دانلود تحقیق مشخصاتی از ساختارهای میکروسکوپی قطعات ریختگی

مشخصاتی از ساختارهای میکروسکوپی قطعات ریختگی:
آلیاژهای ریختگی دارای ساختارهای میکروسکوپی متفاوتی هستند که نسبت به نوع استفاده آنهابایکدیگرتفاوت کلی داشته ودرمقابل تغییر در هر کدام از عوامل معین درآلیاژخواص مشخصی ازان تغییر پیدامیکند.دانه هاومرزدانه هایی که درمناطق ستونی وهم محور وجوددارددارای رنگهای متفاوتی هستند که توسط چشم غیر مسلح وبدون استفاده ازمیکروسکوپ یادربزرگنمایی های خیلی کم به وضوح قابل رویت هستندو ساختار ماکروسکپی هم همچنین مکانیزم های متفاوت و پیچیده ای که باعث ایجادانواع مختلف جدانشینیهای ماکرسکپی می گردند.عدم یکنواختی ترکیب شیمیایی در داخل قطعه ریختگی رابه وجود آورده ودر برخی مواقع همراه باایجادغیریکنواختی خواص مکانیکی موجب تغییرات موضعی درخواص قطعات میگردد.

ساختارهای دوتائی نیزدربرخی قطعات یا محصولات ریختگی به خصوص در غلطکها مورد استفاده قرار می گیرد.دانه های اولیه که درمرحله انجماد بدست می آید ودانه هائی که حاصل تغییر حالت های فازی در حالت جامد هستند بصورت ساختار میکروسکوپی و ماکروسکوپی قابل مشاهده هستند.

رشد دندریتی ویوتکتیکی دو نوع مهم از حالت های ویژه را در حالت های ریختگی پدید می اورند که در داخل دانه های اصلی ساختار میگروسکوپی بسیار تعیین کننده می باشد.جدانشینی عناصر آلیاژی در بین دانه ها یک پدیده عادی می باشد به طوری که جدانشینی دندریتی عناصر آلیاژی در محلول های جامد بصورت هسته دار شدن و در سیستمهای پیچیده تر بصورت فاز دوم مشاهده می گردد.

عملیات حرارتی و ساختارهای ناشی از ان مختص قطعات و آلیاژهای ریختگی نبوده بلکه برای ایجاد استحکام زیاد در موارد ساختمانی از اهمیت خاصی برخوردار می باشد.این ساختارها و محصولات بدست امده از عملیات حرارتی شامل تغییر حالت های مارتنزیتی ودیگر روش های مختلف رسوب دادن و عملیات انحلال هستند.همچنین مشاهده نتایج دست آوردهای برخی از اعمال که در عملیات حرارتی صورت می گیرد همیشه با میکروسکوپ های نوری امکان پذیر نبوده و به بزرگنمائی های بیشتری از طریق استفاده از میکروسکوپ های در الکترونی نیاز دارد که مثال هائی از این نوع مشاهده می گردد.

لازم به یاداوری است که در مورد استفاده از میکروسکوپ های الکترونی هدف انحصارا" بزرگ نمائی بیشتر نیست بلکه به منظور مشاهده سه بعدی نمنه ها نیز به کار می رود.

موردی دیگردر ساختار میکروسکوپی آلیاژهای ریختگی مربوط به مرحله ذوب و درصد خالص بودن مواد اولیه مذاب است.ناخالصی های موارد منگنز در فولاد در این طبقه بندی قرار میگیرد و نوع شکل موارد منگنز ایجاد شده در داخل فولاد در خواص مکانیکی و همچنین در حساسیت فولاد نسبت به شرایط محیطی تاثیر بسیار دارد.

اخال های مکانیکی بطور معمول بزرگتر بوده و در مراحل اصلی در مرحله ذوب از کوره بوته و از مواد نسوز مربوط به قالب ها در داخل قطعه ایجاد می شوند.

نفوذ داخل شدن گازها در داخل مذاب یا انقباض قطعه حین انجماد باعث ایجاد ریزی می گرددو به همین ترتیب از پیوستن ناخالصی ها از قطعات ریختگی از آنها ابعاد بزرگتری بوجود ما ایند که در بخش عیوب ریختگی مورد بررسی قرار می گیرند.به منظور بحث و بررسی صحیح و مناسب در ساختارهای میکروسکوپی استفاده از نمودارهای فازی بسیار لازم وضروری می باشد.

تهیه نمونه برای آزمایش ریز ساختار:
مطالعه ریز ساختار داخلی قطعات فلزی در آلیاژها همچنین بررسی صحیح آنها بستگی به مقدمات اولیه تهیه و اماده کردن نمونه های آزمایش دارد.اساس کار در روش های عملی در تمامی مراحل تهیه و اماده کردن نمونه ها می باشد.

قدم اول برای تهیه یک نمونه جهت آزمایش انتخاب محل و سپس بریدن ان است.بایستی در بریدن و تهیه یک نمونه متالوگرافی از گرم شدن زیاد در هنگام بریدن نمونه جلوگیری و ممانعت به عمل آید.معمولا" در حین مواقعی به منظور اجتناب از گرم شدن نمونه ها در حین برش از مایعات خنک کننده استفاده میگردد.

در تهیه نمونه متالوگرافی از یک قطعه بزرگ که برش ان با گاز اکسی استیلن صورت میگیرد بدلیل اثرات نامطلوب گرم شدن نمونه در حین برش توسط گاز اکسی استیلن و در نتیجه تغییر ساختار نمونه تهیه شده نسبت به قطعه اصلی ابتدا یک قطعه کانی بزرگتر از نمونه اصلی تهیه نمود و سپس نمونه اصلی برای متالوگرافی را از قسمت وسط ان بریده و در مراحل بعد کار را روی ان انجام می دهند.به همین ترتیب در مورد قطعات بسیار سخت برای تهیه نمونه های متالوگرافی از آنها برش نمونه ها با استفاده از برنده های سختانجام می شودو سپس تحت شرایط قابل کنترل قشری از سطح حرارت دیده نمونه ها بوسیله سمباده از بین می رود.

در بسیاری از موارد پس از بریدن نمونه ها بهتر است آنها را در داخل مواد پلاستیکی حفاظت یا مانت نمائیم که معمولا" دو طریق برای مانت کردن نمونه ها وجود دارد: الف:مانت سرد: در این روش که معمولا" در مانو شیمیایی بصورت پودر مایع و یا مایع-مایع به نسبت های معین استفاده می شود.محلول بدست امده در حدود 50-40 درجه سانتیگراد حرارت دیده سپس در داخل قالب های پلاستیکی حاوی نمونه ها ریخته میشود.مانو مذبور پس از مدتی (از 1 تا 24 ساعت)پلیمریزه و سخت شده و نمونه ها را در بر می گیرد.

ب:مانت گرم: روش دوم با استفاده از مواد پلاستیکی ویژه ای انجام می گیرد.در این مرحله پس از قرار دادن نمونه در داخل محفظه دستگاه مانت و ریختن پودر پلوستیکی مورد نظر بر روی ان تحت فشاری حدود 3 تا 5 تن بر اینچ مربع و حرارت 200-150 درجه سانتیگراد پلیمیریزه و سخت می گردد و در بیشتر موارد با استفاده از مانت گرم و تحت فشار نتیجه نسبت به مانت های سرد بدست می آید.همچنین در این طریق مرز بین نمونه با مواد پلاستیکی پر شده و نفوذ موادی از قبیل محلول اچ الکل در ان قسمت تا مقدار زیادی کاهش می یابد.

اما ناگفته نماند که هر کدام از روش های فوق مزایای ویژه ای داشته و در مواردی خاص دارای مزایای بهتری نسبت به روش های دیگر دارد و انتخاب هر کدام به سلیقه شخصی و تجارب علمی فرد مذبور در این زمینه دارد.

سائیدن: در ابتدا سائیدن نمونه ها با سمباده زدن به روش خیس بر روی دیسک هائی که با سرعت معینی می چرخد و با استفاده از کاغذهای سمباده ضد اب و یا سمباده هائی که بشکل نوار هستند انجام می گیرد.کاغذهای سمباده حاوی مواد ساینده ای از جنس بسیار سخت کربراندوم و کاربید کلسیم هستند و اندازه ذرات آنها تعیین کننده سختی و نرمی آنها نسبت به هم بوده و متناسب با سختی ما دو مورد نظر برای سائیدن سطح فلز یا آلیاژ انتخاب می گردند.

قطر ذرات سختی که در روی کاغذهای سمباده قرار می گیرند مشخص کننده مش آنها بوده و معمولا" برای سمباده زدن و سائیدن سطوح فلزات و آلیاژها از سمباده هائی با شماره های 120-240-280-330-400-600 استفاده می شود.

در هنگامسمباده زدن سطح یک جسم جریان اب بطور مداوم بر روی سمباده ها جاری می شود و نمونه در هر مرحله از سمباده زنی به اندازه 90 درجه نسبت به حالت قبل چرخیده و معمولا" قبل از شروع کار با سمباده ریزتر متوسط اب یا الکل شسته شده و بالاخره پس از مرحله نهایی و اخرین سایش نمونه پس از شستشوی اب یا الکل خشک شده و در مرحله دیگر براق یا صیقلی می گردد.دقت در سمباده زدن سطوح نمونه ها از فلزات و آلیاژهای مختلف نسبتا" متفاوت است.

بطور مثال در مورد چدن های گرافیتی بدلیل از بین نرفتن گرافیت ها در سطوح زمان ادامه هر مرحله از سمباده زدن در مورد سمباده نهایی دقت بیشتری لازم است.

در بیشتر موارد پس از سمباده زدن نمونه ها به روش خیس معمولا" در مرحله نهایی از یک سمباده خشک 210 نیز استفاده می گردد که بدلیل از بین رفتن ذرات ریز کننده شده در حین سمباده زدن سطح نمونه بطور مداوم توسط الکل شسته شده و با پارچه نرمی خشک می گردد.برای مشاهده ساختار ماکروسکپی نمونه ها را پس از سمباده زدن کامل و اتمام مرحله نهایی سمباده کاری اچ ماکروسکپی می نمایند.

صیقل یا پولیش: مرحلهپولیش و صیقل کردن سطح نمونه ها پس از مرحله سمباده زدن انجام می گیرد.در این مرحله پولیش سطح نمونه در روی دیسک چرخان که از نمد پوشیده شده با استفاده از خمیر الماس در اندازه های0.25-05-1-6 میکرون انجام می گیرد.

برای پولیش نمونه های آلیاژی قلع-سرب-روی-منیزیمو آلومینیوم دستگاهی مشابهی با نمد مخصوص بکار میرود.در ابتدا با استفاده از خمیر الماس و به ترتیب با اندازه و دانه های 1و6 میکرون پولیش شده سپس بوسیله پولیش دستی و اب مقطر با خمیر اکسیر منیزیم و با اندازه دانه0.5 میکرون صیقل می شود.

برای پولیش چدن سفید ابتدا از خمیر الماس 1 میکرون و در اخر از خمیر 0.5 میکرون استفاده می گردد.پولیش نمونه های چدن خاکستری گرافیتی در چند مرحله پیاپی انجام می گیرد.بدین ترتیب که ابتدا پس از اتمام مرحله سمباده کاری نمونه مورد نظر با محلول شیمیایی که معمولا" پیکرال است اچ می گردد و پس از شستن و خشک کردن انرا پولیش می کنند.بدین ترتیب حداقل سه مرحله پیاپی سطح نمونه مورد نظر پولیش را اچ می گردد.در هر مرحله نمونه شسته و برای مرحله بعدی کاملا" خشک می گردد.برای نمونه هایی با کیفیت عالی و به منظور سطح تمام شده مناسب برای عکسبرداری معمولا" یک مرحله پولیش نهایی کوتاه مدت در روی نمد و خمیر الومینا با عدد ریزی زیاد انجام می گیرد.در مورد فلزات و آلیاژهای سخت تر از قبیل فولادهای نیکل و کبالت و پولیش نهایی با خمیر الماس 25% لازم و ضروری است.

معمولا در مرحله پولیش نهایی با دو مسئله مهم مواجه هستیم که ابتدا تغییر صیقل شده است که به سیلات سطحی و نفوذ برخی ذرات خارجی از قبیل ذرات پولیش کننده در سطح نمونه ها در حین پولیش ایجاد می کند.

با استفاده از عمل فشار سرعت و زمان مناسب برای پولیش و همچنین بکار بردن مقدار کافی از مواد صیقل دهنده شکل سریعا" برطرف می گردد.شکل دیگری که ممکن است دز نمونه ها در حین پولیش ظاهر گردد و خارج شدن ناخالصی های غیرفلزی از سطح در حال سایش که با کنترل مدت پولیش را بیش از حد صیقل نکردن سطوح نمونه ها این شکل نیز سایعا" برطرف خواهد شد.عیب ناخالصی های غیرفلزی را می توان قبل از اچ کردن سطح نمونه ها در زیر میکروسکوپ بطور کاری مشاهده نمود.همچنین در مورد برخی فلزات ریختگی روش پولیش و اچ کردن متناوب سطح نمونه ها نتایج بهتری در ظاهر شدن ریز ساختار و بطور کلی تهیه نمونه های میکروسکوپی خواهند داد.

پولیش الکترونی: این مرحله که در بسیاری از موارد پس از پولیش نهایی مورد استفاده قرار می گیرد اغلب برای نمونه های کوچک و در واقع برای فلزات خالص تجاری یا آلیاژهای تک فاز استفاده می گردد.نمونه ها را پس از پولیش الکترونی می توان با هر دو روش اچ الکترونی و اچ شیمیایی اچ نمود.

اچ شیمیایی:بمنظور مشاهده زمینه دانه های یوتکتیکی اندازه دانه ها بطور کلی برای بررسی ریز ساختارها و ساختارهای ماکروسکپی قطعات فلزی و آلیاژها معمولا از روش اچ کردن شیمیایی استفاده می کنند.همجنین برای تشخیص مرغوبیت خمیری و یکنواختی نمونه های اماده شده پس از صیقل نمودن روش اچ کردن بکار برده می شود.

در موارد دیگر برای مشاهده عیوب ریختکی در مقیاس ماکروسکپی قطعات را اچ ماکروسکپی می نمایند.معمولا" برای اچ کردن نمونه های محلول های شیمیایی قوی که در داخل محفظه های مخصوص نگهداری می شوند مورد استفاده قرار می گیرند.همچنین اغلب محلول هایی که برای اچ ماکروسکپی بکار برده می شود پس از ترکیب شدن با فلز یا آلیاژ مورد نظر رسوباتی در روی سطح اچ شده باقی می گذارندو معمولا" به طریقه های شیمیایی یا مکانیکی آنها را از بین می برند.روش های علمی زیادی برای اچ ماکروسکپی و میکروسکپی مورد استفاده واقع می گردد اما بطور معمولی روش های غوطه ور سازی و همچنین اچ مالشی بیشتر استفاده می کنند که در روش غوطه ورسازی نمونه مورد نظر را در داخل محلول اچ در مدت زمان معینی حرکت می دهند سپس با اب و الکل سطح انرا تمیز می کنند.پارچه نرم یا پنبه را به محلول اغشته کرده سپس بر روی سطح اچ شونده انرا به ارامی مالش می دهند تا سطح مورد نظر توسط محلول اچ خورده شود.

اچ میکروسکپی به خاطر چند علت زیر مورد استفاده قرار می گیرد: الف) بمنظور ظاهر شدن ساختار زمینه دار دانه های یوتکتیکی و فازها.

ب) بمنظور ظاهر شدن جزئیات بیشتر در ساختار میکروسکپی از قبیل شاخه های دندریتی مرز دانه ها و هسته دار شدن دانه ها.

در بیشتر مواد لازم است که محلول های اچ متفاوتی را برای میکروسکپی مورد آزمایش قرار دهند وقتی ممکن است که در برخی موارد با یک محلول اچ به نتیجه دلخواه دست یافت یا اینکه برای اچ شدن مناسب یک قطعه انرا با چندین محلول اچ شیمیایی متوالا" اچ نمود.بهر حال برای اغلب فلزات و آلیاژهایی که ساخته شده است محلول های شیمیایی برای اچ کردن آنها مشخص شده است که در جداول مربوطه می توان به آنها دسترسی پیدا کرد .بطور مثال برای چدن های غیر آلیاژی و بخصوص برای مشاهده ساختار پرلیتی در چدن ها و همچنین بدلیل انکه شکل گرافیتها در حین اچ کردن کیفیت خود را از دست ندهد از محلول پیکران استفاده می کنند.یا بطور معمولی برای مشاهده مرزدانه های فریت از محلول نایتال استفاده استفاده می کنند در حالی که محلول شکل گرافیت را تغییر داده و باعث متورم شدن آنها می شود.پس از اتمام مرحله اچ کردن بآید نمونه های اچ شده را با دقت شسته و سپس خشک کرد در غیر این صورت پس از مدتی زمان کوتاه علائم زنگ زدگی در روی سطح اچ شده بوجود می آید که موجب اختلال در مورد بررسی های میکروسکپی خواهند گردید بخصوص در مورد نمونه هایی که اچ کردن آنها بطور عمقی صورت می گیرد.شستوشوی نمونه بآید با دقت کافی و بطریق غوطه ور سازی انجام گیرد و توصیه می گردد که نمونه های مربوط به قطعات ریخته شده از فولادها و چدنها پس از پایان کار با الکل شسته شود سپس در داخل استون کاملا" غوطه ور گردند سپس در داخل جریان هوای گرم کاملا" خشک شوند.

رعایت نکات ایمنی: محلول های شیمیایی که به منظور اچ کردن مورد استفاده قرار می گیرند اغلب دارای اثرات خوردگی شدید سمی و حالت تبخیری و در بسیاری از موارد قابل اشتعال و انفجار هستند بهمین جهت ساختن و استفاده اینگونه محلول ها رعایت نکات ایمنی کاملا" ضروری و لازم است.

پیش بینی موارد احتیاطی لازم در جداول مربوطه یاداوری شده است اما به هر جهت لازم است در تمامی مواقع پیش بینی ها و احتیاط هایی از ‍‍‍قبیل: پوشیدن دستکش حفاظتی- عینک و حفاظ های چشم-استفاده از هواکش و نیز خودداری از استعمال دخانیات کاملا" مورد دقت نظر قرار می گیرند.

ساختار ماکروسکپی فولاد ریختگی: با در نظر گرفتن عناصر محلول در مذاب فلز و آلیاژ و اندازه شکل و خواص قالب و همچنین درجه حرارت و ریختن مذاب ان ساختارهای مختلفی پس از انجماد در داخل قالب ایجاد شده بلورها و جامد های اولیه که بلورهای تبرید شده (chill) نیز گفته می شود.اندازه های بسیار کوچک بر روی دیواره های قالبی بوجود آورده و معمولا" بعلت گرمای بیش از حد مذاب و همچنین به مناسبت کم بودن هدایت حرارتی ماسه مجددا" ذوب و در نتیجه بطور عادی مشاهده آنها در قطعات ریخته گری شده امکان پذیر نمی گردد.

مرحله بعدی در روند انجماد شکل گرفتن بلورهای بلندی است که در جهت شیب حرارتی و عمود بر دیوار قالب رشد می کنند و بدلیل شکل های مشخصی که این بلورها دارند آنها را بلورهای ستونی می نامند و دارای اندازه و طول محدودی در فولادهای کربنی ساده و فولادهای آلیاژی هستند اما همین بلورها در فولادهای پرآلیاژ دارای اندازه و طول های بزرگتری بوده و تقریبا" در تمامی سطوح قطعه گسترده شده اند.در فولادهای کربنی ساده و فولادهای کم آلیاژی امکان جوانه زنی و رشد داشته باشند و منطقه مرکزی شش تشکیل خواهند گردید و همچنین ساختار ماکروسکپی کاملا" از بلورهای شاخه ای تشکیل گردیده است.

در صورتی که فولادهای پرآلیاژی حکاری هیچ گونه علامت و نشانه از بلورهای شاخه ای یا رشد دندریتی در ساختار ماکروسکپی ظاهر نمکنند.حتی در فولادهای کربنی ساده و فولادهای کم آلیاژی نیز ساختار داخلی همیشه بصورت دندریتی نبوده و در بسیاری موارد نیز بلورهای کوچکی شکل می گیرند که آنها را بلورهای هسته ای نیز می نامند.به همان ترتیبی که در شکل(241) نشان داده شده است بجز چند بلور هم محور منطقه مرکزی تقریبا" بطور کامل از بلورهای هسته ای تشکیل گردیده است.

اما در قطعات که بطریقه ریخته گری گریز از مرکز تولید می شوند در اصل حرارت از یک جهت و توسط قالب فلزی به خارج هدایت می گردد و در نتیجه امکان دارد مناطق بصورت تماما" ستونی (242-الف) مخلوطی از ستونی و هم محور(242-ب) یا بطور کامل از بلورهای هم محور (242-ج) تشکیل شده باشد.

ساختار داخلی و خواص فولادهای کربنی ساده: آلیاژ وآلیاژهایی که در نتیجه اضافه کردن کربن و عناصر آلیاژی دیگر به اهن تولید می گردند ارزش زیادی در صنعت داشته و دارای کاربردو موارد استفاده متنوع و بسیار وسیعی هستند.به همان ترتیبی که قبلا" نیز اشاره شد تقسیم بندی فولادهای کربنی ساده بر اساس درصد کربن بصورت فولادهای یوتکتوئیدی با 0.8% کربن و فولادهای قبل از یوتکتوئیدی با کمتر از 0.8% کربن و ساختار فریت و پرلیتی و فولادهای بعد از یوتکتوئیدی با بیشتر از 0.8% کربن و ساختار میکروسکپی سمانتیت و پرلیت است که این فولادها عاری از عناصر آلیاژی دیگر بوده و فآیده اصلی آنها در ارزان بودن آنهاست.ضمنا" تقسیم بندی دیگری که اغلب در این فولادها مورد استفاده قرار می گیرد و یک تقسیم بندی نسبتا" عملی تری است بصورت زیر انجام می گیرد: فولادهای کم کربن : ....

میزان کربن 0.2 درصد ....

فولادها با کربن متوسط: ....

میزان کربن در حدود 0.2 تا 0.5 درصد...

فولادهای پر کربن ....

میزان کربن بیش از 0.5 درصد....

نمونه ای از موارد کاربرد فولادهای کربنی ساده: فولادهای ریخته گری شده کم کربن در عموم قطعات مهندسی ساختمان –کشتی ها-راه اهن و کارهای ساختمانی دیگر و در مواردی که احتیاج به کاری سخت و محکم و قابل اطمینان باشد بسیار مناسب هستند.

همچنین این فولادها دارای قابلیت جوشکاری خوب-نفوذپذیری مغناطیستی زیاد و در مواردی که قطعات بطور سطحی سخت گردند مورد استفاده قرار مم گیرند.

فولادهای ریخته گری شده با کربن متوسط در قطعات مربوط به راه اهن و صنایع حمل و نقل دیگر ماشین الات و دستگاههای نورد معادن راه سازی و ساختمان سازی و در مواردی که سایش در حد متوسطی مورد لزوم باشد بسیار نامناسب هستند.

فولادهای ریخته گری با کربن زیاد (پر کربن) در مواردی از قبیل خم کردن و شکل دادن قطعات-ساخت فولادها- غلطکها-ابزارالات ماشین های صنعتی ودر مواردی که سختی قابل ملاحظه ای در قطعات ریخته گری شده مورد احتیاج است-در قطعات با مقاومت در مقابل سائیدگی خوب زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.

تاثیر میزان کربن در ساختار میکروسکپی فولادهای سیاه تاب: در حالتی که یک فولاد کربنی با میزان تقریبی کمتر از 0.5 % کربن به ارامی در یک قالب سرد گردد اولین فاز جامدی که در ان بوجود میآید فاز دلتا می باشد که با ادامه سرد شدن این فولاد فاز درشت استنیت از ترکیب فاز دلتا و مذاب موجود ایجاد گردیده و به همین ترتیب نیز با کاهش درجه حرارت فاز استنیت به یک ساختار فریتی به شکل ساختار صفحه ای ویدمن اشتاتن تجزیه میگردد.در این حال استنیت باقی مانده و در درجه حرارت یوتکتوئیدی به پرلیت تغییر حالت داده و در مورد نتیجه پس از انجماد ساختار نهایی فولاد حاوی مزیتی ویدمن اشتاتن به رنگ روشن است که در مرز دانه های استنیت رسوب کرده و بقیه ساختار داخلی فولاد در این حالت به رنگ تیره از لایه های فریت و سمانتیت و پرلیت تشکیل می گردد.

بطور کلی فولاد فوق در شرایط سیاه تاب دارای خواص پایینی است و معمولا" برای دسترسی به خواص بهتر در این نوع فولادها آنها را پس از ریخته گری در داخل یک کوره تا درجه حرارت استنیت حرارت می دهند که میزان درجه حرارت اعمال شده بستگی کاملی به میزان درصد کربن محتوی فولاد خواهد داشت سپس بمنظور بدست آوردن خواص و ساختار دلخواه قطعات فولادی را با سرعت مناسبی سرد می کنند.

شکل های (243) تا (249) تاثیر افزایش کربن را در ساختارهای میکروسکپی فولادهای قبل از یوتکتوئیدی نشان می دهند.

ساختار سطوح مقاطع میکروسکپی فولادهای پس از اچ کردن توسط محلول 2% نایتال مناطق تیره رنگ پرلیتی و سفید رنگ فریتی را که فریت بشکل ویدمن اشتاتن از دانه های استنیتی اصلی تشکیل گردیده است نشان می دهند.همچنین سرد شدن نسبتا" ارام قطعات در قالب های ماسه ای باعث درشت تر شدن لایه های پرلیتی در ساختار آنها گردیده است بطوری که در شکل های (245)و(249) ملاحظه می گردد بدلیل افزایش مقدار منگنز محتوی فولاد ترکیب شیمیایی یوتکتوئیدی تغییر کرده و در نتیجه نسبت پرلیت و فریت با در نظر گرفتن مقدار عادی و از قبل پیش بینی شده آنها را در دیاگرام عادی اهن-کربن افزایش یافته است.شکل (248) ساختار یک منطقه پرلیتی را که حاوی لایه های فریت و سمانتیت است در بزرگنمائی بیشتر از 50 برابر نشان می دهد و نیز ساختار میکروسکپی از سطح مقطع ریخته گری یک فولاد بعد از یوتکتوئیدی با مقدار کربن 1.2 % که حاوی فازهای سمانتیت اولیه در مرزدانه های استنیتی و جزایر پرلیتی است در شکل (250) مشاهده می گردد.

بافت:.............................................................................................mcmory این نوع ساختارهای میکروسکپی که اغلب در فولادهای ریختگی مشاهده می گردند در نتیجه عملیات حرارتی و سرد کردن ارام فولاد از درجه حرارت استنیتی ایجاد می گردد.در شکل های (278)و(279) ساختار میکروسکپی یک فولاد سیاه تاب (ماکروسکپی) مشاهده می گردد.

عملیات حرارتی فولادهای کم کربن(0.2%) در شکل های (251) تا (258) نمونه ساختارهای میکروسکپی یک فولاد کم کربن پس از عملیات حرارتی مختلف مشاهده می شوند.

نوع عملیات حرارتی سیکل عملیات حرارتی 1) تابکاری بمدت دو ساعت در حرارت 950 درجه سانتیگراد 2) نرمال کردن بمدت دو ساعت در حرارت 950 درجه سانتیگراد 3) کونچ روغن بمدت دو ساعت در حرارت 950 درجه سانتیگراد 4) کونچ در اب بمدت دو ساعت در حرارت 950 درجه سانتیگراد 5) کونچ در روغن و تمپر الف:بمدت دو ساعت در حرارت 870 درجه سانتیگراد ب: بمدت یک ساعت در حرارت 650 درجه سانتیگراد عملا" کونچ کردن قطعات فولادی بدون باز پخت در صنعت مورد استفاده قرار نمی گیرد.

ساختارهای میکروسکپی: شکل251: تابکاری شده- حاوی دانه های چند وجهی فریت و پرلیت.

شکل252: نرمال شده- توزیع ظریف تر دانه های فریت و پرلیت.

شکل253: کونچ در روغن شامل فریت های ریز و سوزنی شکل و پرلیت.

شکل254: کونچ در اب شامل بینایت فوقانی-مقداری ساختار مارتنزیتی.

شکل255: کونچ در روغن و باز پخت- فریت بمقدار کمتری بصورت سوزنی شکل بوجود امده و پرلیت های ریز بصورت کروی شکل ایجاد گردیده است.

شکل256: کونچ در اب و بازپخت-شامل مخلوطی از بازپخت-بینایت-مارتنزیت-فریت.

شکل257: کونچ در روغن و باز پخت- مشابه شکل 255.

شکل258: کونچ در اب و باز پخت- مشابه شکل 256.

نمو نه ای از خواص مکانیکی: تابکاری شده نرمال شده کونچ در اب و باز پخت استحکام کششی 456 487 540 تنش تسلیم N/MM) ) 258 289 380 درصد ازدیاد طول نسبی 28 26 30 درصد کاهش سطح مقطع 50 45 60 عملیات حرارتی فولاد با کربن متوسط: در شکل های(259)تا (266) نمونه ساختارهای میکروسکپی یک فولاد با کربن متوسط پس از عملیات حرارتی های مختلف مشاهده می شود: نوع عملیات حرارتی سیکل عملیات حرارتی 1) تابکاری کردن بمدت 2 ساعت در حرارت 920 درجه سانتیگراد 2) نرمال کردن : "‌ ‌" " "‌‌‌ " " 3) کونچ در روغن : " " " " " " 4) کونچ در اب: " " " " " " 5) کونچ در روغن و باز پخت: الف: " " " 900 " " ب: " 1 " " 650 " " 6) کونچ در اب و باز پخت: الف: " 2 " " 900 " ‌ " ب: " 2" " 650 " " عملیات حرارتی شماره 3 تا 6 عملا" در صنعت انجام می گیرد.

ساختارهای میکروسکپی: شکل 259: تابکاری شده- حاوی ساختار فریتی و پرلیتی.

شکل 260: نرمال شده-توزیع ریزتر فریت و پرلیت.

شکل 261: کونچ در روغن شامل ساختار بینایت و پرلیت کاملا" ریز.

شکل 262: کونچ در اب- حاوی یک ساختار مارتنزیتی و بینایتی.

شکل 263: کونچ در روغن و بازپخت-بینایت و پرلیت.

شکل 264: کونچ در اب و بازپخت – تمپر مارتنزیت و باز پخت بینایت.

شکل 265: کونچ در روغن و باز پخت – مشابه شکل 263.

شکل 266: کونچ در روغن و باز پخت – مشابه شکل 264.

..........

نمونه خواص مکانیکی..........

تابکاری شده نرمال شده کونچ در روغن و بازپخت کونچ دراب و باز پخت استحکام 672 704 795 806 تنش تسلیم378 15 494 586 %ازدیاد طول نسبی 16 15 15 14 % کاهش سطح مقطع 25 24 28 30 عملیات حرارتی فولاد پر کربن(0.64): در شکل های (267) تا (274) نمونه ساختارهای میکروسکپی یک فولاد پر کربن و پس از عملیات حرارتی های مختلف مشاهده می شود: ساختارهای میکروسکپی: شکل 267: تابکاری شده – ساختار فریتی و پرلیتی.

شکل 268: نرمال شده – ساختار فریتی و پرلیتی ریز.

شکل 269: کونچ در اب – ساختار مارتنزیتی.

شکل 270: کونچ در اب – مشابه شکل 269.

شکل 271: کونچ در اب وباز پخت- پرلیت بازپخت شده- بینایت و مناطقی از فریت.

شکل 272: کونچ در اب و باز پخت – مارتنزیت باز پخت شده.

شکل 273: کونچ در روغن و باز پخت- مشابه ساختار شکل 271.

شکل 274: کونچ در اب و باز پخت – مشابه ساختار شکل 272.

فولاد های مقاوم در مقابل حرارت: فولادهای مقاوم در مقابل حرارت دارای(13-30 %) کرم بوده و در محیط های اکسید کننده و احیا کننده مقاومت بسیار خوبی از خود نشان میدهند و به همان صورتی که در بخش مربوط به فولادهای محتوی(13%) کرم (4%) نیکل (17%)کرم (0.2%) نیکل نشان داده شد.

فولادهایی که محتوی کرم هستنددارای ساختار مارتنزیتی بوده وکاربرد آنها حداکثر به حرارت تقریبی C 750 محدودیت پیدا میکند.اما درصورت صورتی که مقدار کرم در این فولادها به مقادیر بیشتری افزایش یابد باعث ازدیاد مقاومت آنها در مقابل اکسیداسیون در درجه حرارت های بیشتر می گردد.بدیهی است که میزان کربن محتوی فولاد تاثیری زیاد بر روی ساختار میکروسکپی ان دارد بطوری که نسبت به میزان کربن حتی در فولادهای با مقدار 20% کرم می توان ساختاری بصورت فریتی ایجاد کردو بهمین جهت قطعات ریختهگری شده فولادهای تجاری با میزان 25تا 30 % کرم با وجود داشتن (0.5_1.5) درصد کربن یا حتی بالاتر بطور ثابت دارای ساختار فریتی و اندازه دانه های بزرگی هستند.

بمنظور تولید فولادهای استنیتی مقاوم در برابر حرارت در حدود 40% نیکل به فولاد اضافه می شود که در ضمن افزایش این نوع فولادها در مقابل اکسیداسیون در صورتی که این عنصر در فولادها همراه با عنصر کرم باشد باعث افزایش و بهبود خواص مکانیکی مانند استحکام و نرمی نیز در آنها می گردد و عناصر آلیاژی دیگر از قبیل کبالتco تنگستنw نیز دارای اثرات مشابهی هستند.

افزودن عنصر نیکل در فولادهایی که محتوی کرم زیادی هستند می تواند باعث افزایش بهتر فاز استنیت به فریت در ساختار آنها گردیده و نسبت به مقدار عناصر آلیاژی دیگر در فولاد ساختار زمینه می تواند بطور کامل استنیتی شود وقتی به میزان 14% برسد.

ساختار میکروسکپی: ساختار میکروسکپی فولاد آلیاژی محتوی 0.8% کربن و 28% کرم در شکل های 345 و346 نشان داده شده است.ساختار زمینه در این فولاد فریتی به رنگ خاکستری همراه با مقدار کمی از فاز استنیت است که در بین دندریتها پخش گردیده است.همچنین تعدادی از کاربیدهای ثانویه در داخل دانه ها و نیز کاربیدهای اولیه در مرز دانه ها رسوب یافته اند.در صورتی که مقدار نیکل تا 12% افزایش یابد باعث ایجاد ساختار زمینه استنیتی همراه با بخش های کوچکتری از فریت که در شکل 347 و348 مشاهده می شود.که ملاحظه می گردد فازهای فریتی عموما" در مرزدانه ها و در برخی موارد نیز توسط کاربیدهای اولیه که از تحول یوتکتیکی بوجود امده اند احاطه گردیده اند.

حال در صورتی که موارد نیکل به 20% افزایش یابد ساختار زمینه بطور صد در صد به استنیت تبدیل شده شکل های 349 و 350 ساختار میکروسکپی فولاد آلیاژی محتوی 0.4% کربن و 35% نیکل و 25% کرم و نیز فولاد حاوی عناصر آلیاژی 0.4% کربن 40% نیکل و 20% کرم در شکل های 351 و352 نشان داده شده است.

به همان ترتیب که مشاهده می گردد کاربیدهای اولیه در این ساختارهای میکروسکپی مشابه کاربیدهای اولیه در شکل 349 و 350 از تحول یوتکتیکی بوجود امده و در مرز و همچنین داخل دانه ها قرار گرفته اند و نیز نسبت به آنها پیوسته و گسترش یافته تر هستند.از طرف دیگر مشخص تر شدن و پیوستن بیشتر کاربیدها در این نمونه ها بدلیل افزایش بیشتر مقدار نیکل در این نوع فولادهای کرم دار است.

فولادهای ضد زنگ با سختی رسوبی: این نوع فولادها مقاومت بسیار خوبی در مقابل خوردگی داشته و دارای تنش تسلیم و استحکام کششی عالی هستند.از طرف دیگر بعلت زیاد بودن سختی در آنها مقاومت خوبی در مقابل سایش داشته و همچنین داری قابلیت جوشکاری عالی و از نظر چکش خواری نیز در حد قابل قبول هستند.اما چون خواص مورد نظری که در بالا بدان اشاره شد نسبت به سیکل های اعمال شده توسط عملیات حرارتی بر روی این فولادها بسیار حساس است.به این علت در بیشتر حالات بایستی این عملیات بطور کاملا" مناسبی بر روی این فولادهای مورد نظر اعمال گرددتا خواص بدست امده در حد قابل قبولی در آنها ایجاد گردد.

ساختار میکروسکپی این نوع فولادها به سه دسته تقسیم می شوند: 1) ساختار مارتنزیتی 2) ساختار استنیتی 3) ساختار نیمه استنیتی این فولادها برای استفاده در محیط های خورنده و ساینده بسیار مناسب بوده و از طرف دیگر با یک عملیات حرارتی ساده در درجه حرارت کم و بطور مثال در حرارت C490 می توان سختی فولاد را بهبود بخشید.به همین ترتیب مشکلات جانبی دیگر از قبیل تنش های داخلی و پیچیدگی های داخلی را در فولاد و پیوسته شدن در سطح فولاد را نیز می توان با این روش به حااقل مقدار در قطعه کاهش داد.

ساختار میکروسکپی: ساختار میکروسکپی فولاد آلیاژ مصرفی 14% کرم و 4% نیکل و 2% مولیبدن و2.5% مس و 0.06% کربن در شکل های 353 - 354 و همچنین ساختارهای مربوط به فولاد آلیاژی محتوی 17% کرم و 4% نیکل و 2.5% مس و 0.06% کربن در شکل های 355 - 356 نشان داده شده اند.

ساختارهای میکروسکپی دو فولاد آلیاژی فوق در شرایط عملیات حرارتی شده و بدون عملیات حرارتی کاملا" مارتنزیتی بوده و بعلت انکه در ساختارهای مورد نظر در بزرگنمائی های کمتر مورد بررسی قرار گرفته اند در نتیجه رسوب هایی که باعث سخت گردیدن و بیشتر شدن استحکام در فولادهای مذبور گردیده در زیر میکروسکوپ قابل رویت نیستند.

چدن ها ...................................................Cast Iron چدن ها آلیاژی از اهن و کربن هستند که حاوی تعداد دیگری عناصر آلیاژی مانند:سیلیسیم – منگنز – گوگرد و فسفر هستند.ترکیبات یوتکتیکی چدن ها شامل گرافیت (کاربیداهن) و استنیت است که در ادامه سرد شدن فاز استنیت به فازهای دیگر تبدیل می شود و بهمین ترتیب عوامل مهم دیگری که خواص چدن های ریختگی توسط آنها تعیین می گردد مقدار اندازه – شکل و توزیع گرافیت ها و یا کاربیداهن است یا به عبارت دیگر کنترل عوامل نامبرده مهمترین اصل در تولید چدنها می باشد.تغییر عواملی از قبیل ترکیب شیمیایی – نحوه جوانه زنی – سرعت انجماد در چدنها و نیز برخی عناصر آلیاژی در مقادیر بحرانی باعث تغییر زیادی در نوع شکل – اندازه و توزیع گرافیت ها می گردد.