hakkında şirket haberleri Endüstriyel Çelik Üretiminde Kullanılan Yaygın Metalografik Yapıların Kapsamlı Açıklaması

一、Temel katı çözelti yapısı

1. Östenit（A [Feγ (C)] ）

Östenit, karbon ve alaşım elementlerinin γ -Fe içinde çözünmesiyle oluşan bir katı çözeltidir. Alaşımlı çelik sisteminde, karbon ve çeşitli alaşım elementlerinin γ -Fe içinde birlikte çözündüğü kararlı bir yapıdır. Belirgin özelliği mükemmel plastisite olup, sertliği ve akma noktası nispeten düşüktür; tipik olarak 170 ila 220HB arasında değişen Brinell sertlik değerlerine sahiptir. Çelikler arasında en küçük öz hacme sahip mikroyapıdır. Yüksek sıcaklık koşullarında östenit, karbonu çözme konusunda güçlü bir yeteneğe sahiptir. 1147°C'de çözünen karbon miktarı %2,11'e ulaşabilir ve sıcaklık 727°C'ye düştüğünde çözünen karbon miktarı %0,77'ye düşer. Metalografik mikroskop altında östenit, γ -Fe'nin yüzey merkezli kübik kafes yapısını koruduğu için düzenli çokgen bir şekil sergiler. Bu mikroyapı, çeliğe mükemmel soğuk şekillendirme özellikleri kazandırır. Dövme ve haddeleme gibi sıcak şekillendirme işlemleri sırasında, östenitin varlığı çeliğin plastik deformasyonuna yardımcı olur.

2. Ferrit（F [Feα (C)] ）

Ferrit, karbon ve alaşım elementlerinin α -Fe içinde çözünmesiyle oluşan bir katı çözeltidir. Performansı saf demirinkine benzer, nispeten düşük bir sertliğe sahiptir, yaklaşık 80 ila 100HB arasında değişir, ancak mükemmel plastisiteye sahiptir. Alaşım elementleri ferritte çözündüğünde, çeliğin mukavemetini ve sertliğini etkili bir şekilde artırabilirler. 727°C'de karbonun ferritteki çözünürlüğü sadece %0,022'dir ve oda sıcaklığında %0,008 kadar düşüktür. Ferrit, α -Fe'nin hacim merkezli kübik kafes yapısını korur ve metalografik yapılarda saf metallerin tipik çokyüzlü metalografik özelliklerini sergiler. Ferritin varlığı, çeliğe iyi bir tokluk ve soğuk şekillendirilebilirlik kazandırır ve genellikle yüksek plastisite gereksinimleri olan yapısal bileşenlerde kullanılır.

二、Bileşikler ve karışık yapılar

1. Sementit（Fe₃C ）

Demir ve karbondan oluşan bir bileşik olan sementit, demir karbür olarak da bilinir. Oda sıcaklığında, demir-karbon alaşımlarındaki karbonun çoğu sementit formunda bulunur. Demir-karbon denge diyagramına göre, sementit, çökelme yolu ve morfolojisine göre üç tipe ayrılabilir: Birincil sementit, CD çizgisi boyunca sıvıdan kristalleşir ve çökelir, çoğunlukla sütun şeklinde görünür; İkincil sementit, ES çizgisi boyunca γ -katı çözeltilerden çökelir ve genellikle beyaz bir ağ şeklinde görünür. Üçüncül sementit, PQ çizgisi boyunca α -katı çözeltiden çökelir ve çoğunlukla beyaz bir ağdır. Sementit, düşük sıcaklık ortamlarında zayıf manyetizmaya sahiptir. Sıcaklık 217°C'yi aştığında manyetizması kaybolur. Erime noktası yaklaşık 1600°C'dir ve karbon içeriği %6,67'dir. Sementitin sertliği son derece yüksektir, 700HB'yi aşar, ancak son derece kırılgandır ve neredeyse hiç plastisiteye sahip değildir. Çelikte, sementitin morfolojisi ve dağılımı, çeliğin mukavemeti, sertliği ve aşınma direnci üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Örneğin, granüler sementit, belirli bir mukavemeti korurken çeliğin tokluğunu artırabilir.

2. Perlit（P ）

Perlit, ferrit ve sementitin mekanik bir karışımıdır ve karbon içeriği %0,77 olan karbon çeliğinin ötektoid dönüşümünün ürünüdür. Mikroyapısı, ferrit ve sementitin dönüşümlü olarak düzenlendiği bir lamelli yapıdır. Perlit tabaka aralığının boyutu, östenitin ayrışması sırasında soğuma derecesine bağlıdır. Soğuma derecesi ne kadar büyük olursa, oluşan perlit tabaka aralığı o kadar küçük olur. Tabaka aralığındaki farklılıklara göre, daha fazla perlit, sorbit ve troostit olarak sınıflandırılabilir, ancak esasen hepsi perlit tipi yapılardır. Kaba lamelli perlit, 650-700 °C'lik yüksek sıcaklık aralığında östenitin ayrışmasının ürünüdür ve yaklaşık 190-230 HB sertliğe sahiptir. Fe₃C tabakaları, genel bir metalografik mikroskop (500 katın altında büyütme) kullanılarak ayırt edilebilir. Sorbit, 600-650 °C sıcaklık aralığında östenitin ayrışmasının ürünüdür ve yaklaşık 240-320HB sertliğe sahiptir. Fe₃C tabakalarını ayırt etmek için yüksek güçlü bir mikroskop (1000 kat büyütülmüş) gerektirir. Troostenit, 550-600 °C'lik yüksek sıcaklıklarda östenitin ayrışmasının ürünüdür ve yaklaşık 330-400 HB sertliğe sahiptir. Fe₃C tabakaları sadece bir elektron mikroskobu (10.000 kat büyütülmüş) aracılığıyla ayırt edilebilir. Küreselleştirme tavlaması veya yüksek sıcaklıkta temperleme gibi belirli ısıl işlem koşulları altında, sementit, ferrit matris üzerinde granüler formda eşit olarak dağıtılabilir ve küresel perlit olarak da bilinen küresel perlit oluşturur. Bu mikroyapı, çeliğin işlenebilirliğini ve tokluğunu etkili bir şekilde iyileştirebilir.

3. Martensit（M ）

Martensit, α -Fe içinde karbonun aşırı doygun bir katı çözeltisidir. Çelik, yüksek sıcaklıkta östenitleştirme işlemine tabi tutulduğunda ve martensit noktasının altında son derece hızlı bir oranda soğutulduğunda, düşük sıcaklık ortamlarında γ -Fe'nin kararsız yapısı nedeniyle, hızla α -Fe'ye dönüşecektir. Ancak, son derece hızlı soğuma hızı nedeniyle, çelikteki karbon atomlarının yayılması için zaman yoktur, böylece yüksek sıcaklıklarda ana fazın östenit bileşimi korunur. Bu nedenle, martensit, östenitleştirmeden sonra çeliğin martensit noktasının altında hızla soğutulduğunda meydana gelen, yayılmasız bir faz dönüşümünün ürünüdür. Martensit, metastabil bir durumdadır. α -Fe'de karbonun aşırı doygunluğu nedeniyle, α -Fe'nin hacim merkezli kübik kafesi bozulur ve hacim merkezli kare bir kafes oluşur. Bu, martensite yaklaşık 640 ile 760HB arasında son derece yüksek bir sertlik kazandırır, ancak aynı zamanda düşük darbe tokluğu ile son derece kırılgan hale getirir ve alan ve uzamanın azalması neredeyse sıfıra yakındır. Aşırı doygun karbonun neden olduğu kafes bozulması nedeniyle, martensitin özgül hacmi östenitinkinden daha büyüktür. Martensit çelikte oluştuğunda, nispeten büyük bir faz dönüşüm gerilimi oluşturacaktır. Normal su verme işlemi koşullarında, martensit metalografik yapıda birbirine belirli açılarda beyaz iğne benzeri yapılar sunar. Ancak, tüm martensitik yapılar sert ve kırılgan değildir. Örneğin, manganez, krom, nikel ve molibden gibi alaşım elementleri içeren düşük alaşımlı yüksek mukavemetli çelikler, su verme ve temperleme işleminden sonra temperlenmiş düşük karbonlu martensit mikroyapısına sahiptir. Bu yapı, yüksek mukavemeti iyi toklukla birleştirir ve inşaat, mekanik imalat ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır.

• Özel metalografik yapı
  
  1. Beynit（B ）

Beynit, orta sıcaklık aralığında (yaklaşık 250-450 °C) soğutulmuş östenitin faz dönüşümü ile oluşan aşırı doygun ferrit ve sementitin bir karışımıdır. Beynit, oluşum sıcaklığındaki farklılığa göre daha fazla üst beynit ve alt beynit olarak sınıflandırılabilir. Üst beynit, perlit oluşum sıcaklığına yakın bir mikroyapıdır. Özelliği, α -Fe tabakalarının, tane sınırlarından başlayarak taneler içinde aynı yönde paralel olarak düzenlenmesi, sementit parçacıklarının tabakalar arasında serpiştirilmesidir. Metalografik yapıda tüy benzeri görünür ve simetrik veya asimetrik olabilir. Üst beynitin mukavemeti, aynı sıcaklıkta oluşan ince lamelli perlitten daha düşüktür ve daha kırılgandır. Alt beynit, yaklaşık 300°C'de oluşan ve metalografik yapılarda siyah iğne benzeri yapılar olarak görünen bir yapıdır. Hem üst hem de alt beynit, esasen ferrit ve sementitin kombinasyonlarıdır, ancak morfolojileri ve karbür dağılımları farklıdır. Alt beynitin mukavemeti, aynı sıcaklıktaki temperlenmiş martensitinkine benzer ve kapsamlı performansı üst beynitinkinden daha üstündür. Bazı durumlarda, temperlenmiş martensitden bile daha iyidir. Orta karbonlu çelikten yapılmış şaft parçaları gibi, mukavemet ve tokluğun iyi bir uyumunu gerektiren bazı parçalar için, uygun ısıl işlem yoluyla alt beynit yapısı elde etmek, parçaların hizmet ömrünü artırabilir.

2. Widmanstatten Organizasyonu

Widmanstatten yapısı genellikle hipoötektoid çelikte meydana gelir. Çeliğin aşırı ısınması ve kaba taneli östenitin oluşması nedeniyle oluşur. Belirli soğuma koşullarında, orijinal östenit tanelerinin sınırlarında masif α -Fe'nin çökelmesine ek olarak, tanelerin iç kısmına tane sınırlarından büyüyen plaka benzeri α -Fe de olacaktır. Bu pul pul α -Ücretler, orijinal östenitle belirli bir kristal yönelim ilişkisine sahiptir ve tanelerde birbirine belirli bir açıda veya birbirine paralel olan pul pul formlar olarak görünür ve bu da genellikle hipoötektoid çeliğin Widmanstatten yapısı olarak adlandırılır. Aşırı ısıtılmış hipoötektoid çelik, nispeten hızlı bir soğuma oranında Widmanstatten yapısı geliştirme eğilimindedir. Widmanstatten yapısı şiddetli olduğunda, çeliğin darbe tokluğunda ve alan azalmasında önemli bir azalmaya yol açacak ve çeliği kırılgan hale getirecektir. Ancak, tam tavlama işlemi ile Welmanstatten yapısı ortadan kaldırılabilir ve çeliğin özellikleri geri yüklenebilir. Çelik üretim sürecinde, ısıtma sıcaklığını ve soğuma hızını kontrol etmek, Widmanstatten yapısının oluşumunu önlemenin anahtarıdır.

3. Bantlı doku

Bantlı yapı, sıcak şekillendirmeden sonra düşük karbonlu yapısal çeliğin bir mikroyapı özelliğidir, özellikle işleme yönüne paralel katmanlar halinde dağıtılan ferrit ve perlitten oluşan bantlı bir yapı olarak kendini gösterir. Bu mikroyapı, çeliğin mekanik özelliklerinin anizotropi göstermesine neden olacaktır. Çeliğin performansında, şerit yönüne paralel ve dik yönde farklılıklar vardır ve aynı zamanda çeliğin darbe tokluğunu ve alan azalmasını da azaltacaktır. Çelik haddeleme işlemi sırasında, son haddeleme sıcaklığını, soğuma hızını ve makul haddeleme oranını ve diğer işlem parametrelerini kontrol ederek, bantlı yapının oluşumu azaltılabilir veya önlenebilir.

4. δ fazı

δ fazı, özellikle niyobyum ve titanyum gibi elementler içeren krom-nikel paslanmaz çelikte bulunan az miktarda ferrittir. Östenitik paslanmaz çelikte, δ fazı önemli bir rol oynar. Paslanmaz çelik kaynaklarında kristal çatlakların oluşumunu etkili bir şekilde önleyebilir, taneler arası korozyon ve gerilme korozyonu eğilimini azaltabilir ve aynı zamanda paslanmaz çeliğin mukavemetini artırabilir. Ancak, δ ferrit miktarı belirli bir sınırı (örneğin, %8'den fazla) aştığında, paslanmaz çeliğin çukurlaşma eğilimini artıracaktır. Ayrıca, yüksek sıcaklık koşullarında, δ fazı σ fazına dönüşme eğilimindedir ve bu dönüşüm metal gevrekleşmesine neden olabilir. Paslanmaz çeliğin bileşimini tasarlarken ve ısıl işlem sürecini formüle ederken, faydalı ve zararlı etkilerini dengelemek için δ fazının içeriğini hassas bir şekilde kontrol etmek gerekir.

5. σ fazı

σ - fazı, Fe-Cr alaşımlarının gevreklik olgusunu incelerken bir alaşım fazı olarak keşfedildi. Oda sıcaklığında, σ fazı manyetik değildir ve sert ve kırılgan olma özelliklerine sahiptir. σ fazı alaşımda bulunduğunda, özellikle tane sınırları boyunca dağıldığında, çeliğin plastisitesini ve tokluğunu önemli ölçüde azaltacaktır. σ fazı genellikle, kademeli olarak oluşması için 550-900 °C'lik yüksek sıcaklık ortamını nispeten uzun bir süre gerektirir ve oluşum süreci, malzemenin kullanımındaki performansının bozulmasına yol açacaktır. σ fazının oluşumu, çeliğin bileşimi (krom ve nikel gibi elementlerin içeriği dahil), mikroyapısı, ısıtma sıcaklığı, tutma süresi ve ön deformasyon gibi birçok faktörle ilgilidir. Yüksek kromlu ve nikel-kromlu paslanmaz çeliklerde, krom içeriği ne kadar yüksekse, σ fazının oluşumu o kadar kolay olur. Ek olarak, östenitik çelikteki δ ferrit, σ fazına dönüşme eğilimindedir ve soğuk deformasyon süreci de σ fazının oluşumunu teşvik ederek, σ fazının oluştuğu sıcaklık aralığının aşağı doğru kaymasına neden olur. Paslanmaz çeliğin üretimi ve uygulamasında, σ fazının oluşumunu yakından izlemek ve makul proses kontrolü yoluyla malzeme özellikleri üzerindeki olumsuz etkilerini önlemek gerekir.