آشنایی با نمودارهای TTT

نمودارهای TTT

جنبه های سنیتیکی تبدیل فاز به اندازه ی  نمودارهای TTT تعادلی در عملیات حرارتی فولادها اهمیت دارند. برای مثال مارتنزیت که فاز ناپایدار است و بینیت ریز که از اهمیت فوق العاده ای برای خواص فولادها برخوردار هستند، عموماً می توانند با سرد شدن نسبتاً سریع تا دمای محیط تشکیل شوند، یعنی زمانی که نفوذ کربن و عناصر آلیاژی محدود به یک برد بسیار کوتاه است.

بینیت یک تجزیه یوتکتوئیدی است که مخلوطی از فریت و سمنتیت است. مارتنزیت، سخت‌ترین ماده تشکیل‌دهنده، در هنگام کوئنچ کردن از آستنیت فوق‌اشباع توسط یک انتقال برشی تشکیل می‌شود. می توان به راحتی آنچه را که در طول انتقال فازی اتفاق می افتد با نمودارهای TTT توصیف کرد.

نمودارهای تبدیل همدما

این نوع نمودار نشان می دهد که وقتی یک فولاد برای مدت طولانی در دمای ثابت نگه داشته می شود چه اتفاقی می افتد. تغییر ریزساختار با گذشت زمان را می توان با نگه داشتن نمونه های کوچک در حمام سرب یا نمک و کوئنچ کردن یک به یک پس از افزایش زمان نگهداری و اندازه گیری مقدار فازهای تشکیل شده در ریزساختار با کمک میکروسکوپ دنبال کرد.

یک روش جایگزین شامل استفاده از یک نمونه و یک دیلاتومتر است که طول نمونه را به عنوان تابعی از زمان ثبت می کند. اساس روش دیلاتومتر این است که ریز اجزاء تحت تغییرات حجمی متفاوتی قرار می گیرند.

نمودارهای IT (تشکیل آستنیت)

در طول تشکیل آستنیت از ریزساختار اصلی فریت و پرلیت یا مارتنزیت تمپر شده، حجم (و در نتیجه طول) با تشکیل فاز آستنیت کاهش می‌یابد. از منحنی های کشیدگی، زمان شروع و پایان برای تشکیل فاز آستنیت (که معمولاً به ترتیب به عنوان تبدیل 1٪ و 99٪ تعریف می شود) می تواند استخراج شود. سپس این زمان ها به راحتی بر روی نمودار زمان – دما ترسیم می شوند. همچنین در این نمودار دماهای Ac1 و Ac3 نشان داده شده است.

در زیر Ac1 آستنیت نمی تواند تشکیل شود و بین Ac1 و Ac3 محصول نهایی مخلوطی از فریت و آستنیت است. در رنظر بگیرید که ریزساختار اصلی نقش بسزایی دارد. یک ساختار ریز توزیع شده مانند مارتنزیت تمپر شده سریعتر از ساختار فریتی-پرلیتی به آستنیت تبدیل می شود. نمودار IT گرمایش به اندازه نمودارهای سرمایش همدما که در ادامه توضیح داده می شود رایج نیست. نمودارهای گرمایش در عملیات حرارتی با زمان کوتاه مانند سخت شدن القایی و لیزر مفید هستند.

نمودارهای IT (تجزیه آستنیت)

این روش پس از نگهداری نمونه به اندازه کافی معمولاً در محدوده آستنیتی برای به دست آوردن آستنیت همگن بدون کاربیدهای حل نشده و سپس سرد کردن سریع تا دمای نگهداری مورد نظر شروع می شود. نمونه ای از نمودار IT در شکل زیر آورده شده است. خنک سازی از 850 درجه سانتیگراد (1560 درجه فارنهایت) شروع شد. دماهای A1 و A3 و همچنین سختی نشان داده شده است.

در بالای A3 هیچ تغییری نمی تواند رخ دهد. بین A1 و A3 فقط فریت می تواند از آستنیت تشکیل شود. در شکل زیر، یک سری منحنی نشان داده شده است.

توجه کنید که منحنی ها به شکل C هستند. این برای منحنی های تبدیل رایج است. مجموعه ای از منحنی های C شکل با دمای بالاتر، تبدیل به پرلیت را نشان می دهد و مجموعه دمای پایین تر، تبدیل به بینیت را نشان می دهد. در این بین یک منطقه آستنیتی وجود دارد که برای فولادهای کم آلیاژ خاصی که حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر آلیاژی کاربید مانند کروم یا مولیبدن هستند، رایج است.

منحنی‌های تبدیل همدما را می‌توان در نمودارهای استانداردی که از سازمان بین‌المللی استاندارد (ISO)، انجمن متالورژی AIME، و ASM International  به دست می‌آیند، یافت. همچنین یک مجموعه آلمانی شناخته شده وجود دارد.

نمودارهای CHT

در شرایط عملی عملیات حرارتی، دمای ثابت مورد نیاز نیست، بلکه به تغییر مداوم دما در طول سرمایش یا گرمایش نیاز است. شکل زیر مثالی را برای گرم کردن مداوم همان فولادی که در شکل های قبل نشان داده شده است نشان می دهد. توجه داشته باشید که شروع و پایان تبدیل ها نسبت به نمودار همدما تاخیر دارد. این به طور کلی وقتی درست است که یک نمودار همدما و یک نمودار پیوسته را بدون توجه به اینکه برای گرمایش یا سرمایش هستند مقایسه کنیم.

مانند نمودارهای ITh ، نمودارهای CHT در پیش بینی اثر آستنیته شدن کوتاه مدت که در القاء و سخت شدن لیزر رخ می دهد مفید هستند. یک سوال این است که حداکثر دمای سطح برای رسیدن به آستنیته شدن کامل برای نرخ گرمایش معین چقدر باید باشد. دمای بیش از حد بالا ممکن است باعث رشد ناخواسته دانه آستنیت شود که باعث ایجاد ریزساختار مارتنزیتی شکننده‌تر می‌شود.

نمودارهای CCT

در مورد نمودارهای گرمایش، مهم است که به وضوح بیان کنیم که نمودار تبدیل از چه نوع منحنی خنک کننده ای مشتق شده است. استفاده از نرخ خنک کننده ثابت بسیار رایج است. همچنین می‌توان منحنی‌هایی را برای به اصطلاح نرخ‌های خنک‌کننده طبیعی طبق قانون خنک‌سازی نیوتن پیدا کرد. این منحنی‌ها رفتار در قسمت داخلی یک بخش بزرگ را شبیه‌سازی می‌کنند، مانند نرخ خنک‌کننده میله Jominy در فاصله‌ای از انتهای کوئنچ شده.

در نزدیکی سطح، ویژگی های سرعت خنک کننده می تواند بسیار پیچیده باشد. در قسمت پایین شکل زیر یک نمودار CCT (خطوط کاملاً کشیده شده) برای فولاد 4130 نشان داده شده است. نواحی فریت، پرلیت و بینیت و همچنین دمای Ms نشان داده شده است. توجه داشته باشید که دمای Ms زمانی که تشکیل مارتنزیت قبل از تشکیل بینیت باشد، ثابت نیست، اما معمولاً با زمان‌های طولانی‌تر کاهش می‌یابد.

اثر منحنی های خنک کننده مختلف در شکل 10 نشان داده شده است. هر نمودار CCT شامل یک خانواده از منحنی ها است که نشان دهنده نرخ های خنک کننده در اعماق مختلف یک سیلندر با قطر 300 میلی متر (12 اینچ) است. کندترین سرعت خنک کننده مرکز سیلندر را نشان می دهد. همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است،

سرعت خنک شدن و موقعیت منحنی های CCT به محیط خنک کننده بستگی دارد (آب بالاترین سرعت خنک کننده را تولید می کند و به ترتیب روغن و هوا به دنبال آن قرار می گیرند). هر چه محیط خنک کننده شدیدتر باشد، زمان هایی که منحنی های C شکل به آن جابه جا می شوند، بیشتر می شود. دمای Ms بی تاثیر است.

با این حال، باید توجه داشت که نمودارهای تبدیل را نمی توان برای پیش بینی پاسخ به تاریخچه های حرارتی که بسیار متفاوت از آنهایی است که برای ساختن نمودارها استفاده می شود، استفاده کرد. به عنوان مثال، ابتدا سرد کردن سریع تا کمی بالاتر از Ms و سپس گرم کردن مجدد به دمای بالاتر، تبدیل سریع‌تری نسبت به نمودار IT ایجاد می‌کند، زیرا هسته‌زایی در طول خاموش کردن مقدماتی بسیار تسریع می‌شود. همچنین باید به خاطر داشت که نمودارهای تبدیل به محتوای آلیاژی دقیق در محدوده ترکیب مجاز حساس هستند.