आयरन-कार्बन आरेख का क्या अर्थ है और विवरण के साथ समझाएं l चरण परिवर्तन l सूक्ष्म संरचनाएं l हीट ट्रीटमेंट l सामान्य औद्योगिक गर्मी उपचार l

14/08/202214/08/2022 पर Rathod Sunil द्वारा प्रकाशित

परिचय

आयरन- कार्बन डायग्राम तापमान का एक नक्शा है जिस पर कार्बन के संबंध में बहुत धीमी गति से हीटिंग और कूलिंग पर विभिन्न चरण परिवर्तन होते हैं।

आयरन- कार्बन आरेख दिखाता है

• बहुत धीमी गति से शीतलन के तहत बनने वाली मिश्र धातुओं के प्रकार।
• उचित गर्मी-उपचार तापमान।
• हीट-ट्रीटमेंट द्वारा स्टील्स और कास्ट आयरन के गुणों को मौलिक रूप से कैसे बदला जा सकता है।

संतुलन चरण आरेख: – वह आरेख है जो तापमान दबाव और संरचना के कार्य के रूप में प्रणाली में संतुलन में चरणों के बीच संबंध देता है। स्टील आयरन (Fe) और कार्बन (C) के मिश्र धातु हैं। Fe-C चरण आरेख काफी जटिल है लेकिन हम आरेख के केवल स्टील भाग को लगभग 6.67% C तक मानते हैं।

शुद्ध लोहे के एलोट्रोपिक रूप

गर्म करने पर शुद्ध लोहा पिघलने से पहले क्रिस्टल संरचना में दो बदलावों का अनुभव करता है। ये सभी एलोट्रोपिक परिवर्तन चरण आरेख के बाएं ऊर्ध्वाधर अक्ष के साथ स्पष्ट हैं।

• कमरे के तापमान पर फेराइट या α-iron नामक स्थिर रूप में BCC क्रिस्टल की संरचना होती है।
• फेराइट 912 डिग्री सेल्सियस पर एफसीसी ऑस्टेनाइट या -आयरन में एक बहुरूपी परिवर्तन का अनुभव करता है।
• यह ऑस्टेनाइट 1394 डिग्री सेल्सियस तक बना रहता है, जिस तापमान पर एफसीसी ऑस्टेनाइट वापस बीसीसी चरण में वापस आ जाता है जिसे δ-फेराइट कहा जाता है।
• फिर यह -फेराइट 1538 डिग्री सेल्सियस पर तरल में पिघल जाता है।

चरण उपस्थित

Fe-Fe3C चरण आरेख पांच व्यक्तिगत चरणों की विशेषता है

• कमरे के तापमान पर लोहे का स्थिर रूप।
• सी की अधिकतम घुलनशीलता 0.022 wt.% है
• 912 डिग्री सेल्सियस पर एफसीसी -ऑस्टेनाइट में बदल जाता है
• यह इंटरमेटेलिक यौगिक मेटास्टेबल है, यह कमरे टी पर अनिश्चित काल के लिए यौगिक के रूप में रहता है, लेकिन कई वर्षों के भीतर 650-700 डिग्री सेल्सियस पर α-Fe और सी ग्रेफाइट में बहुत धीरे-धीरे विघटित होता है।
• γ-ऑस्टेनाइट – FCC Fe में C का ठोस विलयन

• δ-फेराइट – BCC Fe में C का ठोस विलयन
• α-ferrite . के समान संरचना
• केवल उच्च T पर स्थिर 1394 °C . से ऊपर
• 1538 °C . पर पिघलता है
• Fe3C आयरन कार्बाइड या सीमेंटाइट

अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाएं

• पैराटैक्टिक प्रतिक्रिया 1495 डिग्री सेल्सियस और 0.16% सी δ-फेराइट + एल ↔ -आयरन ऑस्टेनाइट पर
• मोनोटेक्टिक प्रतिक्रिया 1495 डिग्री सेल्सियस और 0.51% सी, एल ↔ एल + γ-आयरन ऑस्टेनाइट पर
• यूक्टेक्टिक प्रतिक्रिया 1147 डिग्री सेल्सियस और 4.3% सी, एल ↔ -लोहा + Fe3C सीमेंटाइट लेडेबुराइट पर
• यूटेक्टॉइड अभिक्रिया 723 °C और 0.8% C -लोहा α-ferrite + Fe3C सीमेंटाइट पर्लाइट पर।

परिवर्तन तापमान

• A1 = तापमान जिस पर हीटिंग के दौरान ऑस्टेनाइट बनना शुरू होता है
• A2 = तापमान जिस पर लोहा गैर चुंबकीय हो जाता है
• A3 = तापमान जिस पर हीटिंग के दौरान लोहे का ऑस्टेनाइट में परिवर्तन पूरा हो जाता है
• A4 = तापमान जिस पर ऑस्टेनाइट डेल्टा फेराइट में बदल जाता है
• Am = वह तापमान जिस पर ऑस्टेनाइट में सीमेंटाइट का विलयन पूर्ण होता है

चरण परिवर्तन

संतुलन की स्थिति में प्रो-यूटेक्टॉइड फेराइट 0.8 प्रतिशत कार्बन युक्त लौह-कार्बन मिश्र धातुओं में बनेगा। शुद्ध लोहे में 912 डिग्री सेल्सियस पर प्रतिक्रिया होती है लेकिन Fe-C मिश्र धातुओं में 912 डिग्री सेल्सियस और 723 डिग्री सेल्सियस के बीच होती है। पर्लाइट नाभिक ऑस्टेनाइट अनाज की सीमाओं पर होते हैं लेकिन यह स्पष्ट है कि वे प्रो-यूटेक्टॉइड फेराइट और सीमेंटाइट दोनों से भी जुड़े हो सकते हैं। वाणिज्यिक स्टील्स में पर्लाइट नोड्यूल समावेशन पर न्यूक्लियेट कर सकते हैं।

यूटेक्टॉइड रिएक्शन (पर्लाइट फॉर्मेशन)

• ऑस्टेनाइट Fe3C को यूटेक्टॉइड परिवर्तन तापमान 727°C पर अवक्षेपित करता है।
• ठंडा होने पर धीरे-धीरे पर्ललाइट बनता है जो फेराइट (ए) से बना एक सूक्ष्म-घटक है और सीमेंटाइट Fe3C मोती की माँ जैसा दिखता है। g a + Fe3C कूलिंग हीटिंग।

स्टील्स और कास्ट आयरन का वर्गीकरण

लौह-कार्बन मिश्र धातु जिसमें 0.008 और 2.14 wt. के बीच होता है। % C को स्टील्स के रूप में वर्गीकृत किया गया है। हाइपो यूटेक्टॉइड स्टील्स 0.008 – 0.8% सी हाइपर यूटेक्टिक स्टील्स 0.8 – 2.1% सी कास्ट आयरन को लौह मिश्र धातुओं के रूप में वर्गीकृत किया जाता है जिसमें 2.14 और 6.70 वाट के बीच होता है। % सी। हालांकि वाणिज्यिक कच्चा लोहा में सामान्य रूप से 4.5 wt. से कम होता है। % सी. हाइपो यूटेक्टिक द कास्ट आयरन 2.1 – 4.3% सी हाइपर यूटेक्टिक द कास्ट आयरन 4.3 – 6.67% सी।

सूक्ष्म संरचना

ऑस्टेनाइट: – या γ -आयरन चरण – ऑस्टेनाइट उच्च तापमान चरण है और इसमें एक फेस द सेंटर्ड क्यूबिक (FCC) संरचना होती है जो कि क्लोज पैक्ड संरचना होती है। -लोहा में अच्छी ताकत और कठोरता होती है लेकिन यह 723 oC से नीचे अस्थिर होता है।

फेराइट:-या α-आयरन चरण – यह अपेक्षाकृत नरम निम्न तापमान चरण है और स्थिर संतुलन चरण है। फेराइट स्टील्स में आम घटक है और इसमें बॉडी सेंटर क्यूबिक (बीसीसी) संरचना होती है जो कि फेस सेंटर क्यूबिक (एफसीसी) से कम घनी होती है। α-लोहा नरम नमनीय होता है और इसमें कम ताकत और अच्छी क्रूरता होती है।

सीमेंटाइट:- Fe3C या आयरन कार्बाइड है। यह Fe और C का मध्यवर्ती यौगिक है। इसकी एक जटिल ऑर्थोरोम्बिक संरचना है और यह मेटास्टेबल चरण है। यह कठोर भंगुर होता है और इसमें कम तन्यता ताकत, अच्छी संपीड़न शक्ति और कम क्रूरता होती है.

पर्लाइट :- फेराइट-सीमेंटाइट फेज मिश्रण है। इसकी एक विशिष्ट उपस्थिति है और इसे सूक्ष्म संरचनात्मक इकाई या सूक्ष्म घटक के रूप में माना जा सकता है। यह बारी-बारी से फेराइट और सीमेंटाइट लैमेला का एक समुच्चय है जो 723 oC से नीचे विस्तारित होल्डिंग के बाद फेराइट मैट्रिक्स के साथ बिखरे हुए सीमेंटाइट कणों में गोलाकार या मोटे को पतित करता है। यह एक यूटेक्टॉइड है और इसमें बॉडी सेंटर क्यूबिक (BCC) संरचना है। यह Fe और C का आंशिक रूप से घुलनशील घोल है। इसमें उच्च शक्ति और कम क्रूरता है। Fe-C प्रणाली के गैर-संतुलन जमने की स्थिति में निम्नलिखित मुख्य सूक्ष्म संरचनाएँ बन सकती हैं।

• Martensitic
• बिनाटे
• सोर्बिटोल
• ट्रोस्टाइट

मार्टेंसिटिक:- फेराइट में कार्बन का अति-संतृप्त ठोस विलयन है। यह तब बनता है जब स्टील को इतनी तेजी से ठंडा किया जाता है कि ऑस्टेनाइट से पर्लाइट में परिवर्तन दबा दिया जाता है। इंटरस्टीशियल कार्बन परमाणु बॉडी सेंटर क्यूबिक (बीसीसी) फेराइट को बीसी-टेट्रागोनल संरचना (बीसीटी) में विकृत कर देते हैं। बुझती स्टील की कठोरता के लिए जिम्मेदार।

आयरन कार्बन आरेख का महत्व

• लौह कार्बन मिश्र धातु प्रणाली में कार्बन की घुलनशीलता
• विभिन्न चरण और सूक्ष्म संरचनाएं मौजूद हैं
• Fe-C प्रणाली में विभिन्न कार्बन संरचना के लिए परिवर्तन तापमान
• अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाएं और स्टील्स के वर्गीकरण ने लोहे को कास्ट किया

क्यों गर्मी उपचार

अलग-अलग तरीके से सादे कार्बन को गर्म किया जाता है और स्टील के यांत्रिक गुणों के विभिन्न संयोजनों को ठंडा किया जा सकता है। परिणामी यांत्रिक गुण सूक्ष्म संरचना में परिवर्तन के कारण होते हैं। गुण सूक्ष्म संरचना को बदलकर सिलवाया जा सकता है। सूक्ष्म संरचना का विकास तत्काल नहीं होता है और परमाणुओं के प्रसार द्वारा नियंत्रित होता है।

इज़ोटेर्मल परिवर्तन(Isothermal Transformation)

• यूटेक्टॉइड स्टील के लिए आरेख में ए से टी 1 तक तेजी से ठंडा करने पर विचार करें और होने के लिए यूटेक्टॉइड प्रतिक्रिया के लिए स्टील को इस तापमान पर रखें।
• यूटेक्टॉइड प्रतिक्रिया इज़ोटेर्मली (0.78 wt%C) → α (0.02%C) + Fe 3 C (6.70%C) होगी।
• ऑस्टेनाइट समय पर फेराइट और सीमेंटाइट में बदल जाएगा।
• कार्बन फेराइट से सीमेंटाइट में विसरित होता है।
• तापमान कार्बन के प्रसार की दर को प्रभावित करता है।

समय‐तापमान‐परिवर्तन आरेख

• टीटीटी आरेख इज़ोटेर्मल परिवर्तन निरंतर टी हैं – सामग्री को दिए गए तापमान पर जल्दी से ठंडा किया जाता है फिर परिवर्तन होता है।
• पर्लाइट में फेराइट और सीमेंटाइट की परतों की मोटाई ~ 8:1 है। निरपेक्ष परत की मोटाई परिवर्तन के तापमान पर निर्भर करती है। उच्च तापमान परतों को मोटा करता है।
• उच्च टी। एस-आकार के वक्र धीमी न्यूक्लिएशन और उच्च परमाणु प्रसार के प्रभुत्व वाले लंबे समय तक परिवर्तन में स्थानांतरित हो गए। अनाज की वृद्धि परमाणु प्रसार द्वारा नियंत्रित होती है।
• उच्च तापमान पर उच्च प्रसार दर बड़े अनाज के विकास और पर्लाइट कोर्स की मोटी परत वाली संरचना के गठन की अनुमति देती है।
• कम तापमान पर परिवर्तन तेजी से न्यूक्लियेशन द्वारा नियंत्रित होता है लेकिन परमाणु प्रसार को धीमा कर देता है। न्यूक्लियेशन को सुपरकोलिंग द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
• कम तापमान पर धीमी गति से प्रसार पर्लाइट फाइन द पर्लाइट की पतली-स्तरित संरचना के साथ महीन-दानेदार माइक्रोस्ट्रक्चर की ओर जाता है।
• यूटेक्टॉइड के अलावा अन्य रचनाओं में एक प्रोयूटेक्टॉइड चरण फेराइट या सीमेंटाइट पर्लाइट के साथ सह-अस्तित्व में है।
• यदि परिवर्तन तापमान टीटीटी वक्र की नाक के नीचे काफी कम (≤540 डिग्री सेल्सियस) है, तो प्रसार दर बहुत कम हो जाती है
• ऐसी परिस्थितियों में पर्लाइट का निर्माण संभव नहीं है और एक अलग फेज बाइनेट बनता है।

सामान्य औद्योगिक ताप उपचार

• ऑस्टेनिटाइज़िंग तापमान से धीमी गति से ठंडा करना। उत्पाद पर्लाइट को मोटा कर देता है।
• ऑस्टेनिटाइज़िंग तापमान से नॉर्मलाइज़िंग एयर कूलिंग। उत्पाद फाइन द पर्लाइट
• बुझाना और गुस्सा। ऑस्टेनिटाइज़िंग तापमान से तेज़ पानी या तेल को ठंडा करें। उत्पाद: साइट को मारें। बुझे हुए स्टील्स की लचीलापन बढ़ाने के लिए T <A1 को तड़के से गर्म करना।
• मार्च तड़के। M s के ऊपर T को बुझाएं और तब तक भिगोएँ जब तक कि सभी स्टील सेक्शन उस तापमान पर न हो जाएँ, फिर परिवेश के तापमान पर बुझाएँ। उत्पाद: साइट मार्टन।
• Au तड़के। एम एस के ऊपर टी को बुझाएं और चरण परिवर्तन होने तक भिगो दें। उत्पाद बिनेट।

शमन(Quenching)

स्टील को सख्त करने का सबसे आम तरीका। इसमें ऑस्टेनाइजिंग तापमान हाइपो यूटेक्टॉइड स्टील को गर्म करना और शुद्ध मार्टेन साइट प्राप्त करने के लिए फेराइट पर्लाइट या बाइनेट के गठन से बचने के लिए पर्याप्त तेजी से ठंडा करना शामिल है।

मार्टन साइट (α’) में विकृत बीसीटी संरचना है। यह अध्ययन की गई संरचनाओं में सबसे कठिन है। 100% मार्टन साइट पर उच्च कठोरता प्राप्त की जाती है। साइट की कठोरता पूरी तरह से स्टील की कार्बन सामग्री पर निर्भर करती है। कार्बन की मात्रा जितनी अधिक होगी, कठोरता उतनी ही अधिक होगी। मार्टन साइट बहुत भंगुर है और किसी भी आवेदन के लिए सीधे बुझने के बाद उपयोग नहीं किया जा सकता है। तड़के के रूप में जाना जाने वाला गर्मी के बाद के उपचार को लागू करके मार्टन साइट की भंगुरता को कम किया जा सकता है।

टेम्परिंग(Mar Tempering)

स्टील में क्वेंच दरारों के गठन को रोकने के लिए एक प्रक्रिया। स्टील के एम एस से अधिक तापमान पर जितनी जल्दी हो सके कूलिंग की जाती है। स्टील को टी> एम एस पर तब तक बनाए रखा जाता है जब तक कि स्टील घटक की आंतरिक कोर और बाहरी सतह एक ही तापमान पर न हो, तब स्टील को एमएफ से नीचे ठंडा किया जाता है ताकि साइट को 100% मार्टन प्राप्त किया जा सके। तड़के से इस स्टील की तन्यता बढ़ाने की जरूरत है।

औ तड़के(Au Tempering)

स्टील में क्वेंच दरारों के गठन को रोकने के लिए एक प्रक्रिया। स्टील के एमएस से अधिक तापमान पर जितनी जल्दी हो सके कूलिंग की जाती है। स्टील को T>M S पर तब तक बनाए रखा जाता है जब तक कि ऑस्टेनाइट 100% बाइनेट में परिवर्तित न हो जाए। उपचार के बाद तड़के लगाने की कोई आवश्यकता नहीं है।

कड़ा करना(Hardenability)

हार्डनेबिलिटी Fe C मिश्र धातु की शीतलन के दौरान मार्टन साइट में बदलने की क्षमता है। यह मिश्र धातु संरचना और शमन मीडिया पर निर्भर करता है। कठोरता को कठोरता के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए। दर का एक गुणात्मक माप जिस पर सतह से दूरी के साथ कठोरता कम हो जाती है क्योंकि मार्टेन साइट की सामग्री कम हो जाती है। उच्च कठोरता का अर्थ है मिश्र धातु की क्षमता नमूना की मात्रा के दौरान एक उच्च मार्टन साइट सामग्री का उत्पादन करने के लिए कठोरता को मानक प्रक्रिया बेलनाकार नमूना में किए गए जिमिनी एंड-क्वेंच परीक्षण द्वारा मापा जाता है, विशिष्ट प्रवाह दर पर पानी की शमन की स्थिति शमन की स्थिति। और तापमान.

संरचनाओं की परिभाषा

• मार्टन फेराइट में कार्बन के अति-संतृप्त ठोस विलयन को स्थान देते हैं।
• यह तब बनता है जब स्टील को इतनी तेजी से ठंडा किया जाता है कि ऑस्टेनाइट से पर्लाइट में परिवर्तन को दबा दिया जाता है।
• उनके अंतरालीय कार्बन परमाणु बीसीसी फेराइट को बीसी-टेट्रागोनल संरचना (बीसीटी) में विकृत कर देते हैं जो स्टील को बुझाने की कठोरता के लिए जिम्मेदार होता है।

संरचनाओं की परिभाषा

• लेडेबुराइट ऑस्टेनाइट और सीमेंटाइट का यूक्टेक्टिक मिश्रण है
• इसमें 4.3 प्रतिशत C होता है और यह 1130°C पर बनता है।

आयरन-कार्बन आरेख

तापमान का वह मानचित्र जिस पर बहुत धीमी गति से गर्म होने पर और कार्बन के संबंध में ठंडा होने पर भिन्न-भिन्न चरण परिवर्तन होते हैं, कहलाते हैं।

आयरन- कार्बन आरेख दिखाता है

• बहुत धीमी गति से शीतलन के तहत बनने वाली मिश्र धातुओं के प्रकार।
• उचित गर्मी उपचार तापमान
• स्टील्स और कास्ट आयरन के गुण कैसे?