فهم العوامل الخمسة الرئيسية التي تؤثر على نقطة السيدة في الصلب

1. تأثير التركيب الكيميائي

وبصفة عامة، تعتمد نقطة السيدة بشكل أساسي على التركيب الكيميائي للفولاذ، حيث يكون لمحتوى الكربون التأثير الأكثر أهمية.

مع زيادة محتوى الكربون في الصلب، ينخفض نطاق درجة حرارة التحول المارتنسيتي، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1 تأثير محتوى الكربون على السيدة و MF

مع زيادة محتوى الكربون، لا تتسق التغيرات في نقطة MMS ونقطة Mf تمامًا، وتُظهر نقطة MF انخفاضًا مستمرًا منتظمًا نسبيًا;

عندما يكون المحتوى الكربوني أقل من 0.6%، تنخفض نقطة Mf بشكل أكبر من نقطة MF، وبالتالي يتسع نطاق درجة حرارة التحول المارتنسيتي (Ms Mf).

ومع ذلك، عندما يكون محتوى الكربون أكبر من 0.6%، تنخفض نقطة Mf ببطء، ولأن نقطة Mf قد انخفضت إلى أقل من 0 ℃، يكون هناك المزيد من البقايا الأوستينيت في هيكل درجة حرارة الغرفة بعد التبريد.

يتشابه تأثير N على النقطة Ms مع تأثير C.

مثل C، يشكل N محلولًا صلبًا خلاليًا في الفولاذ، والذي له تأثير تقوية المحلول الصلب على الطور γ والطور α، ولكن بشكل خاص على الطور α، وبالتالي زيادة مقاومة القص للتحول المارتنسيتي وزيادة القوة الدافعة للتحول.

وفي الوقت نفسه، فإن C و N هما أيضًا عنصران يعملان على استقرار الطور.

فهي تقلل من درجة حرارة الاتزان T0 لانتقال الطور γ → α '، وبالتالي فهي تقلل بشدة من نقطة الأُنس.

يمكن لعناصر السبائك الشائعة في الفولاذ أن تقلل من نقطة الأكسدة، ولكن التأثير ليس بنفس أهمية تأثير الكربون.

فقط Al و Co يرفعان نقطة Ms (كما هو موضح في الشكل 2).

الشكل 2 تأثير عناصر السبيكة على نقطة انصهار السبائك الحديدية

يتم ترتيب العناصر المختزلة للنقطة MS بالترتيب حسب شدة تأثيرها: المنغنيز، والكروم، والنيكل، والنيكل، والمويد، والنحاس، والنحاس، والزنك، والخامس، والـ V، والـ Ti.

من بينها W، V، V، TI وغيرها من العناصر القوية المكونة للكربيدات، وتوجد في الغالب على شكل كربيدات في الفولاذ، ونادرًا ما تذوب في الأوستينيت أثناء التبريد والتسخين، لذلك يكون لها تأثير ضئيل على نقطة MS.

يعتمد تأثير عناصر السبائك على نقطة الأسمدة بشكل أساسي على تأثيرها على درجة حرارة الاتزان T₀ وتأثير التقوية على الأوستينيت.

جميع العناصر (مثل C) التي تقلل بشكل حاد T₀ درجة الحرارة وتقوية الأوستينيت يقلل بشكل حاد من نقطة الانصهار.

المنغنيز، والكروم، والنيكل، والنيكل، وما إلى ذلك لا يقلل فقط من T₀ درجة الحرارة، ولكنها تزيد أيضًا من قوة الأوستنيتي بشكل طفيف، لذا فهي تقلل أيضًا من نقطة الصهر.

يزيد كل من Al وCo وSi وMo وW وV وTi وغيرها من العناصر الأخرى من T₀ درجة الحرارة، ولكنها تزيد أيضًا من قوة الأوستينيت بدرجات متفاوتة.

إذن,

① إذا كان الأول يلعب دورًا أكبر، سترتفع نقطة م، مثل آل وشركاه;

② إذا كان للأخير تأثير أكبر، فسيتم خفض نقطة M، مثل Mo، W، V، Ti;

③ عندما تكون الدالتان متكافئتين تقريبًا، لا يكون لها تأثير يذكر على نقطة م، مثل Si.

في الواقع، التفاعل بين السبيكة عناصر في الفولاذ معقدة للغاية، وتعتمد نقطة MS من الفولاذ بشكل أساسي على الاختبار.

ويعتقد عمومًا أن جميع عناصر السبائك التي تقلل من نقطة MF تقلل أيضًا من نقطة Mf.

2. تأثير التشوه والإجهاد

كما ذكرنا سابقًا، سيحدث التحول المارتنسيتي عندما يتشوه الأوستينيت تشوهًا بلاستيكيًا بين Md Ms.

وبالمثل، يمكن أن يؤدي التشوه اللدن بين Mf إلى تعزيز التحول المارتنسيتي وزيادة التحول المارتنسيتي.

وبوجه عام، كلما زاد التشوه وانخفضت درجة حرارة التشوه، زاد التشوه المستحث مارتينسايت متغيرات التحويل.

نظرًا لأن تحول المارتينسيت سيؤدي حتمًا إلى تمدد الحجم، فإن الإجهاد الانضغاطي متعدد الاتجاهات سيمنع تكوين المارتينسيت، وبالتالي تقليل نقطة السدادة.

ومع ذلك، غالبًا ما يؤدي إجهاد الشد أو الإجهاد الانضغاطي أحادي الاتجاه إلى تكوين المارتينسيت، مما يجعل نقطة المارتنسيت ترتفع.

3. تأثير ظروف التقوية

إن تأثير درجة حرارة التسخين ووقت الاحتفاظ بالحرارة على نقطة الأم معقد.

تؤدي زيادة درجة حرارة التسخين وتمديد وقت الاحتفاظ إلى زيادة انحلال عناصر الكربون والسبائك إلى الأوستينيت، مما يقلل من نقطة المارتنسيت، ولكن في الوقت نفسه، سيؤدي ذلك إلى نمو حبيبات الأوستينيت، وتقليل عيوبه البلورية، وتقليل مقاومة القص أثناء تكوين المارتينسيت، وبالتالي زيادة نقطة المارتنسيت.

بشكل عام، إذا لم يكن هناك أي تغيير في التركيب الكيميائي، أي في حالة التصلب الكامل، فإن زيادة درجة حرارة التسخين وإطالة وقت التثبيت سيزيد من نقطة الصهر;

في حالة التسخين غير المكتمل، تؤدي زيادة درجة الحرارة أو إطالة الوقت إلى زيادة محتوى الكربون وعناصر السبائك في الأوستينيت، مما يؤدي إلى انخفاض نقطة الصهر.

في حالة ثبات تركيبة الأوستينيت، ستزداد قوة الأوستينيت وستزداد مقاومة القص للتحول المارتنسيتي عند تنقية الحبيبات مما يقلل من نقطة الانصهار.

ومع ذلك، عندما لا يؤثر صقل الحبيبات تأثيرًا كبيرًا على مقاومة القص، لا يكون له تأثير كبير على نقطة MS.

4. تأثير معدل التبريد بالتبريد

يوضح الشكل 3 تأثير معدل التبريد بالتبريد على نقطة الأكسدة.

الشكل 3 تأثير سرعة التبريد على نقطة الانصهار لصلب Fe-0.5% C-2.05% NI

عندما تكون سرعة التبريد منخفضة، تظل نقطة MS ثابتة، مما يشكل خطوة أقل، وهو ما يعادل نقطة MS الاسمية للصلب.

عندما تكون سرعة التبريد عالية جدًا، تحدث خطوة أخرى حيث تظل نقطة MS ثابتة.

بين سرعتي التبريد المذكورتين أعلاه، تزداد نقطة الأسية مع زيادة سرعة التبريد.

يمكن تفسير الظواهر المذكورة أعلاه على النحو التالي:

يُفترض أن توزيع C في الأوستينيت أثناء التحول الطوري غير متساوٍ، ويحدث الانفصال عند العيوب مثل الخلعات، مما يشكل "كتلة هوائية ذرية C".

يرتبط حجم هذه "الكتلة الهوائية" بدرجة الحرارة.

تحت درجة الحرارة المرتفعة، تكون قدرة الانتشار الذري قوية، ويكون ميل ذرة C للانفصال الذري صغيرًا، وبالتالي يكون حجم "الكتلة الهوائية" صغيرًا أيضًا.

ومع ذلك، عندما تنخفض درجة الحرارة، تنخفض الانتشارية الذرية، ويزداد ميل ذرات C إلى الانفصال، ويزداد حجم "الكتلة الهوائية" الداخلية مع انخفاض درجة الحرارة.

في ظل ظروف التبريد العادية، يمكن أن تصل هذه "الكتل الهوائية" إلى حجم كافٍ لتقوية الأوستينيت.

ومع ذلك، فإن سرعة التبريد السريعة للغاية تمنع تكوين "كتلة هوائية"، مما يؤدي إلى إضعاف الأوستينيت وتقليل مقاومة القص أثناء التحول المارتنسيتي، وبالتالي رفع نقطة MS.

ومع ذلك، عندما يكون معدل التبريد مرتفعًا بما فيه الكفاية، يتم تقييد انحناء "الكتلة الهوائية"، ولا تزداد نقطة MS مع زيادة معدل التبريد.

5. تأثير المجال المغناطيسي

يُظهر الاختبار أنه عندما يتم إخماد الفولاذ وتبريده في المجال المغناطيسي، فإن المجال المغناطيسي المطبق سيؤدي إلى تحفيز تحول المارتينسيت.

وبالمقارنة مع تلك التي بدون المجال المغناطيسي، تزداد نقطة MS، ويزداد تحول المارتينسيت عند نفس درجة الحرارة.

ومع ذلك، فإن المجال المغناطيسي الخارجي يجعل نقطة MS ترتفع فقط، ولكن ليس له أي تأثير على سلوك الانتقال الطوري تحت نقطة Ms.

الشكل 4 تأثير المجال المغناطيسي الخارجي على عملية تحول المارتينسيت

كما هو موضح في الشكل 4، يزيد المجال المغناطيسي المطبق من Ms' أثناء التبريد والتبريد، لكن الاتجاه المتزايد لمتغير الدوران يتسق بشكل أساسي مع ذلك بدون مجال مغناطيسي.

عند إزالة المجال المغناطيسي المطبق قبل انتهاء التحول الطوري، سيعود التحول الطوري على الفور إلى الحالة التي لم يتم فيها تطبيق المجال المغناطيسي، ولن تتغير كمية التحول النهائي للمارتينسيت.

والسبب في تأثير المجال المغناطيسي الخارجي على تحوُّل المارتينسيت هو أن المجال المغناطيسي الخارجي يجعل طور المارتينسيت الذي يتمتع بأقصى قوة تشبُّع مغناطيسي أكثر استقرارًا.

الشكل 5 مخطط ثرموديناميكي حراري لارتفاع نقطة MS الناجم عن المجال المغناطيسي الخارجي

كما هو موضح في الشكل 5، تقل الطاقة الحرة للمارتنسيت في المجال المغناطيسي، في حين أن المجال المغناطيسي ليس له تأثير يذكر على الطاقة الحرة للأوستينيت غير المغناطيسي.

ولذلك، تزداد درجة حرارة الاتزان ثنائي الطور T0، وتزداد أيضًا نقطة MS. يمكن أيضًا اعتبار أن المجال المغناطيسي الخارجي يعوض في الواقع جزءًا من القوة الدافعة الكيميائية بالطاقة المغناطيسية، ويمكن أن يحدث التحول المارتنسيتي فوق نقطة M Ms بسبب الحث المغناطيسي.

تشبه هذه الظاهرة إلى حد كبير التحول المارتنسيتي المستحث بالتشوه من وجهة نظر الديناميكا الحرارية.

6. خاتمة

من خلال مقدمة هذه المسألة، يجب أن نكون واضحين بشأن العوامل الخمسة التي تؤثر على نقاط السيدة.

وبالطبع، ستلعب المراجعة المنتظمة لهذه النقاط المعرفية دورًا مفيدًا أيضًا في فهمنا للنقاط المعرفية.