1

–טיפולים תרמיים של פלדות

T.T.T דיאגרמת   

1 .

מטרה

 

  .הכרת מעברי פאזות וטיפולים תרמיים חשובים בפלדות

  

2 .

רקע תיאורט

י

 

הפלדות מהוות עד היום את

 

 אחת  המתכות השכיחות

 

.  ביותר לשימושים הנדסיים

 

הסיבות 

 

, לכך

 

, ראשית ברזל הוא יסוד שכיח למדי בקרום כדור הארץ

 

שנית התכונות המכ

 

אניות של 

 

נתכי ברזל נתונות לשליטה 

 

בשל

 

 מעברי פא

 

זות מיוחדים המתרחשים במצב מוצק ו

 

בעת קירור 

 

. הפאזה האוסטניטית לטמפרטורת החדר

 

  .ניסוי המעבדה הנוכחי עוסק במעברי פאזות אלו

 

­כשמחממים נתכי ברזל

 

 פחמן ונתכים מסוגסגים בכמויות קטנות של מסגסגים מתכתיים 

 

מתחילות הפאזות של ט

 

מפרטורת החדר להפוך לאוסטניט מעל לטמפרטורה האוטקטואידית 

A1

 

( בדיאגרמת הפאזות 

 

  ). 1איור 

  

 

: 1איור 

 

. א

 

­קטע מדיאגרמת הפאזות ברזל

 

  , פחמן

          

 

. ב

 

    דיאגרמה סכמטית המתארת את תוצרי הפירוק של אוסטניט בפלדה 

              

 

היפואויטקטואיד

 

  :ית

(a) 1% ferrite, (b) 99% ferrite, (A)1% pearlite, (B) 99% pearlite, (C) 1% upper 

bainite, (D) 99% upper bainite, (F) 99% lower bainite, (Ms) martensite finish 

  

2

 

מהדיאגרמות הללו ניתן לראות ש

 

A3המעבר מסתיים מעל לקווים 

 

, Acm או 

 

בהתאם להרכב 

 

. הפלדה

 

בקירור 

 

איטי

 

,  צפוי האוסטניט להתפרק לפאזה ראשונית פריט

 

כשתכולת הפ

 

חמן 

 

קטנה מההרכב האוטקטואידי 

 

ולפאזה ראשונית צמנטיט כשתכולת

 

 הפחמן גבוהה מההרכב 

 

. האוטקטואידי

 

 ­A1מתחת ל

 

  צפוי

 

ששארית האוסטניט י

 

תפרק למבנה אוטקטואידי של פריט 

 

  .וצמנטיט

 

בקצבי קירור מהירי

 

ם יותר ישנם חמישה תוצרים 

 

המתקבלים

 

 בחמישה תהליכים שונים 

 

. שמתחרים ביניהם

 

, מנגנוני ההיווצרות שלהם שונים

 

(אך כולם 

 

) מלבד המרטנזיט

 

מאופיינים 

 

Cבעקומת 

 

­  הניתנת לתיאור דו מימדי של זמן

 

,  טמפרטורה

 

. שמתאר את תנאי היווצרותם

 

C ­ארבעת עקומות ה

 

 חופפות ומתמזגות 

 

TTTלדיאגרמת 

 

.  של הפלדה

 

TTTדיאגרמת 

 

 

 

מ

 

לאה 

 

כוללת 

 

(את עקום התחלת היווצרות של כל פאזה ועקום סיום ההיווצרות שלה 

 

). 1איור 

 

ה

 

מר

 

טנזיט נבדל מן הפאזות האחרות בשל העובדה ש

 

היווצרותו היא למעשה מיידית וכמות 

 

המרטנזיט תלויה בטמפרטורה ולא בהמשך 

 

השהייה של

 

 הפלדה בטמפרטורה

 

.  זו

 

להלן נדון 

 

בכל חמישה מוצרי הפירוק של 

 

  .האוסטניט

 

. מעברי פאזות דיפוזיוניים הם מעברים המתרחשים במנגנון של נביטה וגידול

 

צבירים קטנים 

 

. של אטומים מתארגנים בפאזה הישנה למבנה של פאזה חדשה

 

צבירים אלה נקראים נבטים 

)Nucleus .(

 

גם בטמפרטורות בהם הפאזה החדשה יציבה מבחינה תרמודינמית הנבטים 

 

צריכים לעבור מחסום

 

, QN אנרגיה הנקרא אנרגיה קריטית לנביטה 

 

ואז הם נעשים יציבים 

 

ויכולים 

 

. להמשיך לגדול

 

מהירות הגידול נותרת 

 

בדרך כלל קבועה עד ששני גבישים חדשים 

 

. נפגשים וגידולם נפסק

 

קצב הנביטה משתנה עם הטמפרטורה על פי משוואת ארהניוס

 

 

 

שמתארת את סיכויי הנבטים

 

 לחצות את מחסום האנרגיה 

 

  :הקריטית

  

            TT

C

ORT

Q

O eNeNNN

41

  )1(  

 

NO ,C1כאשר 

 

,  הם קבועים

 

1ATTT,  אנרגיית השטח של הנבט

 

  . מידת קירור היתר

 

Gגם קצב הגידול 

 

  :  משתנה עם הטמפרטורה באופן דומה

  

2

2

TT

C

ORT

Q

O eGeGGG

               )2(  

  

 

הנפ

 

, V, ח הכללי של הפאזה החדשה

 

גדל עם הזמן באופן שקשור למכפלה של קצב הנביטה 

 

  : בקצה הגידול

)(1 3 tNGCEXPVV mn

O         )3(  

 

C3 ,m ,nכאשר 

 

VO,  קבועים

 

t ­ הנפח הכללי ו

 

  . הזמן

3

 

  .2האופן שבו מוחלף הנפח של הפאזה הישנה בפאזה החדשה מתואר באיור 

 

עקומה מסוג זה נקראת סיגמו

 

: אידה

 

 (מעבר הפאזות מורגש רק לאחר זמן דגירה

 

 )אינקובציה

it ,

 

. לאחריו קצב גידול הנפח של הפאזה החדשה הוא מהיר

 

כשמתחילים מפגשים בין 

 

, גרעינים הגדלים במקביל

 

. קצב גידול הנפח הולך וקטן עד שהגידול נפסק

 

השתנות זמן 

 

הדגירה עם טמפרטורה היא עקומת ההתח

 

TTTלה של מעבר פאזות בדיאגרמת 

 

 והיא 

 

Cעקומת 

 

 (mnNG בגלל הקשר שלה למכפלה 

 

). ראה תדריך לנושא התמצקות

 

עקומת הסיום 

 

  .מקבילה לעקומת ההתחלה

  

  

 

: 2איור 

 

   .CO705 ­מהלך התפרקות האוסטניט לפרליט בפלדה אוטקטואידית ב

  

  

1. 

­פאזות ראשוניות

פריט או צמנטיט

 

 נוצרות בהרכבים משני צדי האוטקטואיד 

 

. בטמפרטורות קרובות לטמפרטורה האוטקטואידית

 

חלקיקי הפאזות הראשוניות גדלים 

 

(בשתי צורות אופייניות 

 

  ): 3איור 

 

 .א  

 

. פריט או צמנטיט שגדלים לאורך גבולות הגרעינים

 

מניחים שחלקיקים אלו 

 

קוהרנטיים

 

 עם אחד הגרעינים ואינם קוהרנטיים עם הגרעין השני של האוסטניט 

 

. שנפגש בגבול

 

, צורות אלו נוצרות בתנאים קרובים לשווי משקל

 

כלומר במשך זמן 

 

 .ממושך בטמפרטורה גבוהה או בקירור איטי

 

 .ב  

 

­ Widmanstatten לוחות

 

 גידול חלקיקי פריט או צמנטיט שנובטים בגבולות 

 

האוסטניט וגדלים לעומק

 

.  הגרעין

 

צורתם האופיינית בחתך מטלוגרפי היא מחט

 

נ

 

. ית

 

  . הם נוצרים בטמפרטורות נמוכות יותר ובקצבי קירור גדולים יותר

  

  

  

  

4

  

  

 

: 3איור 

 

. א

 

0.4%Cצורות שונות של פריט ראשוני בפלדת פחמן 

 

          לאחר אוסטניזציה             

               

 

­CO1350ב

 

 וקירור

 

  .  איטי

           

 

. ב

 

  מיון סכמטי של הצורות השונות של הפריט בפלדות

  

  

  

  

 

: 4איור 

 

  תיאור סכמטי של הפילוג מחדש של פחמן וברזל בעת גידול פרליט

  

  

5

  

  

2 .

פרליט

 

CCC:   הוא תוצר ההתפרקות האוטקטואידי של האוסטניט CFe 67.6302.077.0    

 

היווצרות פרליט מתחילה בנביטה של גביש ש

 

. ל פריט או של צמנטיט

 

הפריט דוחה את 

 

.עודף הפחמן לסביבתו ולכן מסייע לנביטה ולגידול של גבישי צמנטיט סביבו

 

 גבישי צמנטיט 

 

אוספים אטומי פחמן ודוחים אטומי ברזל וכך מסייעים לגידול של גבישי פריט סביבם   

)

 

). 4איור 

 

החלפת חומר בין שתי הפאזות מנוהלת באמצעות דיפוזיה בחזי

 

ת הגידול 

 

) (lamella(והגבישים גדלים בצורת לוחות מסועפים 

 

).5איור 

 

 נמצא שכל לוחות הצמנטיט 

 

במושבה של פרליט מחוברים יחד ונובעים 

 

.ממקור אחד וכך גם כל לוחות הפריט

 

 

 

כש

 

, הטמפרטורה של מעבר הפאזות גבוהה

 

טווח הדיפוזיה יכול להיות גדול והלוחות של 

 

.פריט וצמנטיט הם עבים

 

 כשה

 

טמפרטורה נמוכה טווח הדיפוזיה קטן והלוחות נעשים 

 

. עדינים יותר

 

TTTרוחב הלוחות נמצא יחסי הפוך למידת קירור היתר  A 1.  

 Zener

 

  הראה שבמצב זה

 

  .קצב הגידול של הפרליט הוא מירבי

  

  

 

: 5איור 

 

טרנספורמציה פרליטית בפלדה אוטקטואידי

 

   CO705 ­ת ב

 

 

ולאחר אוסטניזציה 

 

  CO860 ­ב

6

  

  

    

 

: 6איור 

 

תאור סכמטי של גידול ביניט 

 

(תחתון 

 

) א

 

(וביניט עליון 

 

) ב

 

הלוח

 

, יות הבהירות הן פריט

 

. החלקיקים הכהים הם צמנטיט

 

לפי הסבר זה ההבדל בין שתי צורות הביני

 

ט הוא באתרי 

 

: נביטה של הצמנטיט

 

]. (4[בחזית הלוחיות בביניט תחתון ובין הלוחות בביניט עליון 

 

) ג

 

הצגה 

 

 ­סכמטית תלת

 

ממדית

 

.  של גידול ביניט תחתון

 

כ

 

י

 

וון הגידול של הפריט והצמנטיט נטויים זה 

 

. (בזה

 

) ד

 

0.17%Cתמונת מיקרומבנה במיקרוסקופ אור של ביניט תחתון בפלדה 

 

 לאחר 

 

מעבר פ

 

CO450 ­אזות איזותרמי ב

 

10 משך 

 

    ]X2000. [ שניות

  

3 .

 ­ביניט

 

, כשאוסטניט מקורר מהר לטמפרטורה נמוכה יותר

 

. הוא מתפרק לביניט

 

בהמשך 

 

, למגמה שפגשנו בפרליט

 

, הביניט הוא תערובת עדינה מאוד של פריט וצמנטיט

 

אך צורתם 

 

. אינה צורת לוחות

 

בטמפרטורות יחסית גבוה

 

ות נוצר ביניט עליון שצורתו במיקרוסקופ אור 

 

. כנוצות

 

) laths(רק במיקרוסקופ אלקטרונים מוצאים שהנוצות הן אלומות 

 

של פריט 

 

. וביניהם גבישים ארוכים של צמנטיט

 

בטמפרטורות הנמוכות יותר נוצר ביניט תחתון 

 

). acicular(שצורתו לוחות מחטיים 

 

תוך גידול מחטי הפריט נפרשים בתוכם ג

 

בישים קטנים 

 

(מאוד של צמנטיט וקרבידי מעבר 

 

) (ראה פרק הרפיה

 

).6איור 

 

 לביניט עשוי להיות צירוף 

 

. של חוזק ומשיכות טוב יותר מזה של פלדות מחוסמות ומורפות

 

הפריט בביניט 

 

מ

 

3כיל 

 

 

 

מבנים צפופים של נקעים שקובעים את תכונותיו המכאניות ומלמדים שהיווצרותו אינה 

 

תהליך טהור של די

 

 . פוזיה אלא הוא כולל עם גזירה

7

  

 

: (7איור 

 

) א

 

BCTתא היחידה 

 

FCC בתוך מבנה 

 

. ( של אוסטניט

 

) ב

 

BCTתא 

 

 לפני ואחרי 

 

. היווצרות המרטנזיט

 

). (110(השינוי במבנה מלווה בגזירה במישור 

 

) ג

 

שינוי פרמטר הסריג 

 

  הטטרגונלי במרטנזיט כתלות בריכוז הפחמן

  

4 .

­מרטנזיט

 

 תוצר הפירוק של אוסטניט בטמפרטורות הנמוכות

 

 ביותר או במצבי קירור 

 

. היתר הקיצוניים ביותר

 

כשהטמפרטורה יורדת מתחת לטמפרטורת התחלת היווצרות 

 

, Ms, המרטנזיט

 

. מופיעים גבישי המרטנזיט הראשונים

 

כשהטמפרטורה יורדת עוד נוצרים 

 

גבישים חדשים והם גדלים במהירות קרובה ל

 

. מהירות הקול בפלדה עד שהם נעצרים

 

(השהיה בטמפרטורה קבועה לא מגדילה את כמות המרטנזיט 

 

). 8איור 

 

הרכב גבישי 

 

המרטנזיט זהה להרכב האוסטניט ומעבר הפאזה אינו מלווה כלל בפילוג מחדש של פחמן 

 

. והברזל

 

ברור שזהו מנגנון חדש של מעבר פאזות שאינו תלוי בדיפוזיה אלא בתנועה 

 

קואו

 

פרטיבית של כל האטומים במישור הגבול בין המרטנזיט והאוסטניט או התמוטטות של 

 

. הסריג מהמבנה הישן למבנה החדש

 

שינוי המבנה במעבר מאוסטניט למרטנזיט מתואר 

 

. 7באיור 

 

BCCאטומי הפחמן נותרים לכודים באחד משלושה סוגי אתרי חדירה במבנה 

 

 

 

ולכן אחד משלושת הצירים של תא היחידה נו

 

תר ארוך מן האחרים והמבנה הוא טטרגונלי 

 

. ממורכז גוף

 

(ההבדל בין הגובה לצלע הבסיס גדל עם ריכוז הפחמן 

 

7איור 

 

). ג

 

הכוח המניע 

 

BCCלשינוי המבנה מאוסטניט למרטנזיט הוא ירידה גדולה באנרגיה החופשית במבנה 

 

 או 

BCT

 

. FCC יחסית למבנה 

 

4% ­שינויי מבנה אלה מלווים גידול נפח של כ

 

 ויוצרים מאמצים 

 

. פנימיים גדולים מאוד סביב כל גביש של מרטנזיט

 

המאמצים הפנימיים בולמים את 

 

, היווצרותו של גביש המרטנזיט עד שהכוח המניע גדול מספיק

 

מצב שמושג 

 

. Ms ­כשהטמפרטורה יורדת מתחת ל

 

גם אז גידול של גביש מושלם של מרטנזיט יהיה 

8

 

.כרוך באנרגית עיבורים גדולה

 

 הדרך

 

 להקטין את אנרגית העיבורים מבלי לשנות את מבנה 

 

 BCC ­ה

 

היא דפורמציה פלסטית שמאפשרת לגביש המרטנזיט לגדול במקביל למישור 

 

. קריסטלוגרפי קבוע של האוסטניט

 

בחומרים גבישיים יש שני מנגנונים לדפורמציה 

 

: פלסטית

 

"גזירה ע

 

"י נקעים וע

 

. י תאומים

 

בפלדות דלות פחמן מנגנון הדפורמצ

 

יה הוא גזירה 

 

"ע

 

. י נקעים

 

) lath martensite(המרטנזיט שנוצר הוא דמוי נוצות או אלומות 

 

שמתגלות 

 

"באיכול בגלל כיווניות שונה של 

 

" הגבעולים

 

(שבאלומה 

 

9, 8איור 

 

­ א

 

). ב

 

רק במיקרוסקופ 

 

"אלקטרונים ניתן להבחין ב

 

" גבעולים

 

הבודדים ממש והם עדינים מאוד ומכילים צפיפות 

 

גבוהה מאוד 

 

      .   של נקעים

  

  

 

:  8איור 

 

.  א

 

 Msתלות

 

  ,  וצורת גבישי המרטנזיט בהרכב הפלדה

 

.              ב

 

  Ms ­גידול כמות המרטנזיט עם ירידת הטמפרטורה מתחת ל

  

 

. בפלדות עתירות פחמן מנגנון הדפורמציה הוא גזירה על ידי תאומים

 

המרטנזיט הנוצר דמוי 

 

) (plate martensite (לוחות

 

9, 8איור 

 

­ ב

 

). 10, ג

 

צורת כל החתכים של מרטנזיט לוחי היא 

 

. צורת עדשה ולכן מניחים שצורתו המרחבית היא דסקה

 

כל דסקה גדלה במקביל למישור 

 

  .קריסטלוגרפי מוגדר של האוסטניט בגלל דפורמציה פנימית ויצירת מערך צפוף של תאומים

 

. מעבר פאזות מרטנזיט אינו מיוחד רק לפלדות

 

, הוא מתרחש במתכות

 

בחומרים קרמיים וגם 

 

. בחלבונים

 

אחת מתכונות המעבר המרטנזיטי בפלדה היא שהמעבר יוצר את 

 

א

 

חד המבנים 

 

. הקשים ביותר בטבע

 

11איור 

 

 מראה את הקושי של המרטנזיט שנוצר בפלדות פחמן 

 

. כפונקציה של ריכוז הפחמן

 

את הסיבות

 

 לקושי גבוה זה רואים 

 

ב

 

  :שלושה מנגנונים

 

 .א  

 

"הקשיה ע

 

­י המסה

 

 אטומי הפחמן יוצרים עיוות במבנה הגבישי המפריע מאוד להחלקת 

 

 .נקעים

9

 

 .ב  

 

"הקשיה ע

 

­י גודל גרעין

 

 גבישי המרטנזיט קטנים בהרבה מגבישי האוסטניט ומכילים 

 

­צפיפות מאוד גבוהה של פגמים

 

 . נקעים וגבולות תאומים שמפריעים להחלקה

 

 .ג  

 

"הקשיה ע

 

­י התבדלות

 

  . עודף הפחמן נוטה להתבדל לקרבידים זעירים וצפופים מאוד

  

 

. המרטנזיט של פלדות מיוחד גם בכך שהוא מטסטבילי

 

העלאת הטמפרטורה גורמת 

 

, להתפרקותו

 

לירידה של הקושי

 

.  ועליה במשיכות וסבילות השבר

 

תהליכים אלה נקראים 

 

הרפיה והם שלב הכרחי בטיפול תרמי של פלדות

 

,  מחוסמות

 

כי במצב המחוסם

 

 בלבד הן 

 

  .כמעט תמיד פריכות מדי לשימוש הנדסי

  

 

: 9איור 

 

: (מבנה סכמטי של מרטנזיט

 

) א

 

(, מרטנזיט אלומתי

 

) ב

 

(, מרטנזיט לוחי

 

) ג

 

(­ו

 

) ד

 

מתארים את מנגנוני הדפורמציה הפנימיים שמצמצמים את שינוי הצורה הכללי במרטנזיט 

 

"ע

 

י 

 

(החלקת נקעים במרטנזיט אלומתי 

 

, )ג

 

"ע

 

(י תאימה במרטנזיט לוחי 

 

  ) ד

  

10

  

  

    

  

 

: 10איור 

 

  ) 1.8%C) X500התפתחות מבנה מרטנזיט לוחי עם הירידה בטמפרטורה בפלדה 

  

  

  

11

  

 

: 11איור 

 

שינוי הקושי עם תכולת הפחמן בפלדה עבור תוצרי 

 

  התפרקות שונים של אוסטניט

  

הרפייה

 

  :השינויים המבניים שנצפים בעת ההרפיה מסווגים לארבעה שלבים

  

 

I) CO250100שלב   :(

 

, שחרור מאמצים

 

יצירת קרבידי מעבר וירידת ריכוז הפחמן 

 

. 0.25% ­במטריצה לכ

 

התופעה של שחרור מאמצים פנימיים מוסברת כתוצאה של ירידת 

 

מאמץ הכנ

 

. יעה עם עליית הטמפרטורה

 

בגלל ירידת מאמץ הכניעה מתאפשרת דפורמציה 

 

פלסטית מקומית שמקטינה את המאמצים השיורים עד לגודל מאמץ הכניעה באותה 

 

. טמפרטורה

 

 εהשינוי המבני הראשון שנצפה בעת ההרפיה הוא היווצרותם של קרבידי 

)Fe2.4C (

 

) η) Fe2Cהקסגונלי וקרבידי 

 

אורתורומבי בצורת

 

. 20A ­ כדורים זעירים שקוטרם כ

 

קיימ

 

ו

 

ת עדויות שאטומי פחמן נאספים לצבירים סביב נקעים ופגמים אחרים כבר בסביבת 

 

  .טמפרטורת החדר

  

 

II) CO300250שלב  :( 

 

טרנספורמציה של אוסטניט שיורי לפריט וצמנטיט מתרחשת רק 

 

  .לאחר התבדלות הקרבידים מן המרטנזיט

  

 

III) CO350250שלב   :(

 

­החלפת קרבידי המעבר בקרביד היציב

 

.  צמנטיט

 

הצמנטיט מופיע 

 

  .ככדורים או לוחות ארוכים כנראה לאורך גבולות של לוחות מרטנזיט

12

 

בהמשך ההרפיה או בטמפרטורות גבוהות יותר גדלים חלקיקי הצמנטיט והופכים לכדורים 

 

גדולים יחסית שניתן לזהותם במיקרוסקופ אור

 

.  בתוך מטריצה של פריט

 

הגבולות בין הלוחות 

 

(או אלומות המרטנזיט נעלמים וגם גרעיני הפריט גדלים 

 

  ).12איור 

  

 

IV  ) CO650500שלב  :(

 

­ הקשיה משנית

 

 מתרחשת בפלדות המכילות יסודות שיש להם 

 

, נטייה ליצור קרבידים יציבים והם ונדיום

 

, מוליבדן

 

, טונגסטן

 

כרום וטיטני

 

. ום

 

קרבידים של 

 

  .יסודות אלה מעידים שקרבידי המסגסגים יציבים יותר מקרבידי הברזל

  

 

 

: 12איור 

 

CO600 ­התפתחות המיקרומבנה  במהלך הרפיה ב

 

 0.43%C של פלדה 

 

 

 

  )CO850) X1000 ­שחוסמה מ

  

השפעת ההרפיה על התכונו

ת המכאניות

 

       ככל שטמפרטורת ההרפיה גדלה יורדים הקושי והחוזק ועולה המשיכות של הפלדה

)

 

, )13איור 

 

ההתקרבות של המאמץ הגבולי למאמץ הכניעה לאחר הרפיה בטמפרטורה 

 

. גבוהה אופיינית לחומרים משיכים

 

בפלדות מסוגסגות ביסודות מייצבי קרבידים משתנה 

 

מגמת ירידת הקוש

 

י כשנוצרי

 

, ם הקרבידים של המסגסגים והקושי גדל שוב

 

לכן תהליך זה 

 

(מכונה הקשיה שנייה 

 

). 14איור 

 

לנתכים אלה צירוף מעולה של משיכות וסבילות לשבר 

 

(גבוהים 

 

) מכיוון שהמרטנזיט הורפה בטמפרטורה גבוהה

 

(חוזק גבוה 

 

בשל התבדלות 

 

) הקרבידים שמפריעים להחלקת הנקעים

 

ויציבות של החוזק בטמפרטור

 

ות שירות גבוהות 

)

 

הקרבידים המחזקים שנוצרו בטמפרטורה גבוהה והם מתמוססים רק בטמפרטורה גבוהה 

 

). יותר

 

, לכן יש להם שימושים רבים כפלדות כלים

 

מיסבים ופלדות לשירות בטמפרטורות 

 

. גבוהות

 

השינויים במבנה ובתכונות הפלדה בהמשך ההרפיה מתרחשים בגלל אקטיבציה 

 

תרמית וחל

 

ק

 

ן הם תלו

 

. יים בטמפרטורה וגם בזמן

 

נמצא שניתן לסכם הרבה ניסויי הרפיה 

 

בזמנים שונים לעקומה 

 

, אוניברסאלית שמתארת את השתנות הקושי

 

, למשל

 

כפונקציה של 

T(20+logt) ,

 

Tכאשר 

 

OK ,t ­ ב

 

( זמן בשעות 

 

 ).14איור 

 

ההתארכות לשבר בניסוי מתיחה 

13

 

רגיל עולה מונוטונית עם עלית הטמפרטורה או משך ההר

 

(פיה 

 

12איור 

 

). ב

 

מסתבר 

 

שההתארכות לא מגלה שהפלדה נעשית פריכה בשני תחומיים אופייניים של טמפרטורות 

 

. ההרפיה

 

(תכונה זו מתגלה רק בניסויי העמסה בקצב גבוה 

 

, )נגיפה

 

אז מסתבר שאנרגית 

 

CO370250הנגיפה קטנה לאחר ההרפיה בטווח טמפרטורות  ) temper martensite 

embrittlment) (

 

). 15איור 

 

פלדות כאל

 

ו

 

 נשברות בשבר בין גרעיני ומניחים שזו תוצאה של 

 

. התבדלות זרחן לגבולות הגרעינים

 

. ידיעת תחומי פריכות אלה חשובה מאוד

 

תקנים אוסרים 

 

  .על הרפית פלדות בתחומי פריכות

  

  

 

: 13איור 

 

.  א

 

הקושי כתלות בתכולת הפחמן ש

 

ל מרטנזיט בנ

 

 ­תכי ברזל

 

  פחמן 

 

  .                  בטמפרטורות שונות

           )

 

 ) ב

 

   4340שינוי התכונות המכאניות עם טמפרטורת ההרפיה עבור פלדת 

                  

 

  מחוסמת בשמן

  

14

  

 

: 14איור 

 

הקשיה משנית במהלך הרפיה של פלדות בעלות תכולות שונ

 

  ות של מוליבדן

  

  

  

 

: 15 איור

 

 האנרגיה

 

 (לשבר

 

 לפי

 

 בדיקת

 

 נגיפה

 

) Charpy בשיטת

 

 כתלות

 

 בטמפרטורת

 

 ההרפיה

 

 עבור

 

 4340 פלדות

 

 המכילות

 

 כמויות

 

 שונות

 

 של

 

. זרחן

 

 הדגמים

 

 עברו

 

 אוסטניזציה

 

 בטמפרטורה

 

, C°870 של

 

 חיסום

 

 בשמן

 

 והרפיה

 

 למשך

 

 שעה

 

 אחת

 

 בטמפרטורה

 

המצוי

 

  נת

  

  

15

3 .

הציוד

הנדרש

לניסוי5 

 

 דגמי

 

 פלדה

 

 4340 מסוג

 

  .4140 או

 

 תנור

 

 בטמפרטורה

 

   .C°850 של

 

 תנור

 

 בטמפרטורה

 

  .C°650 של

 

 אמבט

 

 מים

 

  .לחיסום

 

 דיסק

 

 חיתוך

 

  .לדגמים

 

 מכשיר

 

 לבדיקת

 

  .Rockwell C קושי

  

4 .

מהלך

הניסוי1. 

 

 הכנס

 

 את

 

 חמשת

 

 הדגמים

 

 לתנור

 

 שחומם

 

 מראש

 

 לטמפרטורה

 

 C°850 של

 

 30 למשך

 

ד

 

, קות

 

 לקבלת

 

  .אוסטניט

2. 

 

 הוצא

 

 דגם

 

 אחד

 

 מתוך

 

 החמישה

 

 וחסמו

 

 מיד

 

 .במים

3. 

 

 הוצא

 

 את

 

 הדגמים

 

 הנותרים

 

 לתנור

 

 שחומם

 

 מראש

 

 C°650 ­ל

 

 לפרקי

 

 זמן

 

, שונים

 

   שייקבעו

      

 

 בעזרת

 

 עיון

 

בדיאגרמ

 

 TTT ת

 

 רלוונטית

 

 ובעצה

 

 אחת

 

 עם

 

 מדריך

 

 . המעבדה

4. 

 

 הוצא

 

 את

 

, הדגמים

 

 כל

 

 אחד

 

, בזמנו

 

 וחסמו

 

 מיד

 

 .במים

5. 

 

חתוך כ

 

 .ל דגם לשניים

6. 

 

 לטש

 

 את

 

 פני

 

 השטח

 

 של

 

 החתך

 

 של

 

 כל

 

 אחד

 

 מחצאי

 

 .הדגמים

7. 

 

 בתום

 

 כל

 

 טיפול

 

 בדוק

 

 את

 

 הקושי

 

 של

 

 כל

 

 אחד

 

 מן

 

 הדגמים

 

 .Rockwell C בשיטת

8. 

 

 בחן

 

 במיקרוסקופ

 

 אור

 

 דגמים

 

 מוכנים

 

 של

 

 פלדות

 

 שעברו

 

 טיפולים

 

 תרמיים

 

 דומים

 

   לטיפולים

     

 

 שהינך

 

. מבצע

 

 וודא

 

 שאתה

 

 מבין

 

 את

 

 המיקרומבנים

 

הש

 

. ונים

 

 צייר

 

 או

 

 הדפס

 

     באמצעות

     

 

 מחשב

 

 מבנים

 

. אופייניים

 

 שים

 

 לב

 

 להגדלות

 

 בהם

 

 השתמשת

 

 ולטיפול

 

 התרמי

 

 של

 

 כל

 

  .דגם

  

 

 5 .

שאלות

"לדו

ח

מכין1 .

 

 ככל

 

 שהטמפרטורה

 

 יורדת

 

 טווח

 

 הדיפוזיה

 

  .מתקצר

    

 

. א

 

 הסבר

 

 מגמה

 

, זו

 

 על

 

 פי

 

, המבנה

 

 ברצף

 

 התהליכים

 

 מפרליט

 

        גס

 

 פרליט

 

             עדין

        

 

 באניט

 

       עליון

 

 באניט

 

  .תחתון

    

 

. ב

 

 האם

 

 מרטנזיט

 

 הוא

 

 המשך

 

 צפוי

 

 של

 

 רצף

 

  ?זה

    

 

. ג

 

 אילו

 

 תכונות

 

 של

 

 המעבר

 

 המרטנזיטי

 

 מראות

 

 שבכל

 

 זאת

 

 זהו

 

 מנגנון

 

 שונה

 

  ?בעיקרו

2 .

 

 נסה

 

 להסביר

 

 מדוע

 

 לא

 

 נוצרות

 

 פאזות

 

 (ראשוניות

 

 למשל

 

 פריט

 

 בפלדות

 

  )   היפואוטקטואידיות

   

 

 כשמעבר

 

 הפאזות

 

 מתרחש

 

 בטמפרטורה

 

 נמוכה

 

 בהרבה

 

  .A1 ­מ

3 .

 

 שרטט

 

 על

 

 (TTT עקומת

 

איור

 

) 17­18ים 

 

 את

 

 הניסויים

 

 שתבצע

 

 בניסוי

 

 המעבדה

 

 וסמן

 

   בה

    

 

 את

 

 כל

 

 הפאזות

 

 שאתה

 

 צופה

 

  .לקבל

16

4 .

 

. א

 

 מצא

 

 את

 

 ההרכב

 

 של

 

 4340 פלדת

 

  .4140 ופלדת

    

 

. ב

 

 כיצד

 

 משפיעים

 

 המסגסגים

 

 בפלדות

 

 אלו

 

 על

 

 TTT דיאגרמת

 

 של

 

  ?הפלדה

5 .

 

 16 באיור

 

 מתוארים

 

 שינויי

 

 המבנה

 

       0.05%C, 1.12%Cu, 0.88%Ni, 0.71%Cr  בפלדה

    

 

 לאחר

 

 קירור

 

מ

 

 אוסטניזציה

 

 בקצבי

 

 קירור

 

. שונים

 

 המרכיב

 

 הבהיר

 

 הוא

 

 פריט

 

 והכהה

 

    הוא

    

 

. פרליט

 

 נסה

 

 להסביר

 

 את

 

 השינויים

 

  .במבנה

  

  

  

 6 .

הנחיות

"לדו

ח

מסכם1 .

 

 שרטט

 

 את

 

 קושי

 

הפל

 

 דה

 

 כפונקציה

 

 של

 

 משך

 

 הטיפול

 

. האיזותרמי

 

 כלול

 

 בשרטוט

 

 גם

 

     את

    

 

 הדגם

 

 שחוסם

 

 ישירות

 

  .למים

2 .

 

 תאר

 

 את

 

 המיקרומבנים

 

 שראית

 

, במיקרוסקופ

 

 הסבר

 

 כיצד

 

 הם

 

  .נוצרו

3 .

 

 עמוד

 

 על

 

 הקשר

 

 בין

 

 המבנה

 

 והקושי

 

 של

 

 הפלדה

 

  .שחקרת

  

 

  16איור 

17

    

 

  17איור 

18

  

 

  18איור 

  

19

 

: נספח

 

  אוסטניזציה

 

 מטרת

 

 האוסטניזציה

 

 של

 

 פלדות

 

 היא

 

 להביא

 

 את

 

 כל

 

 החלק

 

 למבנה

 

, אוסטניטי

 

 כלומר

 

 להמיס

 

 את

 

 כל

 

, הפחמן

 

 הקשור

 

 לברזל

 

 או

 

 למסגסגים

 

, אחרים

 

 בפאזה

 

. אוסטניטית

 

 טיפול

 

, אוסטניזציה

 

 כמו

 

 כל

 

 טיפול

 

 תרמי

 

, אחר

 

 הוא

 

 צירוף

 

 של

 

 טמפרטורה

 

 וזמן

 

 השהייה

 

  .בטמפרטורה

  

 

 בחירת

 

 :טמפרטורה

 

 לאוסטניזציה

 

 מלאה

 

 יש

 

להימצ

 

 א

 

 מעל

 

 הטמפרטורה

 

 Ac1: הקריטית

 

 בפלדות

 

­היפו

 

 אוטקטואידיות

 

  Acm ­ו

 

 בפלדות

 

­היפר

 

. אוטקטואידיות

 

 כדי

 

 להגדיל

 

 את

 

 קצב

 

 האוסטניזציה

 

 מקובל

 

 לבצע

 

 אותה

 

 בטמפרטורה

 

 הגבוהה

 

 C°30 ­ב

 

 Ac1 ­מ

 

. Acm או

 

 טבלה

 

' א

 

 מפרטת

 

 את

 

 הטמפרטורות

 

 הקריטיות

 

 לפלדות

 

  .השכיחות

  

 

 טבלה

 

: 'א

 

 טמפרטורות

 

 קריטיות

 

 לפלדות

 

 פחמן

 

 ולפלדות

 

 דלות

 

  סיגסוג

    

  

20

 

 בחירת

 

: זמן

 

 זמן

 

 השהייה

 

 בתנור

 

 צריך

 

 להספיק

 

 להשלמת

 

 שני

 

  :תהליכים

 

 .א  

 

 הטמפרטורה

 

 בכל

 

 נפח

 

 החלק

 

 מגיעה

 

 לטמפרטורת

 

  .התנור

 

 .ב  

 

 מעבר

 

 הפאזות

 

 לאוסטניט

 

 מושלם

 

 בכל

 

 נפח

 

 .החלק

    

 

 איור

 

' א

 

 מראה

 

 שהשלמת

 

 האוסטניזציה

 

 נמשכת

 

 10­100 ­כ

 

, שניות

 

 והיא

 

 תלויה

 

 כמובן

 

. בטמפרטורה

 

 הגעת

 

 כל

 

 החלק

 

 לטמפרטורת

 

 התנור

 

 דורשת

 

 את

 

 מרבית

 

 זמן

 

  .הטיפול

  

 

 מעריכים

 

 את

 

 זמן

 

 הטיפול

 

 לפי

 

 הקוטר

 

 הגדול

 

 ביותר

 

 של

 

 (D, החלק

 

, )במילימטר

 

 על

 

 פי

 

  :המשוואה

 

ל

 

 פלדות

 

 לא

 

min20 מסוגסגות2

D  

  

 

 לפלדות

 

min30     מסוגסגות2

D  

  

 

, ובקירוב

 

 לכל

 

 אינטש

 

 קוטר

 

 דרושה

 

 שעה

 

 אחת

 

 לטיפול

 

  .אוסטניזציה

    

 

 איור

 

: 'א

 

 השפעת

 

 טמפרטורת

 

 האוסטניזציה

 

 על

 

 קצב

 

 היווצרות

 

   האוסטניט

 

 בפלדה

 

  .אוטקטואידית

  

  

21

List of references:

1. G. Krauss, "Principles of Heat Treatment of Steel" ASM, 1980.  

2. L. E. Samueles, "Optical Microscopy of Carbon Steels" ASM, 1980.  

3. Metals Handbook, Heat Treatment, 10th ed.ASM 

4. Metallurgical Transaction, 27A, 1559 (1996) 

5. R.E Smallman and R.J Bishop "Modern Physical Metallurgy and Materials 

Engineering, Butterworth – Heinemann a division of Reed educational and 

professional publishing Ltd,   

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

22