معیا رمتداول دیگری برای تعریف دمای گذار T4 بر انرژی جذب شده اختیاری با مقدار کم Cv      مبتنی است. این دما به دمای گذار نرمی موسوم است. در نتیجه آزمونهای زیادی که در جنگ جهانی دوم بر ورق های فولادی کشتی انجام شد، معلوم شد که اگر Cv در دمای آزمون مساوی 20 ژول می بود، شکست ترد رخ نمی داد. دمای گذار در انرژی 20 ژول برای کشتی با استحکام کم معیا رقابل قبولی است. با این حال مهم است بدانیم که 20 Cv برای مواد دیگر اهمیت ویژه ای ندارد. برای فولاد ب استحکام بیشتر مقدار Cv از 20 بیشتر می شود، ولی به طور کلی این مقدار معلوم نیست.

معیاری خوش تعریف، با مبتنی کردن دمای گذار بر دمایی به دست می آید که در آن شکست 100% رخ برگی است، T5 . این نقطه به دمای نرمی صفر (NDT) موسوم است. NDT دمایی است که در آن شکست اساسا بدون تغیر شکی مومسان قبلی ر می دهد. در زیرNDT از احتمال شکست نرم صرف نظر می شود.

                       اثر شمایی دما بر چقرمگی شیار                       

معیارهای مختلف دمای گذار که از آزمون ضربه به دست آمده است.

عوامل متالورژیکی موثر بر دمای گذار

بر اثر تغییر ترکیب شیمیایی با تغییر ریز ساختار فولاد نرم، دمای گذار تا بیش از50 c  نیزتغییر می کند. بیشترین تغییرات در دمای گذار از تغییر مقدار کربن و منگنز نتیجه می شود. دمای گذار در 20 j برای نمونه های شارپی با شیارV (گذارنرمی)، به ازای هر 0.1 درصد افزایش کربن، 14 c زیاد می شود. این دمای گذار به ازای هر 0.1 درصد افزایش منگنز حدود 5 c کمتر می شود. افزایش مقدار کربن اثر آشکاری بر انرژی حداکثر و نیز شکل منحنیهای دمای گذار انرژی ( شکل بالا) دارد. برای اینکه چقرمگی شیار مناسب باشد باید نسبت Mn:C حداقل 3:1 باشد. با برقراری نسبت های بزرگتر Mn:C ، کاهش حداکثری به اندازه ی 50 c در دمای گذار ممکن به نظر می رسد محدودیتهای عملی برای توسیع این نسبتها به بیش از1: 7 آن است که اگر مقدار منگنز بیش از حدود 1.4 درصد باشد با آستنیت باقیمانده اشکال تولید می کند، در صورتی که برای حفظ خواص کششی مورد نیاز 0.2 درصد کربن لازم است.

فسفر نیز اثر شدیدی بر افزایش دمای گذار دارد. دمای گذار نمونه شارپی با شیار V و انرژی 20 ژول به ازای هر 0.01% فسفر به اندازه  7 درجه سانتی گراد زیاد می شود. تشخیص نقش نیتروژن به علت بر هم کنش آن با سایر عناصر مشکل است. اما به طور کلی برای چقرمگی شیار مضر به نظر می رسد. نیکل عموما تا مقدار2%برای چقرمگی شیار مفید است و به نظر می رسد و به ویژه در کم کردن دما گذار نرمی موثر می باشد. به نظر می آید که سیلسیم به مقدار بیش از 0.25% دما گذار را زیاد کند. مولیبدن انتقال را تقریبا به همان سرعت کربن زیاد می کند، د رصورتی که کرم تاثیر کمی دارد.اکسیژن به ویژه بر چقرمگی شیار تاثیر می گذارد. مشاهده شده است که در آهن با خلوص زیاد، وجود اکسیژن به مقدار بیش از 0.003% باعث شکست مرز دانه ای به همراه جذب انرژی کمی می شود. وقتی مقدار اکسیژن از0.001% به 0.057 % رسید، دمای گذار از 15 درجه سانتی گراد به 340 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. در پرتو این نتایج، جای تعجب است که عمل اکسیژن زدایی تاثیر مهمی بر دمای گذار داشته باشد. فولاد نا آرام، با اکسید آهن زیادی که در آن وجود دارد، به طور کلی دمای گذار را بیش از دمای اتاق نشان می دهد. فولاد نیمه آرام، که با سیلسیم اکسیژن زدایی شده باشد، دمای گذار پایین تری دارد، در صورتی که برای فولاد های کاملا آرام شده با سیلسیم به علاوه آلومینیم، دمای گذار در 20 ژول د رحدود 60 درجه سانتی گراد خواهد بود. آلومینیم دارای اثر مفید ترکیب با نیتروژن برای تشکیل نیترید آلومینیم نامحلول نیز هست.

انداز ه دانه تاثیر شدیدی بر دمای گذار دارد. افزایش اندازه دانه فریت به اندازه یک عدد ASTM  (یا در واقع کاهش قطر دانه) ومی تواند به کاهش دما گذار به مقدار 16 درجه سانتی گراد در فولاد آرام منجر شود. کم شدن قطر دانه  از ASTM5 به ASTM10 می تواند دما گذار شارپی با شیار V د ر14 ژول را از 20 درجه سانتی گراد به 50 درجه سانتی گزاد تغیر دهد. در فولاد های عملیات گرمایی شده پر آلیاژتر، اثر مشابه کاهش دما گذار با کاهش اندازه دانه آستیت مشاهده می شود. بسیاری از متغیرهایی که با فرآیند انجام شده روی فولاد نرم مرتبط هستند، بر اندازه دانه فریت و در نتیجه در دمای گذار تاثیر می گذارد.چون یکنواخت کردن پس از نورد گرم باعث بازیابی دانه می شود،اگر عملیات در دمای خیلی زیاد انجام نشود،به کم شدن دمای گذار منجر می شود. آهنگ سرد شدن پس از عملیات یکنواخت کردن و عمل اکسیژن زدایی نیز از متغیرهایی هستند که باید به آنها توجه کرد.سرد شدن در هوا و اکسیژن زدایی با الومینیم به کاهش دمای گذار منجر می شود.استفاده از کمترین دمای پایانی ممکن نیز برای نورد گرم ورق سود مند است. سرد کردن به طریق پاششی از دمای نورد، قبل ازکلاف شدن می تواند دما گذار را 50درجه سانتی گراد کمتر کند.

فولادهای فریتی کم آلیاژ پر استحکام= 400Mpa) (  با خواص ضربه ای خوب( کمتر از 30- درجه سانتی گراد) با افزودن مقادیر کم           Nb یا V به فولاد ساخته شده اند. این کار باعث می شود رسوب های NBC حین تبدیل تشکیل شوند. استحکام دهی بر اثر پاشیدگی استحکام تسلیم را زیاد می کند، در صورتی که در همان حال رشد دانه را به تعویق می اندازد و مقاومت در برابر ضربه را بهبود می بخشد.

اثر جهتگیری نمونه در منحنیهای دمای گذار شارپی

 در یک ترکیب شیمیایی معین با انجام اکسیژن زدایی، دمای گذار در ورقهای ضخیم نورد گرم شده به مراتب بالا تر از ورقهای نازک است. دلیل این اختلاف دشواری یکنواخت کردن اندازه دانه و تولید پرلیت ظریف در مقطع ضخیم است. به طور کلی، در ورق هایی به ضخامت بیشتر از 12 میلی متر باید این اثر را به حساب آورد.

خواص ضربه ای قطعات شیار دار آهنگری نورد شده به جهت گیری دانه ها د رورق یا میله بستگی دارد. شیکل زیل شکل خاص منحنی های انرژی – دماهای نمونه های بریده شده در جهات طولی و عرضی از یک ورق نورد شده را نشان می دهد. جهت گیری نمونه A و B در جهت طولی ورق است. شیار در نمونه A عمود بر ورق است، در صورتی که شیار در B موازی سطح ورق است. شیار در نمونه A به طور کلی در جهت گیری مرجع قرار دارد. در نمونه C نیز همین جهت گیری شیار به کار می رود، ولی جهت گیری نمونه در جهت عمود بر امتداد نورد است. نمونه های عرضی در مواردی به کار می رود که توزیع تنش به نحوی است که ترک به موازات جهت نورد گسترش می یابد. با مراجعه به شکل زیل مشاهده می شود که برای نمونه هایی که جهت گیری های مختلفی دارند در سطوح بالای انرژی تفاوت های بسیار زیادی انتظار می رود، ولی این اختلاف ها در سطوح انرژی کمتر از 30 ژول بسیار کمتر می شود. چون دماهای گذار نرمی در این ناحیه انرژی بدست می آیند، به نظر می رسد که جهت گیری شیار و نمونه برای این معیار، متغیر چندان مهمی نباشد. اما اگر مواد بر مبنای خواص ضربه در دمای اتاق مقایسه شوند، جهت گیری اثر عمده ای بر نتایج خواهد داشت.

فولاد های کم کربن به دو صورت می توانند پدیده پیر سازی را که باعث افزایش دمای گذار می شو د نشان دهند. پیر سازی از طریق آب دهی در فولاد کم کربنی که از حوالی 700 درجه سانتی گراد آب داده شده، با ایجاد رسو ب کاربید به وجود می آید. پیر سازی کرنشی در فولاد کم کربن کار سرد شده رخ می دهد. کار سرد به خودی خود دما گذار را بالا می برد، ولی پیر سازی کرنشی باعث افزایش بیشتری، معمولا به مقدار 25 تا 30 درجه سانتی گراد  می شود. پیر سا زی در آب دهی در مقایسه با پیر سازی کرنشی به افت کمتری در خواص ضربه ای منجر می شود. پدیده تردی آبی رنگ، که در آن با گرما دادن گسترده دمای 230 تا 370 درجه سانتی گراد  مقاومت در برابر ضربه کاهش می یابد. پدیده ای حاصل از تسریع پیر سازی کرنشی است.

بارها نشان داده شده است که ساختار مارتنزیتی باز پخت شده در بیتپن تمام ریز ساختارهای که در فولاد می تواند تولید شود، بهترین ترکیب استحکام و مقاومت در برابر ضربه را ارائه می کند.

خواص کششی مارتنزیت های باز پخت شده با سختی و مقدار کربن برابر مشابه است، به آنکه افزودن ثایر عناصر آلیاژی در این امر موثر باشد. این تعمیم تقریبا برای مقاومت در برابر ضربه فولاد های عملیات گرمایی شده در دمای اتاق صادق است ولی در تغیرات مقاومت در برابر ضربه با دما معتبر نیست شکل زیل رابطه مقاومت در برابر ضربه با دما را برای تعدادی فولاد آلیاژی مختلف، که همه در حدود 0.4% کربن دارند و ساختار آنها مارتنزیت بازپخت شده است که بر اثر آب دادن و بازپخت به سختی  35 رسیده است، نشان می دهد. توجه کنید که تغیرات حداکثری در حدود 100 درجه سانتی گراد در دمای گذار در سطح 30 ژول امکان پذیر است. اگر دمای باز پخت به اندازه ای باشد که سختی بیشتری به دست آید دمای گذار پراکنده تر می شد. آب دادن منقطع به نحوی که ریز ساختار شامل مخلوطی از مارتنزیت باز پخت شده، باینیت وپرلیت باشد به اختلاف حتی بیشتری بین فولاد های آلیاژی و افزایش بیشتر دما گذار منجر می شود.

انرژی جذب شده در آزمون ضربه فولاد آلیاژی در دمای آزمون معین به طور کلی ب افزایش ومای بازپخت زیاد نی شود با این حال در ناحیه کلی 200 تا 300 درجه سانتی گراد حداقل در منحنی وجود دارد. دمایی که در آن ترد شدگی مارتنزیت باز پخت شده رخ می دهد هم به ترکیب شیمیایی فولاد هم به زمان بازپخت بستگی دارد. ترد شدگی فولاد در این ناحیه باز پخت یکی از موانع استفاده از فولادها در تنش های خیلی بیشتر 1400 MPa است. مطالعه پدیده ترد شدگی نشان داده است که علت وقوع آن ته نشین شدن صفخات کوچک صاف سمنتیت از - کاربید در مرحله دوم بازپخت است. این صفحات اثری بر کاهش سطح نمونه کشش ندارند، ولی مقاومت آنها را در برابر ضربه کاهش می دهند. آنها می توانند در دماهای پایینی به اندازه 100 درجه سانتی گراد و دماهای بالایی به اندازه 400 در جه سانتی گراد، بسته بعپه زمان مجاز واکنش، تشکیل شوند. وجود سیلیسیم به مقدار حدود 2.25% در افزایش دمایی که در آن صفحات رسوب می کنند موثر است و باز پخت در ناحیه 200 تا 300 درجه سانتی گراد  را بدون ایجاد ترد شدگی شدید مجاز می کند. 

رابطه دما با مقاومت در برابر ضربه برای فولاد های آلیاژی مختلف با کربن برابر که سختی آنها با آب دادن و باز پخت به 35Rc رسیده است.

 

شکست حساس به محیط

گروهی از پدیده های متالورژی از هم برکنش ی تنش استاتیکی ( که اغلب تنش با قیمانده است) با محیط ایجاد و سبب کاهش چقرمگی می شوند. این پدیده ها عبارت اند از ترد شدگی ناشی از هیدروژن، ایجاد ترک بر اثر خوردگی تنشی، و ترد شدگی فلز مایع. ضمنا رفتار ویژه و مهم دیگری وجود دارد که ترد شدگی ناشی از پرتو دهی نیترونی است. چون در سه پدیده اول برهم کنش بین یک ماده شیمیایی با ترک موجب شکست می شود، این پدیده ها به صورت عام تحت عنوان ایجاد ترک به کمک محیط مطالعه می شوند.

منابع:

متالورژی مکانیکی (جورج ای. دیتر)  ترجمه: شهره شهیدی