face-centered cubic
اتم هر راس مشترک بین 8
سلول واحد
اتم هر وجه مشترک بین 2
سلول واحد
مقدمه
شبکه کریستالی مکعب مرکز پر )(BCC
مثالها:
Cr, Mo, V, Feα
?V atoms = 0.68
V unit cell
=
BCC
APF
فاکتور فشردگی اتمی
مقدمه
شبکه کریستالی مکعب وجوه مرکز پر
)(FCC
مثالها:
Ni, Cu, Mn, Feγ
?V atoms = 0.74
V unit cell
=
FCC
APF
فاکتور فشردگی اتمی
مقدمه
شبکه کریستالی هگزاگونال فشرده
)(HCP
مثالها:
Mg, Be, Zr, α-Ti
?V atoms = 0.74
V unit cell
=
HCP
APF
فاکتور فشردگی اتمی
مقدمه
ارتباط بین شعاع اتمی و طول یال
شبکه مکعب وجوه مرکز پر
)(FCC
شبکه مکعب مرکز پر
)(BCC
دیاگرام تعادلی
منحنیهای سرد شدن
Liquid Phase
Temperature
Local Solidification Time
Tm (Melting Point)
Latent Heat of Fusion
Solid Phase (Initial)
Solid Phase (Final)
Time
Temperature
Liquid Phase
TL (Liquidus)
Liquid + Solid
TS (Solidus)
Local Solidification Time
Time
Freezing
Range
دیاگرام تعادلی
منحنیهای سرد شدن
دیاگرام تعادلی
منحنیهای سرد شدن
دیاگرام تعادلی
ریز ساختار قطعات ریختگی
دیاگرام تعادلی
Temperature
Temperature
دیاگرام تعادلی
قانون اهرم
) = (C2 - C) / (C2 - C1کسر وزنی فاز 1
= (C - C1) / (C2 - C1).کسر وزنی فاز 2
دیاگرام تعادلی
قانون اهرم
WL W 1
Co WL CL WC
Wt%
دیاگرام تعادلی
کاربرد دیاگرام فازی
36 18
phase amount
Wl 72 18 100 % 33.33 % by mass
72 36
phase amount
Ws 72 18 100% 66.67 % by mass
اطالعات زیر حاصل می شودa در نقطه
X=36%B
L2=72%B
S2=18%B
دیاگرام تعادلی
دیاگرام دو جزیی با حاللت
کامل در حالت مذاب و جامد
دیاگرام تعادلی
دیاگرام دو جزیی با حاللت محدود در حالت جامد
(یوتکتیک)
آلیاژهایI, II
liquidus
solidus
II
I
solvus
دیاگرام تعادلی
محاسبه مقدار فازها (سیستم دو جزیی با حاللیت
محدود )
A
B
C = 65 weight% B
دیاگرام تعادلی
محاسبه مقدار فازها (سیستم دو جزیی با حاللیت
محدود )
B
A
C = 65 weight% B
β
دیاگرام تعادلی
محاسبه مقدار فازها (سیستم دو جزیی با حاللیت
محدود )
B
C = 65 weight% B
A
= (65 - 58) / (92 - 58) = 20 weight%کسر جامد
= (92 - 65) / (92 - 58) = 80 weight%کسر مذاب
دیاگرام تعادلی
محاسبه مقدار فازها (سیستم دو جزیی با حاللیت
محدود )
A
B
C = 65 weight% B
= (65 - 48) / (87 - 48) = 44 weight%کسر جامد
= 100-44= 56 weight%کسر مذاب
دیاگرام تعادلی
محاسبه مقدار فازها (سیستم دو
جزیی با حاللیت محدود )
A
B
C = 65 weight% B
α = (91 - 65) / (91 - 9) = 32 weight%.کسر جامد اول
β= (65 - 9) / (91 - 9) = 68 weight%کسر جامد دوم
دیاگرام تعادلی
دیاگرام دو جزیی با حاللت جزیی در
)Pb-Sn حالت جامد (یوتکتیک
Temperature (oC)
300
200
100
Pb
20
B
E
A
40
60
Composition
Cooling/Solidification
of eutectic
L
80
Sn
α+ β (lamellae)
دیاگرام تعادلی
دیاگرام دو جزیی با حاللت جزیی در حالت جامد
)Cu-Zn (پریتکتیک
Peritectic reaction (P)
Eutectoid reaction (E)
δ+L
δ
cool
heat
cool
heat
γ+ε
ε
دیاگرام تعادلی
دیاگرام دو جزیی با حاللت جزیی در حالت جامد
(پریتکتیک )Al-Mg
دیاگرام تعادلی
انواع دیاگرامهای دو جزیی با حاللت
جزیی در حالت جامد
دیاگرام تعادلی
دیاگرامهای سه جزیی
دیاگرام تعادلی
دیاگرامهای سه جزیی
دیاگرام تعادلی
دیاگرامهای سه جزیی
دیاگرام تعادلی
دیاگرامهای سه جزیی
| • 1. 60% A | 20% B
20% C = 100%
| • 2. 25% A | 40% B
35% C = 100%
| • 3. 10% A | 70% B
20% C = 100%
| • 4. 0.0% A | 25% B
75% C = 100%
دیاگرام تعادلی
دیاگرامهای سه جزیی
? | 5. ? % A | ? % B
% C = 100%
? | 6. ? % A | ? % B
% C = 100%
? | 7. ? % A | ? % B
% C = 100%
? | 8. ? % A | ? % B
% C = 100%
دیاگرام تعادلی
دیاگرامهای سه جزیی
Stainless steel phase diagram at 900 degrees Celsius
مواد مهندس ی
دیاگرام تعادلی
کربن- دیاگرام آهن
OC
OF
1600
d
2800
Liquid
Temperature
1400
d+g
g + Liquid
1200
1148o
g
1000
2.11
2000
4.3
+g
912o
2400
Liquid +
Fe3C
g + Fe3C
800
1600
727o
0.77
600
1200
+ Fe3C
0.02
800
400
0
Eutectic
Peritectic
Eutectoid
1
2
L
3
4
% C (by weight)
1490 oC
L+d
g
g + Fe3C
1148 oC
727 oC
5
g
+ Fe3C
6
7
کربن-آلیاژهای آهن
آلیاژهای آهنی
)C<0.1%( آهن-1
)0.1%< C<1.5% (2% ) فوالد-2
(2%< C<4.5% (6%( چدن-3
OC
d
1600
Temperature
2800
Liquid
1400
OF
d+g
1200
2.11
+g
912o
Liquid +
Fe3C
1148o
g
1000
2400
g + Liquid
2000
4.3
g + Fe3C
800
1600
727o
0.77
600
1200
+ Fe3C
0.02
800
400
0
1
2
3
4
% C (by weight)
5
6
7
کربن-آلیاژهای آهن
فوالد یوتکتوئید
g
g + Fe3C
+g
Eutectoid steel
+ Fe3C
g
Cooling
Heating
+ Fe3C
آلیاژهای آهن-کربن
فوالد هیپو یوتکتوئید
آلیاژهای آهن-کربن
فوالد هیپو یوتکتوئید
g
g
Pearlite
آلیاژهای آهن-کربن
فوالد هایپر یوتکتوئید
آلیاژهای آهن-کربن
فوالد هاپیر یوتکتوئید
g
g
Fe3C
Fe3C
Pearlite
کربن-آلیاژهای آهن
OC
d
1600
OF
TOTAL
Liquid
Austenite
فوالد هایپر یوتکتوئید
2800
Liquid
Temperature
1400
d+g
1200
1000
912o
Liquid
+ Fe3C
1148o
g
2.11
2000
4.3
+g
g + Fe3C
800
600
2400
g + Liquid
1600
727o
0.77
1200
+ Fe3C
0.02
800
400
0 0.8%1 1.4% 2
C
3%
4
% C (by weight)
5
6
7
آلیاژهای آهن-کربن
ساختار چدنها (استفاده از
دیاگرام دو بله)
آلیاژهای آهن-کربن
چدن سفید
ساختار:
-1پرلیت و فریت در زمینه Fe3C
-2آستنیت /مارتنزیت در زمینه Fe3C
M7C3 -3در زمینه مارتنزیت
خواص :
خیلی سخت ،ترد و از مقاومت به سایش باال-
BHN=350-600, TS=20-70Ksi
آلیاژهای آهن-کربن
چدن مالیبل
خواص
خواص مشابه چدن داکتیل و در موارد مشابه با آن بکار می رود. -استحکام باال و انعطاف پذیری خوب باعث رقابت آن با فوالد شده
است
آلیاژهای آهن-کربن
چدن خاکستری
ترکیب شیمیایی:
2.5-4.0%C, 1.0-3.0%Si and 0.4-1.0% Mn
عوامل موثر بر چدن خاکستری
این عوامل عبارنند از:
کربن معادل سرعت سردشدن -عناصر آلیاژی
آلیاژهای آهن-کربن
چدن خاکستری
کربن معادل
کربن معادل :بیان کننده قابلیت تولید گرافیت (اندازه و مقدار الیه های گرافیت) و یا مشخص کننده تاثیر عناصری نظیر کربن ،سیلیسیم و فسفر به صورت یک عدد)CE (Carbon Equivalent) =C%+1/3(Si%+ P%
آلیاژهای آهن-کربن
چدن خاکستری
کالس 30
حداقل استحکام 30Ksiدر هر مقطع ریختگی -افزایش استحکام و سختی به ازائ افزایش عناصر آلیاژی
آلیاژهای آهن-کربن
چدن خاکستری
کاربرهای مهم چدن خاکستری
بلوک سیلندر موتور خودرو درام ترمز ،صفحات کالچ بستر ماشین االت -قطعات کوره ،قالبهای شمشها و شیشه
آلیاژهای آهن-کربن
چدن داکتیل
کربن-آلیاژهای آهن
چدن داکتیل
خواص مکانیکی
Properties:
Elongation = 2-18%
yield strength = 40-90 ksi,
Tensile strength =60-120 ksi
آلیاژهای غیر آهنی
مهم ترین آلیاژهای غیر آهنی صنعتی عبارتند از :
-آلیاژهای آلومینیم
آلیاژهای مس آلیاژهای منیزیم -آلیاژهای نیکل
-آلیاژهای تیتانیم
آلیاژهای آلومینیم
آلیاژهای آلومینیم به دو گروه زیر تقسیم می شوند:
الف -آلیاژهای کار مکانیکی شده
عملیات حرارتی پذیر(سختی رسوبی)
قابل عملیات حرارتی
آلیاژهای ریختگی
-1Wrought alloys
-2Heat treatableغیر
Non-heat treatableب-
Casting alloys
آلیاژهای غیر آهنی
مقایسه وزن مخصوص ،استحکام و استحکام ویژه برخی از آلیاژهای صنعتی :
-آلیاژهای آلومینیم
آلیاژهای مس آلیاژهای منیزیم آلیاژهای نیکل -آلیاژهای تیتانیم
آلیاژهای غیر آهنی
آلیاژهای آلومینیم
آلیاژهای غیر آهنی
آلیاژهای آلومینیم
آلیاژهای غیر آهنی
آلیاژهای تیتانیم
آلیاژهای غیر آهنی
آلیاژهای تیتانیم
خواص مکانیکی فلزات
شکل دهی مکانیکی
ناحیه روشهای شکل دهی در
حالت جامد
necking
ultimate
tensile
strength
UTS
Yield
Strength
y
Strain
Hardening
Fracture
Plastic
Region
Elastic
Region
Strain ( )
خواص مکانیکی فلزات
تغییر شکل مومسان
نابجایي لبه اي(ساده)
نابجایی یک صفحه اتمی اضافی که تحت تاثیر تنش برش ی باانرژی کمی حرکت می کند
نابجایي پیچي
نابجایي لبه اي(ساده)
خواص مکانیکی فلزات
تئوری نابجایی
Movement of an Edge Dislocation
خواص مکانیکی فلزات
دوقلویی :
خواص مکانیکی فلزات
کار -سختی (کرنش -سختی)
Work-Hardening
خواص مکانیکی فلزات
سختی و سختی سنجی
سختی:
مقاومت در برابر فروروی ،خراشیدگی و یا مقاومت در برابر تغییر شکل موضعی (فلزات)
روشهای سختی سنجی:
برنیل (اندازه گیری قطر اثر)
Brinell Number Hardness
خواص مکانیکی فلزات
روشهای سختی سنجی
ویکرز (اندازه گیری قطر اثر)
Vickers Number Hardness
فرورونده یک هرم مربع القاعده با زاویه Ø=136o -نیروی اعمالی 1-120Kg
خواص مکانیکی فلزات
روشهای سختی سنجی
راکول(اندازه گیری عمق اثر)
Rockvell Number Hardness
فرورونده یک مخروط املاسه برای روشهای C, Aو یک گوی فوالدی به قطر ’’D=1/16 -نیروی اعمالی به ترتیب 150Kg, 100, 60برای روشهای C,B, A
خواص مکانیکی فلزات
روشهای سختی سنجی
نوپ(اندازه گیری عمق اثر)
Knoop Number Hardness
-فرورونده یک مخروط املاسه کوچک برای اندازه گیری نمونه های نازک
خواص مکانیکی فلزات
روشهای سختی سنجی
خواص مکانیکی فلزات
انرژی شکست
-1رفتار فلزات در آزمایش کشش:
Brittle
نرم -تردد
Ductile
Strain
خواص مکانیکی فلزات
آزمایش ضربه
Izod test
Charpy test
خواص مکانیکی فلزات
آزمایش ضربه
Charpy Toughness (Jol)
:رفتار فلزات در آزمایش ضربه
Ductile
Behavior
Brittle
Behavior
Temperature (°C)
Transition
Temperature
(DBTT)
خواص مکانیکی فلزات
آزمایش ضربه
انجماد و ریزساختار
ΔG = ΔGv + ΔGs
4/3 ΔHf л r3 + 4σsl л r2 =0
انجماد و ریزساختار
Homogeneous nucleation
•
ΔG= 0 در شرایط بحرانی
2g SL
r
Gv
dG
0
dr
*
2
2g SL
r
Gv
*
16 g SL
3 Gv2
3
G
*
hom
73
انجماد و ریزساختار
2g SLTm
r
HGv
*
انجماد و ریزساختار
Undercooling
ΔTsc
r*
انجماد و ریزساختار
انجماد و ریزساختار
رشد صفحه ای:
• گرمای نهان از فصل مشترک
از طریق جامد دفع می شود
انجماد و ریزساختار
دندریتی(شاخه ای):
انجماد و ریزساختار
انجماد و ریزساختار
Development of the ingot structure of a casting during
solidification:
(a) Nucleation begins
(b) the chill zone forms
(c) preferred growth produces the columnar zone3,
(d) additional nucleation creates the equiaxed zone
مستحکم کردن فلزات
-1تشکیل محلول جامد
اتم غربیه معموال در شبکه عنصر اصلی به دو صورت جای می گیرد:الف -محلول جامد بین نشینی
مستحکم کردن فلزات
ب -محلول جامد جانشینی
مستحکم کردن فلزات
-2مستحکم شدن استحاله ای
الف -ریز کردن دانه ها
مستحکم کردن فلزات
تغییر حالت تعادلیآرایش تعادلی اتمهای آهن در فوالد
Delta ferrite
Austenite
Ferrite
سرد کردن آهسته
امکان استحاله نفوذی
Ferrite + Pearlite
Austenite
مستحکم کردن فلزات
ب -تغییر حالت غیر تعادلی
سرد کردن سریع
عدم امکان استحاله نفوذی
Martensite
Austenite
مستحکم کردن فلزات
-3مستحکم شدن مکانیکی
مستحکم کردن فلزات
-4مستحکم شدن رسوبی