چگونه می توان یکنواختی ریزساختار را در کویل های نورد سرد- ارزیابی کرد؟

1. از دیدگاه ماکروسکوپی، چگونه می توانیم در ابتدا یکنواختی بافت را با بازرسی بصری یا با بزرگنمایی کم تعیین کنیم؟

بازرسی ترشی (بازرسی با بزرگنمایی کم): رایج ترین روش ماکروسکوپی. یک نمونه برش داده می شود و با اسید داغ (مانند محلول اسید کلریدریک) اچ می شود. به دلیل ناهمگنی در ریزساختار ناشی از تفکیک شیمیایی، تخلخل، یا تجمع مواد، سایه‌های مختلف رنگ، خطوط جریان یا لکه‌ها پس از اسید اچ ظاهر می‌شوند.

ریزساختار همگن: سطح حکاکی شده باید یک رنگ مایل به خاکستری-سفید یا خاکستری روشن، با ساختار درشت متراکم و بدون لکه های تیره واضح، خطوط روشن یا تخلخل نشان دهد.

ریزساختار ناهمگن: اگر جداسازی نواری قابل مشاهده (راه راه های سیاه و سفید متناوب)، جداسازی مرکزی (یک نوار تیره در مرکز صفحه)، یا نوارهای سفید روشن (ناهنجاری های ترکیبی موضعی) مشاهده شود، نشان دهنده ناهمگنی شدید در ترکیب شیمیایی یا ساختار انجماد سیم پیچ فولادی است.

مشاهده سطح شکست: نمونه پانچ یا شکسته می شود و مورفولوژی شکست مشاهده می شود.

سطح شکست یک ریزساختار همگن معمولاً به طور یکنواخت فیبری است (شکستگی انعطاف پذیر).

اگر سطوح کریستالی (سنگ چخماق) یا لکه‌های سفید روی سطح شکستگی ظاهر شوند، دانه‌های درشت یا تجمع درگیر ممکن است وجود داشته باشد که منجر به شکنندگی موضعی می‌شود.

2. چه چیزی به طور خاص یکنواختی ریزساختار (متالوگرافی) را تعیین می کند؟ یکنواختی دانه چگونه ارزیابی می شود؟

یکنواختی اندازه دانه: این مهم ترین شاخص است.

حالت ایده آل: اندازه دانه در میدان دید باید اساساً یکنواخت باشد، شکل کریستالی هم محور را نشان دهد و توزیع اندازه باید متمرکز باشد. طبق استانداردهای ASTM E112، اگر اکثریت قریب به اتفاق دانه ها در 2-3 سطح مجاور (مثلاً سطح 8، با تعداد کمی از سطوح 7 و 9) متمرکز شوند، می توان آن را یکنواخت در نظر گرفت.

حالت ناهمگن (دانه‌های مخلوط): اگر دانه‌های درشت (مثلاً سطح 5 ASTM) و دانه‌های ریز (مثلاً سطح 10 ASTM) به طور همزمان در میدان دید وجود داشته باشند، ساختار دانه‌های مخلوط نامیده می‌شود. این یک تابو اصلی در طراحی عمیق است که منجر به تغییر شکل ناهموار و حساسیت بالا به ترک می شود.

یکنواختی توزیع فاز: برای فولاد دو فاز-(فریت + مارتنزیت) یا فولاد چند فاز.

حالت ایده آل: فاز سخت (مارتنزیت/بینیت) باید به طور یکنواخت و به صورت پراکنده بر روی ماتریس فریت نرم توزیع شده و یک ساختار شبکه ای یا جزیره ای تشکیل دهد، نه اینکه به صورت نوارهای دراز تجمع یا ظاهر شود.

حالت غیر یکنواخت: اگر مارتنزیت به صورت نواری توزیع شده باشد یا در برخی مناطق مارتنزیت وجود نداشته باشد و در برخی دیگر مقدار زیادی مارتنزیت وجود داشته باشد، نشان دهنده این است که عناصر آلیاژی (مانند منگنز و C) تفکیک میکرو وجود دارد که منجر به تبدیل فاز ناهمزمان می شود.

3. بافت نواری چیست؟ چگونه یکنواختی بافت را مختل می کند؟

تعریف: در زیر میکروسکوپ، فریت و پرلیت (یا سایر ریزساختارها) به صورت موازی، نوارهای متناوب در امتداد جهت نورد فولاد، بسیار شبیه به حلقه های درخت، توزیع می شوند.

علل: اساساً به دلیل جداسازی دندریتی در حین انجماد شمش فولادی است. عناصر آلیاژی (به ویژه منگنز و فسفر) بین دندریت ها جمع می شوند. در طول نورد سرد و گرم، این نواحی غنی شده و تهی شده کشیده می شوند و نوارهای متمایز شیمیایی را تشکیل می دهند. در طی سرد شدن یا بازپخت بعدی، این نواحی با ترکیبات مختلف به ریزساختارهای مختلف تبدیل می شوند.

اثرات مضر:

ناهمسانگردی: منجر به تفاوت های قابل توجهی در خواص مکانیکی مواد در جهات عرضی و طولی، به ویژه کاهش قابل توجه در انعطاف پذیری عرضی و چقرمگی می شود.

ایجاد ترک: ترک ها به راحتی در امتداد سطح مشترک بین نوارهای فریت و پرلیت در طول خمش یا کشیدن عمیق ایجاد می شوند.

معیارهای ارزیابی: رتبه بندی بر اساس استانداردهای GB/T 13299 یا ASTM E1268. در صنعت معمولاً لازم است که باندبندی کمتر یا مساوی 2 باشد (هرچه کمتر بهتر باشد). برای ورق‌های فولادی با عیار بالا، معمولاً باید نواربندی حذف شود یا کمتر از یا مساوی 1 باشد.

4-علاوه بر اندازه دانه و ریزساختار، چگونه می توان یکنواختی ترکیب (ریزانجماد) را مشاهده کرد؟

میکروآنالیز پروب الکترونی (EPMA) یا آنالیز سطحی طیف‌سنجی پراکنده انرژی (EDS): این روش مستقیم‌ترین روش است. اسکن سطح نمونه با پرتو الکترونی، نقشه های توزیع سطح عناصر خاص (مانند منگنز، سی، فسفر، کروم) را ایجاد می کند.

ریزساختار همگن: نقشه توزیع عنصری رنگ یکنواخت را بدون نقاط غلظت آشکار یا مناطق غلظت نواری نشان می دهد.

ریزساختار ناهمگن: اگر نوارهای جداسازی آشکار منگنز مشاهده شود (رنگ تیره و ظاهر راه راه)، یا فسفر در مرزهای دانه غنی شده باشد (رنگ غیرعادی روشن در مرز دانه)، این شواهد مستقیم از ناهمگنی ترکیبی میکروسکوپی است.

روش فرورفتگی میکروسختی: به طور غیرمستقیم ریزساختار را با آزمایش ریزسختی آن قضاوت می کند. یک ردیف از نقاط سختی در ناحیه میکرو (در مراحل 10-50 میکرومتر) فرورفته است.

اگر مقادیر سختی نوسان زیادی داشته باشد (مثلاً سختی بالا در نوارهای جداسازی و سختی کم در مناطق تخلیه شده)، نشان دهنده تفاوت های قابل توجهی در ترکیب یا ریزساختار در آن ریز-منطقه است که منجر به همگنی ضعیف می شود.

5. چگونه می توان یکنواختی -توزیع گنجاندن غیرفلزی را ارزیابی کرد؟

روش رتبه بندی: مورفولوژی و توزیع آخال ها را در زیر میکروسکوپ (معمولاً 100x) طبق استانداردهای ملی (مانند GB/T 10561 معادل ISO 4967) یا استانداردهای ASTM E45 رعایت کنید.

نکات کلیدی ارزیابی:

شناسایی نوع: بین کلاس A (سولفیدها)، کلاس B (آلومینا)، کلاس C (سیلیکات)، کلاس D (اکسیدهای کروی) و کلاس DS (تشکیل ذرات تک-بزرگ) تفاوت قائل شوید.

ظرافت و کمیت: از نظر آماری ظرافت و درشتی هر نوع گنجاندن را طبقه بندی کنید. هرچه تعداد کلاس کمتر باشد، تعداد گنجاندن کمتر و کوچکتر می شود.

مورفولوژی توزیع:

یکنواخت: اجزاء کوچک، پراکنده هستند و مقدار آن در هر میدان دید تقریباً یکسان است.

غیر یکنواخت: زنجیره-شبیه (کلاس B به شکل مهره‌ای توزیع می‌شوند) یا تجمع ذرات بزرگ (کلاس DS). زنجیر-مثل آلومینا، به‌ویژه، می‌تواند به شدت ماتریس فلزی را پاره کند و باعث ایجاد ترک در هنگام مهر زنی شود.

هدف ایده‌آل: برای سیم‌پیچ‌های نورد سرد با کیفیت بالا (مانند پانل‌های خودرو و مواد DI)، عموماً لازم است که سطح آخال‌های مختلف (به‌ویژه انواع ترد B و D) کمتر یا مساوی 1.5 یا 1.0 باشد، و نباید آخال‌های درشت وجود داشته باشد.