فازهای موجود در فولادهای آستنیتی

hamid_metallic

عضو جدید
فازهای موجود در فولادهای آستنیتی

كاربيد هاي M[SUB]23[/SUB]C[SUB]6[/SUB] در گريد هايي كه عمليات solution-annealed در دماي 500 تا 950 درجه سانتي گراد انجام گرفته شكل مي گيرند. و نرخ اين شكل گيري موقعي كه درجه حرارت بين 650 تا 700 درجه باشد شدت مي گيرد. رسوب گذاري ابتدا در مرزهاي آستنيت/ فريت دلتاδ اتفاق مي افتد و بعد در فصل مشتركهاي غير كوهرنت ( غير همسان ) در مرز دانه ها و دوقلويي ها شكل مي گيرد و در نهايت در مرز دوقلويي هاي كوهرنت رخ مي دهد. همچنين كاربيد M[SUB]23[/SUB]C[SUB]6[/SUB] ممكن است در مرز هاي آخال/ زمينه نيز رسوب كند. شكل ظاهري M[SUB]23[/SUB]C[SUB]6[/SUB] با درجه حرارت و زمان رسوب گذاري تغيير ميكند كه با رپليكا گيري ( استخراجي ) براحتي قابل بررسي است. در دماهاي پايين رسوب گذاري M[SUB]23[/SUB]C[SUB]6[/SUB] به شكل صفحه اي شكل ، پيوسته و باريك مي باشد و وقتي كه دماي رسوب گذاري به 600 تا 700 درجه سانتي گراد مي رسد ذرات دندريتي پر شكل در محل تلاقي مرز ها شكل مي گيرد. كه با گذشت زمان اين ذرات خشن تر و ضخيم تر مي شوند. در دماهاي بالاتر M23C6 در مرز هاي دانه به صورت ذرات كروي جداگانه تشكيل مي شوند كه شكل آنها تحت تاثير جهت گيري مرز، درجه ناجوري ( misfit ) و درجه حرارت قرار مي گيرد.
در دماهاي پايين به صورت شبكه در مرز دانه ها مشاهده مي شود و وقتي دما به 600-700 درجه سانتي گراد مي رسد به صورت دندريت هاي پر شكل در تقاطع مرز دانه ها شكل مي گيرد، كه با گذشت زمان اين رسوبات ضخيم تر و خشن تر مي شوند. ذرات M23C6 باند هاي دوقلويي غير كوهرنت به دو شكل لايه اي و يا ميله اي شكل مي باشد، در صورتيكه رسوب اين ذرات در مرز هاي دوقلويي كوهرنت به شكل صفحه اي مي باشد. كاربيدي كه در دماهاي پايين رسوب گذاري مي شود ، اغلب باعث كاهش مقاومت خوردگي بين دانه اي مي شود. در آلياژ هايي كه عمدا مقداري تيتانيوم و يا نيوبيوم اضافه مي شود ، مثل آلياژ هاي AISI 321 , 347 كاربيد هاي تيتانيوم و نيوبيوم نسبتا بيشتر از M23C6 تشكيل مي شوند. براي بهره مند شدن از مزيت فوق و گرفتن بهترين حالت ، بر روي نمونه ها عمليات solution-annealed به جهت پايداري و افزايش كاربيد هاي تيتانيوم و نيوبيوم انجام مي گيرد. اين عمليات بر روي آلياژ AISI 321 مرسوم و به اين صورت كه نمونه در دماهاي بين 845 تا 900 درجه سانتي گراد به مدت چندين ساعت نگهداري مي شود. كه در صورت اشتباه در جابجايي و STACKING كاربيد MC بين دانه اي بر روي زمينه شكل مي گيرد كه در بعضي مواقع نيز بر روي دانه رسوب مي كند. اضافه كردن تيتانيوم و نيوبيوم به جهت خنثي كردن كربن در محلول بايد به دقت صورت گيرد. در اينجا كاربيد هاي تيتانيوم و نيوبيوم مي توانند حاوي مقداري نيتروژن و يا اينكه هر يك به صورت نسبتا خالص تر تشكيل نيتريد دهند. نيتريد تيتانيوم معمولا به شكل ذرات مكعبي شكل و به رنگ زرد روشن قابل مشاهده مي باشد. كاربيد تيتانيوم به رنگي متمايل به خاكستري و با شكلهايي نسبتا با قاعده يافت مي شود. كربو نيتريد تيتانيوم نيز در حد متوسط و با تغيير نسبت كربن به نيتروژن به دست خواهد آمد. در فولاد هاي آستنيتي نيتريد كروم مشاهده نخواهد شد مگر در صورتي كه نمونه تحت شرايط محيط قرار گرفته و سطح نمونه غني از نيتروژن گردد و يا اينكه نيتروژن بيشتري در محيط اعمال شود.

فاز سيگما σ

امكان شكل گيري چندين فاز بين فلزي در اثر قرار دادن نمونه در دماهاي بالا وجود دارد. اين فاز ها ازتركيب عناصر گروه A مانند تيتانيوم، واناديوم، و كروم و عناصر گروه B مانند منگنز، آهن، كبالت و نيكل شكل مي گيرند. كه غالبا به شكل فاز سيگما ( σ ) كه براي اولين بار در سال 1927 مشاهده گرديد مي باشد. از ميان اين فاز ها σ ( سيگما ) ، χ ( چي ) ، η ( لاوز ) در اكثر فولاد هاي آستنيتي مهم شكل مي گيرند. اين ها فازهاي پايدار ترموديناميكي در آلياژهاي Fe-Ni-Cr(Mo) مي باشند. اين فاز ها به اضافه فاز گاما پرايم ، بتا ، و مو ، بيشتر در فولاد هاي پر آلياژ رسوب سختي داده شده از نوع سوپر آلياژ پايه آهن وجود دارند. گريد هاي آستنيتي كم آلياژ كه فاز دلتا فريت δ در آنها وجود ندارد در برابر تشكيل فاز سيگما مصون مي مانند، اما در آلياژ هاي با عناصر آلياژي زيادو آنهايي كه محتوي فاز دلتا فريت δ هستند تمايل به تشكيل فاز سيگما مي باشند. فاز سيگما معمولا به شكل FeCr مي باشد ، چنانچه تركيب آن كاملا پيچيده و مختلف و در رنج B4A تا BA4 مي باشد
بعضي از عناصر مشخص مانند سيليسيوم امكان تشكيل فاز سيگما را افزايش مي دهند. تاثير كار سرد نيز افزايش شكل گيري فاز سيگما در مراحل بعدي را در بر خواهد داشت.
از تركيب شيميايي مي توان تمايل آلياژ به تشكيل فاز سيگما را پيشگويي كرد. فاز سيگما ترد كننده بسيار قوي مي باشد كه تاثيرات آن در دما ي تقريبا زير 595 درجه سانتي گراد قابل مشاهده مي باشد. همچنين باعث كاهش مقاومت در مقابل اكسيدكننده هاي قوي مي گردد.
مورفولوژي فاز سيگما اساسا متفاوت مي باشد، و همچنين پهناي وسيعي از محلول هاي اچ جهت تشخيص فاز سيگما به كار مي روند. اما تشخيص به كمك روش تفرق اشعه x مطمئن ترين روش به حساب مي ايد ، زيرا شبكه كريستالي سيگما تتراگونال مي باشد كه در مقابل نور پلاريزه از خود واكنش نشان مي دهد.
شبكه كريستالي آن تتراگونال مي باشد كه در فرم هاي مختلف يافت مي شود.
Fe Cr Fe Mo Fe( Cr,Mo ) ( Fe,Ni)X(Cr,Mo)Y

فاز سيگما در دماهاي پايين 595 درجه سانتي گراد بسيار ترد و شكننده مي باشد . اين فاز در صورت قرار گرفتن نمونه در دماي 650-900 درجه سانتيگراد در زمان هاي طولاني شكل مي گيرد ، كه باعث كاهش مقاومت اكسيداسيون نمونه و ترد شدن آن مي شود.

اثرات فاز سيگما
يكي از مخربترين تاثيرات فاز سيگما كاهش تافنس مي باشد. در شكل 79 كتاب هند بوك استنلس نمودار كاهش تافنس بر اثر افزايش فاز سيگما نشان داده شده است. اين اثرات معمولا در دماهاي زير 595 يا 650 درجه سانتي گراد مطرح شده است. تركيب شيميايي سيگما در برابر اكسيد كننده هاي قوي مثل اسيد نيتريك غليظ شده داغ مقاوم نخواهد بود. در آلياژ هايي كه سيگما به طور متوسط در بين دانه ها قرار گرفته ، آلياژ تحمل خوردگي بين دانه اي را خواهد داشت. در شرايطي كه سيگما به شكل ظريف در داخل دانه ها پراكنده شده باشد، افزايش محدوده استحكام گرم را منجر خواهد شد.

فاكتور هاي موثر در شكل گيري فاز سيگما
كار سرد باعث تسريع در به وجود آمدن رسوبات واكنشي در فولاد هاي آستنيتي مي شود. كه اين مطلب در مورد فاز سيگما نيز صدق مي كند. هسته هاي فاز سيگما ابتدا در محل تلاقي دانه ها و سپس در مرز دانه ها شكل مي گيرد. افزايش تاثير كار سرد بر روي شكل گيري فاز سيگما به دليل كريستاليزاسيون مجدد دانه هاي ريز در طول شكل گيري فاز سيگما مي باشد.
تغييرات اوليه معمولا باعث افزايش ذرات سيگماي بين دانه اي نيز مي شوند. تغييرات ناشي از قرار گرفتن نمونه تحت خزش نيز باعث افزايش ذرات سيگماي بين دنه اي شود.سيگماي بين دنه اي معمولا ورقه اي شكل مي باشند كه به صورت سوزني شكل ظاهر مي شوند. دماي آنيلينگ اوليه نيز بر روي انرژي جنبشي شكل گيري فاز سيگما تاثير گذار مي باشد. دماي بالاي آنيلينگ معمولا باعث به تاخير افتادن شكل گيري فاز سيگما مي شود، كه اين اثر به دليل افزايش رشد دنه ها و افزايش مسير نفوذ مي باشد. در اين مورد يك استثنا وجود دارد و آن هم اين است كه در اثر افزايش دماي آنيلينگ فريت دلتا تشكيل شود ، در اين صورت شكل گيري فاز سيگما شدت مي گيرد. در حقيقت مي توان تصور كرد كه سيگما فقط از فاز دلتا شكل ميگيرد. زيرا در آلياژ هايي كه فريت زيادي دارند سينتيك شكل گيري فاز سيگما به طور قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد.
 
بالا