ریز ساختار فولادها

فولاد یک ماده چند کریستالی است و دارای عیوب طبقه بندی شده در ابعاد: نقطه (جاهای خالی، اتم های بین نشین و جانشین)، خطی (نابجایی)، مسطح (مرز دانه) و حجمی (نوارهای برشی، نوارهای نابجایی و نوارهای انتقالی) است. عیوب نقطه ای در دسته نقص اتمی قرار می گیرند و سه نوع مختلف دارند: جاهای خالی، اتم های جانشینی و بین نشینی است. جای خالی یک اتم مفقود در شبکه کریستالی است که نقص اتمی جانشینی یک اتم خارجی است که جایگزین می شود، اتم والد در یک محل شبکه و ناهمگنی ایجاد می کند. در مورد شبکه آهن، اتم های منگنز برخی از محل های شبکه آهن را به عنوان اتم های جایگزین اشغال می کنند زیرا اندازه اتمی آن مشابه اتم های آهن است، و در مورد نوع بینابینی، C و N موقعیت های اتمی بین نشینی را در شبکه فریت آهن اشغال می کنند.

زیرا اندازه آنها از اتم های آهن کوچکتر است. عیوب خط، نابجایی هایی هستند که با قرار دادن یک نیم صفحه اضافی یا برش شبکه مکعبی ایجاد می شوند. به عنوان مثال، هنگامی که شبکه در طول تولید آنیل بعد از نورد و سپس بیشتر تغییر می کند، نابجایی ها در طول حرارت فلز ایجاد می شوند. برهمکنش نابجایی ها و ذرات فاز دوم یا مرزهای دانه در طول تغییر شکل قابل توجه است. در طول تغییر شکل، نابجایی‌ها در مقابل مرزهای دانه‌ها انباشته می‌شوند.

تغییر حجم آستنیت به مارتنزیت باعث تغییر شکل پلاستیک دانه‌های فریت مجاور می‌شود و بنابراین، چگالی بالایی از نابجایی های بدون سنجاق در مجاورت مارتنزیت ایجاد می‌کند که نابجایی های هندسی ضروری[1] (GND) گفته می شود، همانطور که به طور کیفی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد مطالعه قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) معمولاً برای بررسی نابجایی ها و ساختار آنها در مقیاس نانومتری استفاده می شود. نابجایی ها از نابجایی های هندسی ضروری (GND) و نابجایی های ذخیره شده آماری[1] (SSD) تشکیل شده اند.

Geometrically Necessary Dislocation (GND)1

2 Statistically Stored Dislocation (SSD)

طبقه بندی نابجایی ها در یک مفهوم کلی، تغییر شکل پلاستیک یک پلی کریستال با تشکیل، حرکت، نابودی و/یا ذخیره نابجایی ناهمگن انجام می شود. ذخیره نابجایی ناهمگن را می توان در مقیاس های طولی مختلف مشاهده کرد.هنگامی که در مورد فلزات و آلیاژهای خالص با انرژی نقص چیدن بالا صحبت می شود، در مقیاس طول میکروسکوپی، ساختار نابجایی سلولی به طور معمول شکل می گیرد که در آن مناطق نسبتاً بدون نابجایی توسط دیوارهای نابجایی احاطه می شوند این دیوارهای نابجایی به عنوان نابجایی‌های انباشته/ذخیره شده شکل می‌گیرند که خود را در پیکربندی‌های انرژی مطلوب قرار می‌دهند.در مقیاس طول مزوسکوپی، یک پلی کریستال که شامل دانه‌هایی با جهت‌گیری‌های مختلف است، دارای گرادیان‌های بین دانه‌ای و درون دانه‌ای میکروکرنش است که ناشی از ناهمسانگردی پلاستیکی ذاتی دانه‌ها است. از آنجایی که تجمع نابجایی تقریباً متناسب با سطح کرنش پلاستیک اعمال شده در محدوده کرنش مورد نظر است، این ناهمسانگردی به طور طبیعی منجر به تغییرات بین دانه‌ای در چگالی و توزیع نابجایی‌ها در سراسر ریزساختار می‌شود. رفتار نابجایی مزوسکوپی زمانی که به مفهوم سازگاری کرنش پرداخته شود، پیچیده تر می شود. شکل 2-2 به طور شماتیک نشان می دهد که چگونه تغییرات بین دانه ای در پاسخ پلاستیک دانه های با جهت گیری متفاوت در یک ساختار پلی کریستالی مطابق با مدل تک لغزش ارائه شده توسط اشبی قرار می گیرد[3].

شکل۲:شماتیک حضور نابجایی در ریزساختار