موضوع مقاله: ریز ساختارهای فولادی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ریز ساختارهای فولادی | مقدمه: این بسیار مهم است زیرا خواص مکانیکی فولاد مانند: قدرت، سختی و شکل پذیری را تعیین می کند. | ## بخش 1: ریز ساختارهای فولادی | درک ریزساختار فولاد برای طراحی و تولید مواد با ویژگی های خاص، و ایمنی برنامه های بی شمار، از جمله ساختمان ها و پل ها و ماشین الات و وسایل نقلیه ضروری است. این مقاله به تعریف خواص و عوامل درگیر در تعیین ریزساختار و فازهای فولاد را مورد بحث قرار خواهد داد. ریزساختار فولاد به ترتیب و توزیع فازهای مختلف یا اجزای تشکیل دهنده در یک نمونه از فولاد را در سطح میکروسکوپی اشاره دارد. انها می توانند در ساختار و خواص بر اساس عواملی مانند ترکیب، عملیات حرارتی و روش های پردازش متفاوت باشند. ریزساختار فولاد، پیدایش مواد را ذخیره می کند و خواص شیمیایی و فیزیکی ان را تعیین می کند. ریزساختار فولاد به این اشاره دارد که چگونه قطعات کوچک فولاد در سطح میکروسکوپی مرتب می شوند. با تغییر ریزساختار از طریق فرایندهایی مانند گرمایش و سرمایش، می توانیم فولاد را برای کاربردهای مختلف مناسب کنیم. این اشکال می توانند ریزساختارهای مختلفی داشته باشند بسته به اینکه چگونه ساخته می شوند. فولاد ریخته گری برای ایجاد چیزهای مختلف، از قطعات خودرو تا ماشین آلات استفاده می شود. اهمیت ریزساختار فولاد در این است که عامل اصلی تعیین کننده خواص مکانیکی فولاد است، از جمله خواصی مانند: قدرت، سختی، شکل پذیری و چقرمگی. این بدان معنی است که عملکرد ماده به شدت وابسته به توزیع ذرات و همچنین شکل و اندازه فازهای درون ریزساختار است. ریزساختار فولاد می تواند ظاهر متفاوتی داشته باشد که تحت تاثیر پارامترهایی مانند تنظیم نورد، عناصر الیاژی، میزان خنک کننده و عملیات حرارتی است. مهندسان می توانند فولاد را برای کاربردهای خاص با درک و کنترل ریزساختار ان طراحی کنند. فرایندهای عملیات حرارتی برای تغییر ریزساختار و افزایش خواص مانند سختی استفاده می شود. علاوه بر این، ریزساختار بر جوش پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری و دوام اجزای فولادی تاثیر می گذارد. این نقش مهمی در کنترل کیفیت ایفا می کند و اطمینان حاصل می کند که محصولات فولادی با استانداردهای عملکرد مطابقت دارند. | ## بخش 2: ریز ساختارهای فولادی | ریزساختار فولاد تحت تاثیر عواملی مانند: عناصر الیاژی، نرخ خنک کننده، فرایندهای مکانیکی مانند نورد , اکستروژن، عملیات حرارتی اعمال شده پس از پردازش فولاد است. عناصر الیاژی مانند: کربن، منگنز و کروم، به طور قابل توجهی بر ریزساختار با دیکته کردن انواع و نسبت فازهایی که در فولاد تشکیل می شوند، تاثیر می گذارد. خنک کننده ی سریع می تواند استنیت را به فاز مارتنزیت سخت تبدیل کند، در حالی که خنک کننده اهسته تر اجازه توسعه فازهایی مانند پرلیت و بینیت را می دهد. فرایندهای مکانیکی مانند: نورد و اکستروژن تغییر شکل مکانیکی را بر روی فولاد اعمال می کند و بر اندازه دانه و یکنواختی تاثیر می گذارد که به نوبه خود بر قدرت و انعطاف پذیری تاثیر می گذارد. عملیات حرارتی، مانند دوباره گرم کردن و خنک کردن، کنترل دقیق بر ریزساختار را برای افزایش خواص مورد نظر ارائه می دهد. ریزساختار فولاد ترتیب اتم ها در فولاد است و یک عامل مهم است که خواص و رفتار مواد را تعیین می کند. این ریزساختار را می توان به عنوان شبکه ای از اتم های اهن تجسم کرد، بسیار شبیه توپ های بیلیارد انباشته شده است. هنگامی که کربن به اهن اضافه می شود، فازهای مختلفی را در ریزساختار تشکیل می دهد که هر کدام دارای خواص متمایز هستند. به عنوان مثال، فریت، که دارای ساختار کریستال مکعبی بدن محور (BCC) است، نرم و انعطاف پذیر است. استنیت، با ساختار مکعب صورت محور (FCC)، می تواند کربن بیشتری را نگه دارد و در دماهای بالا پایدار است. با این حال، هنگامی که فولاد سرد می شود، استنیت می تواند به فازهای سخت تر مانند مارتنزیت تبدیل شود که دارای ساختار تتراگونال بدن محور (BCT) است. گرما درمانی می تواند ریزساختار را تغییر دهد و بر سختی و سختی فولاد تاثیر بگذارد. رفتار فولاد، از شکل نرم و انعطاف پذیر ان تا سخت ترین مراحل ان، تحت تاثیر تعامل بین محتوای کربن، دما و میزان خنک کننده است. حلالیت کربن در آهن فریتی به مراتب کمتر از حلالیت آن در آهن آستنیتی است به طوری که حداکثر غلظت کربن در فریت حدود 0.02 درصد وزنی و در دمای 727 درجه سانتیگراد است. مارتنزیت مارتنزیت بطور کلی به ساختارهای بلوری گفته می‌شود که توسط استحاله مارتنزیتی به وجود بیایند. اگر آستنیت به قدری سریع سرد شود که هیچ یک از استحاله‌های بر پایه نفوذ در آن اتفاق نیافتد و فوق سرمایش تا حدی ادامه یابد که ساختار bcc پایدار نباشد، این ساختار بصورت برشی به fcc تبدیل می‌شود که از کربن فوق اشباع شده است. | ## بخش 3: ریز ساختارهای فولادی | استنیت نام این فاز از ویلیام چاندلر روبرتز- اوستن، متالورژیست انگلیسی، گرفته شده‌است. آستنیت (Austenite) محلول جامد بین‌نشینی کربن در آهن گاما (آهن مکعبی وجوه مرکزپر) است.کربن با وارد شدن در شبکه بلور آستنیتی, ناحیه ی تشکیل و پایداری آستنیت را در فولاد ها گسترش می دهد. با اضافه شدن کربن ناحیه ی پایداری آستنیت از 912 تا 1394 درجه سانتیگراد که گستره ی تشکیل و پایداری آهن آستنیت است به گستره ی وسیعی از دما و ترکیب شیمیایی, افزایش می یابد. سمنتیت سمنتیت همچنین به عنوان کاربید اهن (Fe3C) شناخته می شود، یک ترکیب سخت و شکننده است که در فولاد تشکیل می شود زمانی که کربن اضافی وجود دارد. این ساختار هنگامی ایجاد می‌شود که یک فاز دما – بالا هنگام سرمایش، به دو فاز متفاوت تجزیه می‌گردد. با اینکه ساختار بینیت در بسیاری از آلیاژهای غیرفلزی نیز دیده‌ شده‌ است، اما تحقیقات در این زمینه عمدتاً بر روی آلیاژهای فولادی متمرکز بوده است. پرلیت تحت یک تحول یوتکتوئیدی از آهن گاما با 0.8 درصد کربن در 723 درجه سانتیگراد حاصل می‌شود. 7.لدبوریت لدبوریت (Ledeburit) به مخلوط یوتکتیکی آستنیت و سمنتیت گفته می‌شود که از مذابی با 4.3 درصد کربن در دمای ۱۱۴۷ درجه سانتیگراد تحت یک واکنش یوتکتیکی حاصل می‌شود. از آنجایی که آستنیت در دمای محیط پایدار نبوده و بر اساس یک واکنش یوتکتوئیدی به پرلیت تبدیل می‌شود، بنابراین ساختمان لدبوریت در دمای محیط بصورت پرلیت و سمنتیت خواهد بود. مارتنزیت دارای یک ساختار کریستالی تتراگونال بدن محور (BCT) است که ناشی از خنک کننده سریع یا خنک کردن استنیت، یکی دیگر از ریزساختارهای فولادی است. در طول این خنک کننده سریع، اتم های کربن در ساختار کریستالی به دام می افتند و تنش های داخلی ایجاد می کنند که مارتنزیت را فوق العاده سخت و شکننده می کند. فریت ضعیف ترین ریزساختار فولادی محسوب می شود زیرا در مقایسه با سایر ریزساختارهای فولادی مانند مارتنزیت نسبتا نرم و انعطاف پذیر است. فریت دارای یک ساختار کریستالی مکعبی بدن محور (BCC) است که به ان سختی و قدرت کمتری در مقایسه با ریزساختارهایی مانند مارتنزیت می دهد که ساختار کریستالی پیچیده تر و سختی بالاتری دارند. این سختی و استحکام پایین تر فریت را برای کاربردهایی که در ان استحکام و سختی بالا مورد نیاز است ، کمتر مناسب می کند. | ## جمع‌بندی | با این حال، نرمی و انعطاف پذیری فریت می تواند در برنامه های کاربردی که در ان چقرمگی و شکل پذیری مهم تر از سختی و قدرت است، سودمند باشد.