استخراج آب زير بحراني آنتوسيانين ها از مواد اولية ميوه اي هسته اي (مثل توت)

خلاصه

استخراج رنگدانه ها بر مبناي آنتوسيانين از ميوه هاي هسته اي و انگور معمولاً با استفاده از محلول هاي اتانول يا اتانول بر مبناي آبي و اكثراً با استفاده از اتيل استات، استون يا كلريد ميتلن صورت مي گيرد. هر چند اتانول به عنوان يك حلال GRAS (به طور كلي شناخته شده) طبقه بندي مي شود. استفاده از آن بايد تحت وضعيت قانوني باشد. آب زير بحراني در تواكم متوسط بالاتر از نقطة جوش آب معمولي يك محيط جايگزين براي اتانول ثابت دي الكتريك وابسته به دماي آن و تراكم انرژي چسبندگي آن، مي باشد. در اين تحقيق آب زير بحراني تحت فشار و در دماي بين حفظ شده، براي جدا كردن رنگدانه هاي بر مبناي آنتوسيانين از ميوه هاي هسته اي (خشك و مرطوب) مثل تمشك، زغال اخته، bilberry ،elderbery و ساقه، پوست و هستة آنها به كار رفته است.

آزمايش هاي نمايش و استخراج با استفاده از سيستم استخراج خانگي و جريان دار انجام گرفتند كه در آن محلول آب اسيدي شده با سرعت بالا و به كمك پمپ فشارافزا در اتاقك واحد سرعت وارد شدند. آزمايش هاي اضافي نمايش به وسيلة دستگاه ASE (استخراج حلال تسريع شده) ديونكس مدل 300 صورت گرفتند كه در ان مقدار انحراف برداي راه اندازي نرمال ASE از طريق كنترل كنندة زير پردازشگر براي سهولت بخشيدن به استخراج در شرايط بالا تغيير يافت. نمونه هاي ميوه هاي بدون هسته انواع هسته دار آن در محفظة استخراج قرار گرفتند و تا دماي  گرم گرديد. آب خالص ديونيزه و خالص شدة Milli-Q- و آب اسيدي شده  با سرعت  با فشار ثابت  وارد شدند. به طور مشابه استخراج سريع در سيستم ASE با استفاده از آب خالص، تركيب آب – اتانول و آب اسدي شده هدايت شد. استخراج به شكل بعدي طيف نوربيني و از طريق تجزية HPLC نمايش داده شد. بازده استخراج H₂O– زير بحراني با نتايج بدست آمده از عصارة اتانولي %70 مقايسه شد.

نتايج آزمايش هاي استخراج كنندة جريان نشان مي دهد كه حجم آب زير بحراني مورد نياز براي انجام استخراج همسان آنتوسيانين نسبت به اتاوول كمتر است و به همين ترتيب فقط %90 از آنتولسيانين موجود استخراج شده است. كاهش استفاده از حلال بين 2 تا 4 برابر بوده كه باعث ايجاد عصارة غليظ تر و استخراج سريعتر شده است. اين نتايج تا حدودي به دليل سرعت بالاي فوق سيال  در بستر استخراج كنندة اينگونه هستند. نتايج ASE نشان مي دهند كه عصاره ايي با قدرت رنگي بالاتر زماني بدست مي آيد كه آب اسيدي شده مورد استفاده قرار مي گيرد و زمانيكه فرآيند استخراج در  بهينه سازي شده و تخريب رنگدانه كاهش يافته است.

تفسير چند جانبة نتايج بالا با توجه به عوامل ترموديناميك و انتقال جرم پشتيباني مي شود كه بر استخراج بر مبناي آب زير بحراني اثر مي گذارد. محاسبات با استفاده از روش تجربي كليفرود براي برآورد كسر مولي مادة حل شونده (آنتوسيانين) در آب زير بحراني، افزايش انحلال پذيري آنتوسيانين را تاييد كرده و روند ثابت دي الكتريك حلال و پارامتر پذيري نيز اين مساله را تاييد مي كنند. ثابت دي الكتريك براي آب زير بحراني در دماي بالاي  كمتر از 50 است كه به مقادير مربوط به حلال هاي قطبي آلي در دماي محيط نزديك است. همچنين از بين رفتن ساختمان مرتبة سوم در آب در دماي بالاتر و پارامتر انحلال پذيري پايين آن از روند كاهش ثابت دي الكتريك پيروي و پشتيباني مي كند. قابليت نفوذ مادة حل شونده كمتر از  برآورده شده و محاسبة سرعت استخراج را ممكن مي سازد.

به طور خلاصه يا بهتر از موارد به دست آمده از طريق استخراج بر مبناي اتانول در خصوص تركيب، ارزش تغذيه اي و فعاليت آنتي اكسيدان هستند. علاوه بر اين استفاده از آب در بالاتر از نقطة جوش آن استريل كردن در جاي عصاره را سهولت مي بخشد شبيه روش تصفيه فرعي گرمايي. مقالاتني كه فرآيند بالا را تحت پوشش قرار مي دهند اخيراً جمع آور شده اند.

مقدمه:

غذاهاي طبيعي و مكمل هاي رژيمي بيش از 9/13 ميليارد دلار از 480 ميليارد دلار فروش غذا در سال 1998 در آمريكا را به خود اختصاص داده اند. اين مقدار نسبت به سال گذشته %23 افزايش داشته است. تخمين زده شده كه 1 ميليون از مكمل هاي رژيمي استفاده مي كنند و بر اين عقيده اند كه اين مكمل ها سلامت عمومي آنها را بهبود مي بخشيده و از بيماريها جلوگيري مي كنند. از بسياري از مكمل هاي به دليل قانون آموزش و سلامت مكمل هاي رژيمي در سال 1994، با قوانين اندك يا ارزيابي علمي اندكي در بازار موجود هستند. در بسياري از مكمل هاي هايي كه منبع گياهي دارند حاوي تركيبات گيا شيميايي هستند كه كمي سازي و حتي شناسايي نشده اند. بخش هاي ديگر صنايع مكمل هاي رژيمي نيز تركيبات پلي فنولي را از ميوه ها و سبزيجات جدا مي كنند.

عصاره هاي پلي فنولي تمشك، زغال اخته، boiiberry , elderberry انگور و سويا از بازار تهيه مي كنند. قيمت عصاره اي پلي فنولي بسته به غلظت مولفه هاي فعال بسيار متفاوت بوده و گاهي به صدها دلار در هر كيلوگرم مي رسد. محصول Novasy (ايزوفلاوون) كه از شستشوي اتانولي دانه سويا بدست آمده و Grape Max (پروسيانيونن، كاتچين و آنتوسيانيدين) كه با استفاده از اتانول و استات جدا و تغليظ شده است، دو محصول موجود در بازار هستند كه تركيب آنها ناشناخته شده است. به عنوان مثالي از پيچيدگي اين عصاره هاي جدول 1 تركيب پلي فنولي برخي عصاره هاي ميوه هاي هسته اي را نشان مي دهد كه در بازار موجود هستند.

جداسازي تركيبات پلي فنولي مي تواند گران تمام شود. مقدار زيادي مادة خام، كه مقدار كمي مادة فعال دارد براي جدا كردن مقدار كمي ماده مورد نياز است. محتواي آنتوسيانين (ANC) زغال اخته بين mg/g3/6-1/3 (وزن خشك) گزارش شده است. سطح اسيد لاجيك در گونه هاي مختلف توت فرنگي بين mg/g64/4-83/0 (وزن خشك) است. مولفه هاي ديگر مثل پروسيانين و فلاوانول ها نيز بسته به شرايط رشد و محل كشف سطح پاييني دارند. بيشتر ميوة برداشت شده در فرآيند پردازش محصولات آب ميوه (به طور كلي و جزيي) وارد مي شوند بنابراين در دسترس ترين منبع اين تركيبات از تفاله ميوه ها (مثل پوست، ساقه، ؟؟؟) پس از فرآيند عصاره گيري است كه درصد بالايي از جرم آن فرآوري شده است.

با در دسترس بودن عصاره گيري است كه درصد بالايي از جرم آن فرآوري شده است.

با در دسترس بودن اين محصولات فرعي غني از مواد مغزي (تفاله ها) ابزار موثري براي جداكردن حداقل بخشي از اين تركيبات بدست آمده است. با قيمت kg/200-50 دلار عصارة ميوه ها و يا بيشتر، ارزش بالقوة تجاري آنها ميليونها دلار است. استخراج آب زير بحراني (SWE) ابزاري بالقوه ارزان كارآمد و دوست خريدار براي جدا كردن اين مواد پلي فنولي ارزشمند فراهم مي كند. پلي فنوليك ها و به طور خاص تر ANC_S اغلب توسط حلال هاي اتانولي يا اتانولي آبي جدا مي شوند. و اين كار بايد به دليل حساسيت بسيار، بالاتر از نقطة جوش نرمال آن تحت فشار بستگي دارد، در حاليكه ثابت دي الكتريك آب و قدرت انحلال سيال را تغيير مي دهد. استفاده از SWE براي استخراج محصولات طبيعي براي kava-kava، تمشك و Saworg انعناع مستندسازي شده است همچنين براي Wost ؟؟ جان و اخيراً به خوبي توسط كليفورد و هالوژن خلاصه شده است. همانطور كه توسط كينگ اعلام شده بود، SWE با استفاده از براي فرآوري «سبز» مولفه هاي سازندة مغزي SEE را تكميل مي كند. در اين تحقيق ما قابليت كاربرد SWE را براي جدا كردن پلي فنوليك ها از ميوه هاي بسته اي و محصولات مرغي باقيمانده آنها، گسترش مي دهيم.

مواد و روش ها

دستگاه تجربي استفاده شده براي هدايت SWE_Sدر شكل يك نشان داده شده است. اين دستگاه حاوي پمپاژ سرعتي جداسازي كاربري بر روي ورود آب به مخزن استخراج (اتاقك) است كه در يك فر تنظيم گرمايي شده قرار گرفته است. محفظة استخراح يك SS316، "Od1، "id16/9 با حجم تقريبي ml55 بوده است. همانطور كه در شكل هم نشان داده شده، آب از طريق يك فنر تعاديل در فر پمپاژ مي شود تا در دماي بالاتر از نقطة جوش خود تحت فشار به حد زير بحراني برسد و سپس قبل از خارج شدن از فر از طريق محفظة استخراج به مخزن حمام خنك كننده وارد شود. فشار برگشتي به كمك دريچة ويزمتري در سيستم حفظ شده است كه تنظيم سرعت جريان آب را ممكن مي سازد. عصاره هاي آبي پس از خارج شدن از دريچة ريزمتري جمع آوري شده اند. اولين ترموكوپل در شكل 1 به كنترل كنندة دما متصل شده كه دماي فر را تنظيم مي كرد. در حاليكه ترموكوبل هاي ديگر به يك دستگاه سنجش ديجيتالي متصل بودند تا خواصش دقيق دمامي آب قبل و پس از محفظة استخراج بدست آيد.

نمونه هاي ميوه هاي بسته اي مختلف و محصولات فرعي (تفاله) آنها در محفظه استخراج قرار گرفته و فر تا دماي بين با سرعت ml/min24 و فشار ثابت Mpa40 وارد شدند. اين فشار بيشتر از حد مورد نياز بود تا از تشكيل كار در محفظة استخراج جلوگيري كند. نمونه هاي اضافي در هر g80-60 از محلول آبي بدست آمده از استخراج كننده در فاصله زماني 40 دقيقه اي بدست آمدند. اما تا زمانيكه محفظه به دما و فشار مطلوب استخراج رسيد برداشته شده به صورت بصري با اكي ولان تقريبي ppm20 از سيانين

 3 – گلوكوزيد (مدل خاص ANC) نمايش داده شد. نمونه هاي استخراج شده به روش HPLC توصيف شده توسط اسكرد و همكاران تجزيه و تحليل شدند. بازده استخراج SWE با نتايح به دست آمده از عصارة اتانولي %70 مقايسه گرديد. نمونة كنترل با اتانول %70 در آب به مدت 40 دقيقه و با استفادئه از صوتي سازي استخراج شده و با اتانول اضافي شسته شد تا هر گونه رنگ باقي مانده از مادة اوليه ميوة بسته اي جدا شود، به دليل حساسيت بالاي ANC ها به نور، گرما و اكسيژن تمامي نمونه ها پس از استخراج فوراً براي تزريق به HPLC همانطور كه گفته شد آماده شدند.

شكل 2 سيستم ASE مدل 300 را نشان مي دهد كه براي تضمين سريع اثر SWE بر روي تفالة elderbery، با استفاده از آب بدون گاز خالص، آب اسيدي شده و تركيب آب/ اتانول، مورد استفاده قرار گرفت. دماي استخراج بين  متغير بود. شرايط استخراج كلي يعني همان 13 مورد استفاده شدند تا بهينه سازي SWE ممكن شود. هر چند ASE (استخراج حلال تسريع شده) از فشار برگشتي N₂ براي جلوگيري از جوشيدن استخراج استفاده مي كند، اثر آن بسيار شبيه اثر استفاده از وسيلة تنظيم كنندة فشار برگشتي براي، استخراج كنندة مداوم خانگي است كه قبلاً در مورد آن توضيح داده شد. استفاده از سيستم لسيتم ASE يك رويكرد تجربي «تركيبي» براي بررسي SWE پلي فنوليك ها از مواد اوليه بدست آمده از ميوه هاي بسته اي ايجاد مي كند. اين سيستم پس از تحليل آماري، انتخاب پروتوكل استخراج كه بيشترين غلظت/گرم ANC از عصاره را ممكن ساخته است براي آزمايش سيستم جريان مداوم SWE در مقياس بزرگتر.

نتايج و بحث

جدول 2 نتايج و با استفاده از SWE در دستگاه استخراج خانگي براي elderberry خشك شده، نور رسانه هاي آن و تفالة تمشك سياه ارايه داده است. هر كدام از اين مواد اوليه تحت شرايط توصيف شده در بخش آزمايش با اتانول، آب زير بحراني، در زمان و شرايط كافي براي استخراج تقريباً %90 از ANC هاي موجود همانطور كه در عصاره گيري اتانولي تعيين شده، استخراج شدند. بازده از نظر mgANclg- ماده اوليه در مادة خشك و مرطوب – براي هر نوع استخراج و مادة اوليه در جدول 2 ارايه شده است. بر اساس اشكال وزن خشك درصد ANC استخراج شده و نسبت به استخراج اتانولي محاسبه شده وارنستون پنجم جدول 2 ارايه شده است. در اغلب موارد، بدون توجه به مادة اوليه، بازده %90 بيشتر براي ANC ها با استفاده از SWE بدست آمد. بازده ANC با SWE كمي بيشتر از %100 براي عصارة elderberry خشك بود، اما علت آن ممكن است كسب بازده بهتر استخراج ANC با SWE باشد، يا به دليل خطاي آزمايش نتايج نسبتاً پايين تر براي SWEبراي تفالة مرطوب تمشك به دست آمد. اما حتي در اين مورد بازده 80 درصد ANC از طريق SWE به دست آمد.

علظت ANC در حلال glg در ستون 6 ارايه شده و جالب توجه است. در هر مورد از جدول 2، SWE نتايج برابر يا بهتري نسبت به استخراج اتانولي ارايه داده است. ارزيابي خلال gtNClg: براي جدا سازي 90 درصدي ANC ها از زمينه هاي مربوط در مقايسه با مواد به دست آمده از استخراج اتانولي بوده و در نتيجه قدرت رنگي بالاتري دارد. علت آن تفاوت 4-2 برابر نسبت حلال/ماده اوليه (ستون 7، نسبي 2) است كه بين عصارة 90 درصدي آب SWE، SWE اضافي يا استخراج بر مبناي اتانول وجو دارد. اين مساله نشان ميد هد كه مقدار كمي از ANC باقي مانده از مادة اوليه جدا شده است چون SWE خيلي طول كشيده و رنگ ديگري عصاره را در نقطه بازده %90 تضمين مي كند. فقط در مورد نتايج تمشك سياه، مانتوانسيم %90 از ANC را استخراج كنيم.

جداسازي ANC در دماي استخراج  با در نظر گرفتن ناپايداري گرمايي آنها عجيب است اما محاسبه ابر سرعت آب زير بحراني در محفظة استخراج (~0/1cm/sec) انتقال طولي سريع ANC ها به خارج از محفظة استخراج را نشان مي دهد. اين عامل به همراه انتقال جرم سريع ANC از مادة اوليه با استفاده از آب زير بحراني فرآيند استخراج بسيار سريع و موثر را سهولت مي بخشد. مزيت ديگر فرآيند استخراج با آب «داغ» قابليت بالقوه استريل كردن در جاي محصول بدست آمده است كه قابليت تصفية قرعي گرمايي محصول نهايي را دارا مي باشد.

نتايج استخراج بر مبناي ASE براي تفالة elderbemy را مي تواند در شكل 3 مشاهده كنيد. تفالة elderberry به دليل محتواي رطوبت ذاتي بالايي كه دارد (%65 در مقابل %3/9-4/7 ديگر مواد اوليه elderberry مرطوب) با پاشندة خاك دياتومه تركيب شده است تا بر استراخ ASE اثر بگذارد. شكل 3a آمپول هاي جمع آري ASE را در توالي اي نشان مي دهد كه براي SWE انجام شده در دماي 120،140 و 160 درجه با استفاده از آب خالص جمع آوري شده بودند. آنها را مي توان با طرح استخراج مشابه به بهره بردن از آب اسيدي شده به عنوان مادة استخراج كننده مقايسه كرد همانطور كه در شكل b3 نشان داده شده است. به نظر مي رسد در  آب اسيدي شده استخراج مادة رنگي اضافي را سهولت مي بخشد. اما به نظر مي رسد اين روند با استخراج انجام شده در  معكوس مي گردد. علت اين نتيجه ممكن است كاهش مادة كردمانوري در شرايط استخراج اسيدي شده باشد. چنين مشخص شد كه با افزايش ميزان اتانول در آب از 10 به 40 درصد براي روند استخراج مشابه نمونة تفالة elderberry باعث رنگ كمي بيشتر در آمپول جمع آوري چهارم مي شود. براي آزمايش هاي ASE استخراج آب اسيدي شده در دماي  بيشترين مقدار آنتوسيانين جدا شده در هر گرم از تفاله يعني تفاله mgANClg724/0 (خشك- را به دست داد. اما مشخص هم شد كه آب خالص در  مقدار كمتري تفاله ANClg و نسبت بالاتري از ANC نسبت به كل مادة استخراج شده را به دست مي دهد (استخراج به صورت خشك gANC/100g65/10).

عصاره هاي خشك حاوي غلظت ANC  به صورت موجود در محصولات بازاري بودند. درصد متوسط ANC ها در عصارة آبي پاياني براي جداسازي دانه/ساقة ميوه هاي بسته اي از %10-8 تا %5/4-5/2 از تفاله بود، هر چند قدرت رنگي چنين عصاره ايي بالاست، بهتر است براي كاربرد در زمينه مواد تغذيه اي و مكمل ها اين عصاره ها بيشتر تغليظ نشوند.

اين امر به صورت بالقوه با تركيب مرحلة فرآروي غشاء پس از SWE صورت مي گيرد. بايد متذكر شويم كه SFE با SC-CO₂ (به صورت خالص و هم حلال ها) در مقالات براي استخراج كسر حجمي پلي فنولوي غني شده و روغن از انگور شده است.

چنين نتايجي نشان مي دهند كه با تصفية استخراج هاي به دست آمده با استفاده از SC-Co₂ و آب زير بحراني كه آرايه اي از محصول طبيعي مفيد است، همانطور كه قبلاً توسط نويسنده گفته شده قابل دستيابي است.

تحقیق رایگان

سایت علمی و پژوهشی اسمان

تحقیق درباره فولاد چيست

فولاد آلياژي است از آهن و كربن ماه اصلي فولاد آهن است. فلزي سفيد نقره اي و كم تنش كه ماليبل و داكتيل است و تقريبا نرم . اما كربن اين خصوصيبات را تغيير مي دهد. اضافه كردن مقدار خيلي جزئي از كربن به آهن آن را به فولاد تغيير مي دهد. آلياژي سخت و خشن و قوي و شكل پذير. بيشتر از ابزارها و تجهيزات ساختماني فولادي براي هزاران سال استفاده مي كرده است.

بشر اوليه بطوريكه مي دانيم و حتي كشف كرد كه گرم كردن ابزارهاي آهني در آتش كيفيت آن را بالاي برآنها را لخت و قابل خميدگي مي كند. و اگر زغال سنگ هم وجود داشته باشد. فلز حتي لخت تر از قبل از آتش بيرون مي آيد. عمليات حرارتي هزاران سال عمر دارد در حاليكه علم عمليات حرارتي عمري بيش از 100 سال ندارد. و اما عمليات حرارتي فلزات هم علم است و هم هنر. با كنترل زمان و درجه حرارت ما مي توانيم فولاد را سخت و شكننده سازيم مثل اين و يا نرم و قابل خميدگي مثل اين ما مي توانيم با عملياتمان به فولاد هر خصوصيتي كه مي خواهيم بدهيم . تفاوت زيادي بين فولادهاي كربني و آنچه كه ما به فولادهاي آلياژي فولادهاي زنگ نزن و فولادهاي ابزار است وجود دارد. اينها تماما انواع مختلفي از فولاد هستند موضوعات. پايه اي عمليات حرارتي ممكن است چيزهايي باشد مشابه آنها به صورت متفاوتي تحت عمليات حرارتي قرار مي گيرند. حال ما قصد مطالعه تنها يكي از فولادها را داريم. فولادهاي ساده كربني اين ساده ترين نوع فولاد است. مخلوطي 2 عنصر پايه آهن و كربن براي توليد فولاد كربن در مقادير بسيار كمي اضافه مي شود چيزي كمتر از 1% اضافه كردن حدود 15/1 درصد كربن خواص فولاد به شكل عجيبي تغيير مي دهد.

سيستم كد بندي     در فولادS/A

فولادهاي كربني بسته به مقدار كربن در درجات مختلفي موجود مي باشند. بنابراين انواع زيادي از فولادهاي موجود اند و تعدادي از سيستمها براي شناسايي انواع فولادهاي كربني براي شناسايي مواد و عناصري كه ممكن است با آنها آلياژ شوند به كار گرفته مي شوند.

سيستمي كه گسترده ترين استفاده را دارد سيستم شماره گداري S/ A مي باشد. S/ A آهن و فولاد آمريكا مي باشد. سيستم S/ A از 4 عدد و گاهي 5 مد ساخته شده است. اين اعداد هر دو فلز پايه و بيشتر اوقات درصد تقريبي عنصر اصلي در مخلوط را مشخص مي كند. در اين حالت 2 مداول نشانگر فلز پايه هستند ، 10 نشانگر فولاد كربني است. 10 همچنين نشاندهنده تعدادي عناصر گريز در فولاد هستند مثل توگرد ، فسفر ، منگنز ، سيلسيم كه همچنين ممكن است در مقادير كنترل شده اي باشندو اما تمامي تمركز پاي اين است كه IU نشانگر فولاد ساده كربني است كه از آهن و مقدار معيني كربن تشكيل شده است. 2 رقم باقيمانده در سيستم مصرف AU درصد كربن در فولاد را در 100 براي آن معين مي كند.

آنها با توجه به اين براي S/ A كه مي دانيم يك فولاد كربني است و 10 بيانگر اين است و 40 مقدار كربن در فولاد را مي گويد حتي 0.40 درصد و آن يعني مقدار خيلي اندكي اما همانطور كه خواهيم ديد مقدار خيلي اندكي از كربن تمامي چيزي است كه ، احتياج داريم براي ساختن فولادهاي بسيار متفاوتي و هر كدام با مشخصات مختلف فولاد كم كربن 1010 در شرايط نرم و براي كارهايي كه راكسيتيليه بالا احتياج است استفاده مي شود. فلزات ارزان براي درهاي اتونيل معمولا از فولا 1010 بهره مي گيرند. مقايسه فولاد متوسط كربن 1050 خيلي محكم است وقتي كه سخت سازي تمير شود. فولاد 1050 در بخشهاي ساختاري اتومبيل مانند اكسل و شافت و تورج هاي سنگين پر مصرف استفاده مي شود.

فولاد پر كربن 1080 مي توان سخت كاري و بعد از آن تمير يا شود براي رسيدن به استحكام خيلي بالا و اين فولادي است كه خيلي از فنرها براي آن ساخته شود مثل لخت خواب و فنر اتومبيل كاميون.

در محتواي كربن فولاد هم همچنين محدوديتهايي وجود دارد. فولادهاي كاربردي تا حدود 15% كربن دارند و بيشتر از %15 مقدار كربن اضافي در فولاد است. و آن را به سمت چدن مي برد. آلياژي با آهن بالا ، كربن ، سيليكيون چدن ها داراي خواص مختلفي هستند. معمولا به عنوان فولاد كربني شناخته نمي شوند. اگر ما مي توانستيم اتمهاي دوران يك قطعه فولاد را ببينيم ما چيزي شبيه اين را مي ديديم.

ميلياردها اتم آهن درون قطعه و احتمالا مقدار خيلي جزئي و اتمهاي كربن فولاد كربني هاي بيشترين مقدار استفاده در جدولهايي به وسيله درهاي S/ A ليت شده اند. اين مخلوط فلزي شيميايي آهن و كربن را نشان دهند. توجه داشته باشيد كه اين جدول و همچنين نشاندهنده در حد منيزيم در فولاد است. MN علامت شيميايي عنصر منيزيم مي باشد و C علامت شيميايي كربن تعدادي از اين عناصر اضافي از فولاد وجود دارند. ما آنها را يا عناصر باقيمانده مي ناميم. خيلي كوچكتر از آنكه در جدول تركيب شيميايي عنوان شوند.

با افعال عناصري مثل كردم ، نيكل موليبدن و كربن بعضي اوقات از طريق ضايعات به مذاب ، يا محصول ما مي رسند و نهايتا راهي به فولاد نهايي يا در مراحل نهايي مي يابد. و حتي اگرچه در جدول تركيبات شيميايي قرار نگرفته اند اين عناصر رسوبي  مي توانند در فولاد كربني اختلاف ايجاد كنند. زمانيكه قصد اين عناصر اضافه شوند. به آنها عناصر آلياژي مي گوييم و زمانيكه مقداري اين عناصر به صورت كافي زياد شود فولا ديگر به عنوان فولاد كربني طبقه بندي نمي شود.

به عنوان عمليات حرارتي مي كنند ، خيلي مهم است كه ما با عناصر رسوبي و آلياژي آشنا شويم. چون آنها مي توانند نقش مهمي در خصوصيات فلز ايفا كنند. به عنوان مثال بعضي از درجات فولا به عنوان فولادهاي كربني درجه بندي مي شوند. اما در طبقه فولادهاي با قابليت  ماشينكاري قرار مي گيرند. چون نسبتا داراي مقادير زيادي گوگرد هستند و كد S/ A آنها سري 1100 است كه اغلب با 11 و 2 تا x نشان داده مي شود. ×× فولاد كربني با قابليت  ماشينكاري با گوگرد و فسفر در S/ A به صورت ×× 12 طبقه بندي مي شود. بعضي اوقات مقدار كمي سرب هم براي خواص ماشينكاري به آن اضافه مي شود كه در اين صورت حرف L در بين رقم اول كد S/ A و 2 رقم آخر آن اضافه مي شود. پس 12l14 يك فولاد با قابليت ماشينكاري به علاوه فسفر و گوگرد خواهد بود. كه 12 مصرف آن است و مقدار كمي كه با L نمايش داده شده و 14/. كربن.

متغيير ديگر در فولاد كربني ، افزودن مقدار كمي از بور است و معمولا كمتر از 003/.% بور ممكن است به فولاد اضافه مي شود. اما حتي اين مقدار كم از بور و بعضي اوقات حتي كمتر از آن ، كاملا كافي است براي شامل شدن در كد S/ A.

10B21 يك فولاد كربني است با برد 21/.% كربن وقتي در كد AU ، B را مي بينيم ما مي دانيم كه عمليات حرارتي و كونيچ روي اين فولاد با همان كار در فولاد ساده كربني متفاوت خواهد بود.

خوب ، براي كد گذاري فولادهاي كربني خيلي زير گفتيم. حالا صورت مختصر سيستمهاي كد گذاري مورد استفاده براي شناسايي فلزات و آلياژها را سرور مي كنيم .و چيز مهم براي بخاطر داشتن اينها هستند كه در كد گذاري S/ A 2  رقم اول نشانه فلز پايه است كه 10 براي فولاد كربني است دو رقم آخر نشانه در مقدار كربن فولاد ضربدر در درصد مي باشد.

كريستالهاي فلزي

براي فهميدن اينكه طي عمليات حرارتي چه اتفاقاتي مي افتد ، بايد آنچه كه طي پروسه گرم كردن و سرد كردن روي فلز اتفاق مي افتد را به تصوير بكشيم. اين تغييرات اين مخلوط آهن و كربن ايجاد مي شوند. درون هر اتم جداگانه در مولكول اتفاق مي افتد. اتمهاي آهن براي شكل دادن كريستال آن در طراحي خيلي ساده چيده شده اند. تمامي فلزات ساختاري كريستالي دارند. كريستالهاي فلزي خيلي مشابه به شبكه سنگ و بقيه سنگهاي متنوع هستند.

اما براي ديدن ساختاري كريستالي دارند. كريستالهاي آهن ، ما بايد يك نمونه فلزي را بررسي كنيم و با ميكروسكوپ متالوژيكي سطح آن را ببينيم فلز را از سطح مقطع آن مي بريم و پرداخت مي كنيم اما به لايه اي صاف برسيم ، همچنين آنرا پوشش مي كنيم با اسيد اوج مي مي توانيم تا مرز دانه بين هر كريستال زير ميكروسكوپ كاملا واضح شود. هر كريستال جداگانه در نظر دانه ناميده مي شود. اندازه دانه ها متفير است چدن آنها هنگام بريده شدن در جهاتت مختلفي مي چرخند كم مي شود.

سايه بين دانه ها همچنين متفاوت است چون كريستال درجات مختلفي رشد مي كند. و نور را درجات و با زاويه هاي مختلف و با طول مهرج هاي مختلفي منعكس مي كنند. شكل آنها هم همچنين نامنظم ولي قاعده است چون آنها شكل گيري هم برخورد مي كرده اند.

زمانيكه ميكروسكوپ متالوژيكي يكي اختراع شد دانشمندان چيز زيادي درباره ساختار فلزات نمي دانستند. مرزهاي بين دانه هاي فولادهاي پر كربن به نظر مي رسيدند كه نقش چسب يا سيمان را ايفا مي كنند و كريستالها را كنار هم نگه مي دارند. آنها اين ماده جديد را سمنيت ناميدند و حالا ما مي دانيم كه سمنيت تركيبي از آهن و كربن است كه همچنين به عنوان كاربيد آهن شناخته مي شود كه حين سرد شدن فولاد شكل مي گيرد. فرمول شيميايي كابيت آهن Fe3 است.

هر دانه يا كريستال از يك فلز ، از ميلياردها اتم تشكيل شده براي ديدن اتمها نمونه نبايد بيش از 30 ميليون برابر بزرگ نمايي شود كه كار خيلي مشكلي است. پس ما بايد هر اتم آهن را و رسم كنيم و ساختار آنها را طي تغييرات دما در طول پروسه عمليات حرارتي به تصوير بكشيم اين شبكه كريستالي به هم پيوسته آهن داراي بزرگنمايي يك ميليون برابر است. اتمها بصورت فشرده بسته بندي شده اند ولي بصورت منظمي بسته بندي نشده اند. اتمهاي آهن دماي فلز در ساختاري بسيار مشخصي حل و چيده شده اند. دماي 1800 درجه كار نهايت تقريبا بيشترين دمايي است كه ما توانسته ايم فولاد كربني را در آن تحت عمليات حرارتي قرار دهيم .

در اين دما فلز هنوز جامد است اما اتمها هنوز براي شكل دادن يك طرح مشخص در كريستال در تحركند . اين چيدمان آهن را هر كدام از 8 گوشه مكعب نگه مي دارد و در هر سطح مكعب با اتمهاي آهن مي پوشانند. اين ساختار مكعب با سطوح مركز دار نام دارد. اين ساختار كريستالي تنها موقعي وجود دارد كه دماي آهن بالا باشد عموما فرد يك 1674 درجه فار نهايت زير 1674 درجه اتمهاي مركز سطوح موقعيت خودشان را تغيير مي دهند. در اين ساختار جديد اتمها در 38 گوشه مكعب مي مانند اما حالا طوري چيده شده اند كه هر اتم آهن را در وسط مكعب در برگرفته اند اين مكعب مركز دار ناميده مي شود و اگر ما دوباره آهن را گرم كنيم ساختار مكعبي مركز دارد در صورت مكعب سطوح مركز دارد ناميده مي شود اگر ما دوباره آهن را گرم كنيم ساختار مكعبي مركز دار دوباره  به صورت مكعب سطوح مركز دارد در مي آيد. در زير ميكروسكوپ ما مي توانيم اين انتقال ساختار كريستالي فولاد را ببينيم. ساختار كريستال مكعب سطوح مركز دار اتم تا زماني كه دماي آن حدود 1674درجه گرم باقي مي ماند.

آهن در اين دما آستنيت ناميده مي شود. همين كه آستنيت تا 1674 درجه فار نهايت سرد شود. اتمهاي ساختار كريستالي آستنيت تغيير مكان مي دهند. ساختار مكعب با سطوح مركز دارد يا Fcc به مكعبي مركز داريا Bcc 1674 درجه فار نهايت تغيير مي كند. در اين فرم Bcc و دماي 1674 درجه فار نهايت فلز حالا مزيت ناميده مي شود. آستينت و مزيت عباراتي هستند كه در نقشه هاي عمليات حرارتي براي تشخيص دو فرم كريستالي مختلف فولاد كه در تغييرات فازي در دما هستند. و براي تشريح نقش ذرات كوچك كربن در حين تغييرات ساختاري در حرارت دادن و سرد كردن بكار مي روند. در اين چيزي كه تمام عمليات حرارتي درباره آن است. گرم كردن قطعه اي فولاد تا مرحله آستنيت بيشتر از محدوده 1300 يا 1400 درجه تا 1674 درجه فار نهايت بسته به درصد كربن و بعد اجازه دادن به آن به سرد شدن كنترل زمان و دما.

در اين راه ، انتقال اتمها از آستنيت با سطوح مركز دارد به مزيت مكعبي مركز دارد را كنترل مي كنيم. دانش عمليات حرارتي به آلوتروپي آهن وابسته است. توانايي آهن از انتقال از يك ساختار كربستالي به ديگر ساختار كريستالي با تغيير دما.

محلولهاي جامد :

عمليات حرارتي به سادگي گرم كردن فلز و نگه داشتن در آن دما است بصورتيكه خواهيم ديد و سرد كردن كنترل شده آن بي نهايت مهم است. چيزي كه عمليات حرارتي را كمي پيچيده تر مي كند. اين واقعيت است كه ما با محلول جامدي از آهن و كربن كار مي كنيم فولاد يك محلول جامد است و ديدن اينكه مذاب فولاد مي تواند محلولي از آهن و كربن باشد ساده است اما فولاد در حين عمليات حرارتي ذوب نمي شود در مورد آهن جامد و كربن جامد و بصورت محلول در جامد حرف مي زنيم و اين قابليت آهن و كربن است براي شكل دادن به محلول جامد كه عمليات حرارتي فولاد با موفقيت همراه شود.

اينكه ، چطور مي توانيم كربن جامد را با كريستالهاي جامد آهن و در سطح ملكولي به صورت محلول در بياوريم خيلي ساده است. دماهايي بالا فولاد را آستنيت مي كند. ساختار كريستالي مكعب با سطوح قرار دارد. فضاهاي خالي مناسبي براي نفوذ اتمهاي كربن بين اتمهاي آهن به وجود مي آورد و همانطور كه مي بينيد در كريستال آستنيت فضاي خالي كافي براي اتمهاي كربن وجود دارد تا محرك داشته باشند. اتمهاي كربن كاملا در آستنيت محلولند. اما همينكه دما به آرامي كاهش پيدا كند و آستنيت آرام آرام به شبكه مكعبي مركز دارد مزيت پيدا كند جاي خالي كمتري بين اتمهاي آهن وجود دارد. بيشتر اتمهاي كربن در كريستالهاي Bcc باقي نمي مانند و چون فضاي كافي وجود ندارد اتمهاي كربن موجود به بيرون كريستال نفوذ مي كنند. اين اتمهاي كربن آنرا با اتمهاي آهن ازاد جفت مي شوند و ملكول كار بيد آنها را مي سازد. Te3c كه همچنين سمنتيت خوانده مي شوند .به خاطر داشته باشيد كه 2 يا چند اتم در شرايط مخصوصي ملكول را مي سازند.

اين اتمهاي كربن هستند كه در كريستالهاي گرم شده آستنتيت حل مي شوند و آهن را به فولاد تبديل مي كنند. در تمام دماهاي بالاتر از محدوده 1300 و 1400 تا 1674 درجه فار نهايت آسنتيت با شبكه كريستالي مكعب با سطوح مركز دارد داريم. اتمهاي كربني در اين شبكه كريستالي آزادانه حركت مي كنند اما تصور كنيد كه ما آستنيت را سريعا سرد كنيم. با كوئيچ كردن فولاد در آب سرد ، انتقال از مكعب با سطوح مركز دار خيلي آني خواهد بود و تقريبا بصورت آني درباره دمايي مشخص اتمهاي كربن كه در شبكه مكعبي با سطوح مركز دارد بصورت آزادانه حركت مي كردند.همينكه ساختار ناگهان به وام مي افتند. هرچه اتمهاي كربن به دام افتاده در كريستال بيشتر باشد ، فولاد سخت تر مي شود هرچه بيشتر كريستالهاي مكعبي مركز دارد بيشتر و پيچيده شوند.

اتمهاي آهن به وسيله اتمهاي كربن كريستال از هم جدا مي شوند. اين كريستال جديد پيچيده شده ، ديگر همان مزيت نيست و حالا مار تزيت خوانده مي شود. كار تزيت يك محلول فوق اشباع از كربن در آهن است و ريز ساختار آن كاملا با مزيت متفاوت است.

اين چگونگي ساخته شدن فولاد از اتمهاي آهن و كربن است كه مقادير بسيار كمي از كربن در فلز جامد حل شده وقتي آسنتينت به آرامي خنك شود اتمهاي كربن به بيرون ساختار مكعب با سطوح مركز دار نفوذ مي كنند و با آهن پيوند مي دهند تا كار بيد آهن و فرم مكعب مركز دارد و شكل دهند.

انتقال مزيت از آستنيت به سمنتيت و مزيت طي خنك شدن تدريجي يا به مارتزيت موقع سرد شدن ناگهاني در محدوده مشخص زماني چيزي است كه در يك فولاد مشخص اتفاق مي افتد. فرض كنيد كه ما نمودارهاي دمايي فولادهاي بيشتر و با سطوح مختلف مقدار كربن را رسم كنيم. مقدار كربن فولاد در مواجهه با دمايي كه در آن مزيت و سمنتيت و طي گرم كردن اتفاق مي فتد خطي ثابت و افقي در حدود 1314 درجه فار نهايت است و A خوانده مي شود. همين طور كه درصد كربن فولاد زيادتر مي شوند دماي استحاله بيشتر كاهش پيدا مي كند.

جاييكه آستنيت طي سرد كردن شروع به ساتحاله به مزيت مي كند. خطي از نموار است كه A ناميده مي شود.

نشاندهنده دمايي است كه در آن فولاد طي گرم شدن شروع به استحاله به آستنيت مي كند . اين دماي استحاله تا وقتيكه مقدار كربن آستنيت به 77/. درصد افزايش مي يابد. كاهش پيدا مي كند.

دماي استحاله به عكس شروع به افزايش مي كند همين طور كه مقدار كربن زيادي مي شود. اين خط استحاله جديد Amm خوانده مي شود. در محدوده A3 و A1 فولادد تماما آستنيت در نظر گرفته مي شود. A3 و A1 فولاد مخلوطي از آستنيت و مزيت است و بين Ae و A1 فولاد مخلوطي از آستنيت و سمنتيت است.

تمامي فولادها صرفنظر از مقدار كربن طي گرم كردن در دماي 1314درجه فار نهايت شروع  به استحاله مزيت به آستنيت مي كنند. زير خط استحاله A1 فولاد كاملا مزيت و سمنتيت است و به اين ترتيب همين طور كه فولاد را گرم مي كنيم در A1 مزيت شروع به استحاله آستنيت مي كند و كار بيد آهن يا سمنتيت شروع به رفتن به سمت محلول مي كنند همين طور كه اتمهاي كربن در آستنتيت با مكعب با سطوح مركز دارد وجود دارد .

بين A1 و A3 مخلوطي مزيت و آستنتيت وجود دارد . در بالاتر از A3 و Acm فولاد كاملا آستنتيت است و در زير A1 فولاد مزيت و سمنتيت است.

اينجا ما قسمتي از دياگرام آهن ، سمنتيت را داريم كه در عمليات حرارتي فولادهاي كربني استفاده مي شود. دياگرام آهن سمنتيت با فازهاي آستنتيت مزيت و سمنتيت سروكار دارد كه در اين دماها وجود دارند محدوده  كربن در هز فاز و مخلوط 2 فازي مزيت و آستنتيت مزيت و سمنتيت و آستنتيت و سمنتيت .

آنچه كه  ما در دياگرام فازي آهن ، سمنتيت مي توانيم ببنيم اين است كه منطقه اي كه به عنوان آستنتيت مشخص شده جايست كه آهن مي تواند كربن را حل شده سرو كار بسيار زيادي داشته باشد. كربن بسيار كمي در مزيت حل مي شود. بسياري از عمليات هاي حرارتي مثل آنيل و گرم كردن براي سخت كاري با گرم كردن فولاد اين محدوده زماني شروع مي شوند تا كربن را در آهن مكعبي با سطوح مركز دارد حل مي كنند. دياگرام آهن سمنتيت در پروسه هايي از عمليات حرارتي استفاده مي شوند. كه شامل آرام  كردن و آرام خنك كردن هستند. دياگرامهاي ديگر براي پروسه عمليات حرارتي مختلفي به كار مي روند. و ttt يا تريپل T خوانده مي شوند.

Ttt نشانگر زمان دما دگرگوني مي باشد . 2 نوع دياگرام ttt وجود دارد. يكي از دگرگونيهاي يا همه IT است ايزو يعني ثابت ترمال يعني حرارت و دما دياگرام دگرگوني همه ما براي تشريح عمليات حرارتي در دماي ثابت به كار مي رود. دياگرام نوع دوم خود دارد دگرگوني در سرد شدن پيوسته يا منحني هاي ct است  منحني دياگرام ct عمليات حرارتي طي سرد شدن پيوسته است و همين طور است از پيوسته.

اين را در برنامه اي در رابطه با فولادهاي آلياژي توضيح خواهيم داد و حال فقط منحني استحاله همه ما را در نظر خواهيم گرفت.

اين يك دياگرام TTT براي فولاد معيني با مقدار كربن 77/. درصد است. همين طور كه مقدار كربن فولاد تغيير مي كند. ttt آن هم نيز تغيير خواهد كرد. منحني اول زمان شروع استحاله زير ساختار فولاد را نشان مي دهد.

منحني دوم ، تمام آن استحاله را نشان مي دهد. پس در اين منطقه دمايي در مواجهه با زمان ما زير ساختار آستنتيتي خواهيم داشت. اگر ما منحني را بين شروع و خاتمه منحني قطعه كنيم مخلوطي از زير ساختارها را خواهيم داشت آستنتيت در مرحله تغيير به يك  ريز ساختار متفاوت خواهد بود و در منطقه قبل از خاتمه منحني ريز ساختارهايي از فولاد را خواهيم داشت كه پرليت و بينيت خوانده مي شوند بسته به زمان و دمايي كه آن سرد مي شوند. ريز ساختار رو منحني متفاوتي خواهند داشت.

آستنتيت را خيلي سريع خنك كنيم. منحني شروع پرليت را در خواهيم كرد به نقطه مارتزيتي خواهيم برخورد. خنك كردن بيشتر منجر به استحاله تكامل ريز ساختار به مارتزيت خواهد شد. پس دياگرام زمان – دما دگرگوني نشاندهنده زماني است كه آستنتيت مي گيرد تا به ريز ساختاري مشخص خواهد مشخص رسد. با كنترل زماني كه در آن فولاد را از دماي آستنتيتي سرد مي كنيم يا زماني كه فولاد را در دماي ثابتي نگه مي داريم. مي توانيم استحاله فولاد را به محدوده وسيعي از سختي ها زير ساختارها كنترل مي كنيم. ريز ساختار به وسيله جدول بندي استحاله فولاد روي دياگرام ttt بين فرآيند سرد كردن و زماني كه فولاد در هر دمايي گرم مي شود مشخص شود. براي مثال اگر فولاد با 77/.% كربن را تا دماي استحاله A1 آن و جاييكه ريز ساختار آن كاملا آستنتيت است گرم كنيم و سپس سريعا آن را كوئيچ نماييم مثلا در كمتر از 1 ثانيه ما مارتزيت را خواهيم داشت.

مارتزيت ريز ساختار مشخصي دارد هرچند اگر ما دوباره فولاد را به تا آستنتيت گرم كنيم و بعد به آن جازه سرد شدن آرام بدهيم يا سرد شدن را در دمايي معين نگه داريم.

بسته به حرارت و زماني كه دما را نگه مي داريم . ريز ساختار متفاوتي پديدار خواهد شد. اگر ما دما را جايي حدود 1000 تا 1335 درجه براي زماني بيشتر از 1 ثانيه بطور ثابت نگه داريم. ريز ساختاري به نام پرليت شروع به تشكيل مي كند. در هر زماني بين يك دقيقه و يك ساعت يا چنين زماني بسته دمايي كه فلز را در آن نگهداري مي كنيم. فولاد كاملا به پرليت استحاله مي دهد.

گله داشتن دوباره زمان سرد كردن در دماي ثاتبي زير 100 درجه فار نهايت ريز ساختاري را به وجود مي آورد كه بينيت ناميده مي شود.

دياگرام زمان دما دگرگوني يا ttt يك نقشه با جزييات كامل راهنمايي براي عمليات حرارتي كنندگان در خم زير ساختاري و سازنده خواص مطلوب در انوع مختلف فولاد است. ريز ساختار به وسيله دما و زمان سرد كردن قابل كنترل است.

در زير ساختار مارتزيت سختي در حداكثر قابل دسترسي براي همان نوع فولاد خواهد بود.

در پرليتي كه با سرد كردن فولاد در زمان دماي مناسب تشكيل شده زير ساختار نشاندهنده لايه هاي يك در ميان مزيتي و لايه هاي سمنيت است بخاطر وجود اين لايه هاي يك در ميان اين شكل پرليت همچنين پرليت ورقه اي هم خوانده مي شود.

در فولاد با 77/. درصد كربن پرليت داراي لختي حدود 32 تا 38 راكول سي است اگر فولاد را در زمان دماي مناسب سرد كنيم تا را بدست بياوريم لختي ممكن است چيز حدود 40 تا 50 را كول شود و ريز ساختاري آن نشاندهنده مخلوطي از مارتزيت  است اما كار بيدها در رگه ها يا سوزنهاي خوبي را تشكيل داده اند. بينيت از پرليت لخت تر است و مارتزيت فولاد لخت تري است مارتزيتي كه از فولاد با 77/. درصد كربن تشكيل شده داراي لختي بين 64 تا 66 راكول سي است.

ريز ساختاري آن ممكن است خوب يا رگه باشد معمولا سوزني شكل به ياد داشته باشيد كه اتمهاي كربن در  مارتزيت بين كريستالها گير افتاده اند .و پرليت و بينيت ريز ساختارهاي نرم تري از فولاد نسبت به مارتزيت هستند چون در دماي بالاتري شكل گرفته اند و هيچ كربني در كريستالها گير نكرده است. پرليت و بيينيت مخلوطي از مزيت و كاربيد آهن هستند اما تمامي اين ريز ساختارها پرليت و مارتزيت مي توانند در ميان هم در شكل جديدي از فولاد باشند كه نرم افزار اصلي است.

براي مثال اگر ما بخواهيم ريز ساختارها مارتزيت را تغيير دهيم تا فلزي نرم تر و با قابليت ماشينكاري راحتر داشته باشيم.

آن را تبديل به ريز ساختاري كروي مي كنيم. كروي شكلي از فولاد است كه در آن كاربيد آهن به شكل كروي در آمده است. كروي كردن آنيل زير دماي بحراني و با حرارت دادن فولاد مارتزيتي تا تقريبا 1300 درجه فار نهايت انجام مي شود. توجه كنيد كه 1300درجه فار نهايت تنها كمي زير دماي بحراني تشكيل آستنتيت است. براي كروي كردن همچنين لازم است كه دما بطور كافي بالا نگه داشته شود تا بدين وسيله ذرات كار بيد آهن به هم نزديك شوند تا ذرات كروي بزرگتر پديد آيد و سپس فولاد سريعا سرد مي شود. از آنجاييكه هيچ آستنتيتي وجود ندارد فولاد نمي تواند ساختار كريستالي خود را تغيير دهد و نتيجه آن يك ساختار نرم و آنيل شده است.

اين كار آنيل زير دماي بحراني ناميده مي شود و ريز ساختار نهايي آن كروي خواهد بود.

مخلوطي از مزيت و سمنتيت هستند . كار بيدها در زمينه مزيت بصورت گرد شده و مشخص هستند و ابزارها توانايي بريدن فولاد بدون مواجهه با مارتزيت لخت را دارند. مقادير عظيمي از فولادهاي كربني براي بهبود خواص ماشينكاري و شكل پذيري كروي مي شوند زير ساختار كروي يك ضرورت براي فولادهاي دامنه لختي آن تاثير دارد هرچه مقدار كربن تا حدود 6/. بيشتر باشد لختي مارتزيت لخت تر  است.

با نگاه به جدول لختي راكول سي و درصد كربن و مارتزيتي كه يك فولاد دارد فولادي با حدود 6/.% كربن با لختي 62 راكول سي سنتي بيشتر خواهد داشت نسبت به فولادي داراي 4/.% كربن و 55  به اين خاطر ريز ساختار كروي براي ماشينكاري فولاد با كربن متوسط زياد ضروري است . مهم فولاد كربني هنگام تغيير فرم سرد روي قطعه كروي شده باشند .و مثل  خم كاري ، كله زني نورد فرج سركاري سرد و فرآيندهاي ديگر فرآيندهاي ديگري براي كروي سازي توليدات فله اي شامل حرارت دادن فولادهاي ورقه اي گرم تا نقطه كمي پايين تر از دماي استحاله حدود 1300 به كار مي رود در اين جا دماي زير بحراني تا حدود 15 ساعت نگه داشته مي شود سپس بجاي سرد كردن ، فولاد تا دمايي حدود 1370 درجه فار نهايت بين A3,A1 گرم مي شودفولاد در دماي فوق تا حدود 1 ساعت نگه داشتيم و آراسته ، حدود 1270 درجه فار نهايت با سرعت 20 درجه فار نهايت در ساعت سرد مي شود. سپس در 1250 درجه براي يك ساعت نگه داشته مي شود و سپس تا دماي اتاق سرد مي شود. آنيل در زير دماي بحراني كه در آن فولاد لخت تر تا دماي قبل از دماي استحاله آستنتيتي گرم مي شود. معمولا براي كروي سازي مارتزيت پرليت به كار مي رود. محدوده وسيعي از قطعاتي كه از فولاد پر كربن ساخته مي شوند ، به وسيله فرآيند آستمپرينگ عمليات حرارتي مي شوند. آستنتيت به بينت تبديل مي شود.

آستمپر كردن فولاد از محدوده آستنتيتي تا دماييكه در آن بينيت تشكيل مي شود سرد مي شود و پس از آن ثابت نگه داشته باشد تا استحاله كامل شود. آستمپر كردن با آستنتيته كردن و سپس كوئيچ در حمام نمك مذاب انجام مي شود.

فولاد در كوئيچ داغ سرد مي شود تا در 800 درجه فار نهايت عمليات سرد كردن وقفه بيافتد. نگهداري همه ما در 800 بينت را تشكيل مي دهد و سپس فولاد تا دماي اتاق سرد مي شود. كوئيچ سريع بعضي قطعات فولادي ممكن است با تشكيل ماتزيت همرا باشد كه موجب كج شدن يا شكستگي مي شود ترك خوردن هم ممكن است اتفاق بيافتد همراه با تنش هاي باقي مي ماند.

استمپر كردن مستقيم از آستنتيت و كنترل سرد شدن براي تشكيل منتج حداقل به تغيير شكل و افزايش چقر مگي و داكتليلته  مي شود. و دامنه سختي نهايي چيزي حدود 50 تا 54 راكول است و مارتزيت شده  با دامنه سختي مشابه داكتليلته و چقرمگي بسيار كمتري دارد.

 تعداد زيادي از قطعات در گروه فولادهاي فنر فولادهاي پر كربن مثل A1 تا A/s/109s معمولا آستمپر شده اند. موقع آستمپر كردن قطعات فولاد كربني در كوبا با اتمسفر محافظت شده گرم مي شود تا سطوح كربن فولاد حفظ شود. اتمسفر معمولا بر پايه هيدروژن تجاري گازهاي گرماگير حمام خشك يا واسطه ديگري است . هرچه مقدار كربن زيادتر باشد ، احتمال از دست دادن مقداري از كربن  از سطح فولاد طي عملياتي حرارتي بيشتر است . با وجود اتمسفر محافظت شده كوره تا محدوده دمايي 1400 تا 1500 درجه فاز نهايت و بسته به مقدار كربن گرم مي شود. زمانيكه قطعات كاملا آستنتته شدند ، آنها به حمام نمك مذاب در محدوده 600 تا 700 درجه فار نهايت بسته به سختي مشخص شده انتقال مي يابند. در 600 درجه فاز نهايت ذرات كربن در بهتر از آنهايي هستند كه در 700 درجه توليد شده اند. هرچه دماي استحاله براي تشكيل بينت پايين تر باشد ، فولاد سخت تر است . ذرات در حمام نرم نمك باقي مي مانند تا وقتيكه استحاله كامل شود. اين حدود 15 تا 50 دقيقه طول مي كشد.

قطعات سپس براي براي زدودن نمك و با آب شسته مي شوند و سپس در محلول ضد زنگ غوطه ور مي شوند.  آستمپر كردن قابليت بدست آوردن  دقيقي را دارند  در حاليكه ترك ها بايد كاملا تغيير شكل يبايد به حداقل برسد‘ آستمپر كردن خيلي زياد مورد استفاده قرار مي گيرد.

حال ما مي دانيم طي عمليات حرارتي در داخل فولاد مي گذرد، پس به مغازه هاي بيرون مي رويم تا ببينيم چطور اين تغييرات فرآيندها و تجهيزات در فروشگاههاي مختلف با هم تفاوت دارند.

فرآيندهاي عمليات حرارتي و تمام اسامي و روشها ممكن است با توجه به نوع فولاد مشخصات آنها متنوع مي باشند.

مهرة تجهیزات از تانکهای ساده کوئیچ تا کوره های پیوسته پیچیده است اما فرآیندها و تجهیزات فقط 3 عملیات پایه را انجام می دهند.

نرماله کردن، آنیل و لخت کاری، همانطور که بعدا بحث خواهیم کرد، لخت کاری شامل استحکام به وسیله کوئیچ تغییر و زیر ساختار به آستینت، نرماله کردن عموما با افزایش دما تا 1000 درجه و بیشتر از استحاله A₃ انجام می‌شود و سپس در هوا سرد می گردد. نرماله کردن زیر ساختار را همگن یک شکل می سازد و دانه ها را کوچک کردن آنها بازیافت می کند. توضیح آنیل کردن کمی مشکل است. آنیل کردن کمی مشکل است آنیل کروی 25 یا بیشتر از آن راه د ارد. آنیل سیاه، آنیل آبی آنیل جعبه ای، آنیل خشک، آنیل شعله ای خیلی انواع دیگر و ... عموما آنیل بدون توضیحات مشخص یعنی آنیل کامل، آنیل کامل به عنوان آشتیته کردن و خنک کردن آرام در محدوده استحاله تشریح می شود. آنیل معمولا برای بازیابی زیر ساختار و نرم کردن فولاد سازه به کار می رود. این یک مرحله میانی در فرآوری فولاد مثلا در کار سرد است. برای کار بیشتر فولاد، باید آنرا برای بازیابی زیر ساختار و دانه ها آنیل کرد کار تغییر شکل بیشتری بتوان روی آن انجام داد. زمانی که فولاد شکل داده شد یا ساخته شده و به شکل نهایی می رسید، آماده لخت کاری به وسیلة کوئیچ و تمپر کردن است. فرآیند لخت کاری شامل می شود از: اول: آشتیته کردن و سپس کوئیچ کردن برای لخت کردن فولاد و بعد از آن تمیز کردن برای فرو نشاندن تنش های گسترش یافته در فرآیند لخت کاری.

حال ما می خواهیم ببینیم چطور این رویه ها در بازار مطرح می شوند؟ نرماله کردن برای بازیابی زیر ساختار، آنیل و سپس لخت کردن بوسیلة کوئیچ و تمیز کردن و دیگر فرآیندها، به این رویه ها با تشریح عملیات طوری فولادهای کم کربن، متوسط کربن و و پرکربن می نگریم. برای سادگی و شفافیت عملیات حرارتی کاربردی ؟؟؟ فولادهای کربنی بنا به دامنه کردن آنها به 3 مرحله تقسیم شده است.

فولاد کم کربن بین 8/0 تا 29/0 درصد کربن دارد، فولاد با کربن متوسط 30/0 تا 50/0 درصد کربن دارد و فولاد پر کربن که 51/0 تا 95/0 درصد کربن دارد. یکی از دلایل این کار هم این است که عملیات حرارتی مشخص ممکن است با توجه به مقدار کربن فولاد تفاوت داشته باشد، فرآیند عملیاتی مشابه برای فولاد کم کربن ممکن است کاملا متفاوت با عملیات روی فولاد پر کربن مشابه باشد. مثلا ما باید فولاد کم کربن 1010 را نرماله کنیم ولی احتمالا باید فولاد پر کربن 1080 را نرماله و تمیز نمائید. تنوع در روشهای عملیات حرارتی همچنین ممکن است وابسته باشد به نقطه ای که روی آن عملیات انجام می دهیم، سایز آن، شکل آن و استفادة نهایی آن نقطه دانش مبانی عملیات حرارتی و تجربة خوب روی جامدات و تمامی انواع فولادها و همه قطعات می تواند سطح کار عملیات شما را از مرحله ای از مهارت به مرحله ای از هنر تبدیل کند.

خوب، چیزی که الان انجام می دهیم ترسیم نکاتی برای شروع فرآیند عملیات حرارتی است. چیزهایی که باید بدانیم و چیزهایی که برای این فرآیندهای مشخصص، کارا هستند.

نرماله کردن: بسته به نوع فولاد، ما ممکن است خیلی ساده نرماله کنیم یا نرماله و سپس تمیز کنیم.

آنیل کردن: ما می توانیم کاملا آنیل کنیم تا پرلیت را به دست بیاوریم همچنین آنیل کردن برای ماشین کاری راحتر یا آنیل تحت دمای بحرانی برای آرام کردن تنش ها.

و بالاخره سخت کاری با کوئیچ و تمیز کردن.

کار نخست: نرماله کردن یاتاقان فرج شده است. انجام نرماله به تنهایی یا نرماله با تمیز؟

خوب، فولاد، AISI 1514 است. چقدر زمان به آن بدهیم و در چه دمایی درخواست بازار برای این نقطه ممکن است چیزی شبیه این باشد:

کار ما نرماله و تمیز کردن برای سختی برنیل بین 160 و 200 است. سپس تا 1575 درجه فارنهایت نرماله کردن و سپس تمیز کردن در 1200 درجه چرا باید تمیز کنیم. جواب ما داخل فولاد است و جائیکه ما می خوانیم از آن استفاده کنیم. فولاد AISI1514 است. 15 به ما می گوید که این نمونه، یک فولاد کربنی است با سنگنزی بیشتر از حالت طبیعی پس نمونه باید مانند فولاد آلیاژی تحت عملیات قرار گیرد. اینجاست که شما باید هوشیار باشید. نمونه فرج گرم شده و به شکل  است. بعد از فرج پلیه ها بعدی سطح باید لب بری شوند. که این قبلا لب بری شده چون فولاد AISI 1514 منگنز بالایی دارد. قطعه باید نرماله شود تا زیر ساختار آن بهبود بیابد و تمیز شود. تا پیله های فرج آن نرم شود. اگر، لبه های فرج آن را قبل از لب بری نرم نکنیم ؟؟؟ لبه های می شکنیم و آنها را کاملا می سائیم.

پس نمونه احتیاج به عملیات نرماله و تمیز کردن دارد، ما قطعه ای 20000 پوندی داریم پس کورة پوسته ای ؟؟؟ برای تولیدات بالا را استفاده می کنیم. مقدار کربن 41/0 درصد است. دیاگرام فازی آهن لمینت برای فولاد ٪41/0 کربن دمای A₃­ را در 1475 درجه فارنهایت می دهد. که دمای نرماله کردن ما حدود 100 درجه بالاتر از آن یعنی 1575 درجه فارنهایت است.

پس قعطات می توانند تا دمای 1575 درجه گرم شوند و سپس بسته به سایز قطعه در آن دما برای نفوذ نگهداری شوند. و بعد از آن در هوای ثابت یا اتمسفر محافظت شده خنک شوند. قطعات سپس باید در 1200 درجه فارنهایت برای 1 ساعت تمیز شوند و در هوا خنک شوند. زیر ساختار قطعات نرماله شده و تمیز شده حالا حدودا نصف فریت و نصف پریت است.

فرآیند تمیز حتما مقداری از لختی که به وسیله نرماله کردن به وجود آمده از میان بر می دارد و این ساختار مطلوب ما در سخت کاری با کوئیچ است.

فولاد کم کربن

در بازار عملیات حرارتی بسیار با نورد سرد و ؟؟ سر و کار داریم. این کار معمولا احتیاج به آنیل کاری دارد. آنیل اصولا به صورت اولیه برای بهبود زیر ساختار و بر طرف کردن تنش های باقیمانده است.

اینجا ما سفارشی داریم که 500 پوند است و احتیاج به آنیل دارد. شمشهای تخت فولادی نورد سرد شده AISI 1020  مشتری از ما خواسته تا برای مصارف خم کاری، و ؟؟؟ آن را افزایش دهیم. 1020 یک فولاد کم کربن است اما از حالیکه سخت کاری شده، زیر ساختار آن چیزی شبیه این است: زیر ساختار نشاندهندة دانه های تغییر شکل یافته و کشیدة بر اثر کار سرد است. این نشاندهندة استحکام بسیار بالایی است و خم شدن فولاد با این زیر ساختار باعث ترک و شکستگی می شود. آنیل کردن، استحکام تسلیم را پائین می آورد. این سفارش با در است . راهی که ما می توانیم فرآیند خودمان را با آن مشخص کنیم. برای آنیل کامل فولادهای کربنی، دمای آنیل و سیکل خنک کردن در جدولی از دماها و سیکلهای خنک کردن پیشنهادی برای فولادهای کم کربن فرج شدة کوچک آمده است. آهنگ سرد کردن در پانوست جدول داده شده: 50 درجه فارنهایت در ساعت پس قدم اول در آنیل کردن فولاد AISI 1020، گرم کردن تا بالای دمای آستنة است.م تا دمای 1575 درجه فارنهایت. در 1575 درجة فارنهایت کار ما بر اساس اندازة قطعه در حرارت نگه داشته می شود. نگهداری در دما برای اطمینان از اینکه قطعه کاملا آستیشته شده انجام می شود و ساختار کریستالی آن کاملا مکعب با سطوح مرکز دار است.

قطعه سپس در کوره با سرعت 50 درجه در ساعت و تا 1275 درجه خنک می شود که زیر خط A₁ است. هدف از آرام سرد کردن با 50 درجه در ساعت، یکنواخت نگه داشتن دمای قطعه است هنگامیکه آستینت از مکعب با سطوح در مرکز دار به مکعب مرکز دار و سمینت تبدیل می شود. در زیر دمای A₁، تمامی فولاد، فریت BCC به علاوه سمینت است. در 1275 درجه فارنهایت هیچ آستینتی دیگر در فولاد وجود ندارد پس دیگر برای خنک کردن سریع، تا دمای اتناق مطمئن است. بعد از آنیل 75 درصد و 25 درصد پرلیت لایه ای می بینیم. اما به اختلاف زیر ساختار نگاه کنید.

قبل از آنیل،‌ فولاد دارای دانه های دراز و بد شکلی است. بعد از آنیل دانه ها با زاویه های یکسان داریم حال شما می توانید در زیر ساختار حاصله ببینید که فولاد نورد شده سرد شده اما حالا دیگر آنقدر داکتیل شده که می توان بدون شکسته شدن، آن را خم کرد.

همسانی دانه در تمامی انواع فولادها مهم است. هر چه اندازة دانه ها یکسان باشد، خواص فولاد یکسان است. برای این کار ما 10000 پوند حلقه های فولاد ریخته گیری شده داریم. قطعه ریخته گری شده ما AISI 1040 است. و از آنجا که بعد از ریخته گری، ماشینکاری می شود، باید کاملا آنیل شود همانطور که از هر لحاظ قطعه را برای فرآیندهای متعاقب دقیقا همانند ساختار ریخته شده نامناسب گرداند.

این درخواست سفارش بازار برای آنیل است. می توانید ببینید اختلاف بین آنیل فولاد کم کربن و فولاد پر کربن در دما است. ما فولاد AISI 1020 را تا 1575 درجه فارنهایت گرم کردیم. طبق جدولمان فولاد AISI 1040 می تواند تا محدودة دمای آنیل، بین 1400 تا 1500، و 1600 درجه فارنهایت گرم شود. در دمای 1565 هم می توانیم کار کنیم. اما اینجا از دمای کمتر برای صرفه جویی در گرم کردن استفاده می کنیم. دمای آنیل را تا محدودة پائنتر دما پائین می آوریم و در محدودة 1500 درجه فارنهایت در نظر می گیریم. حداقل دما در هیچ جایی استفاده نمی شود و فقط محدوده های پائین تر دمای پایانی مورد استفاده قرار می گیرد. قطعات تا دمای 1500 درجة فارنهایت گرم می شوند و بر اساس اندازة آنها را در دما نگهداری می شوند. حالا قطعه می تواند در کوره تا 1200 درجه و با آهنگ استاندارد 500 درجه در ساعت خنک شود و وقتی به 1200 درجه رسیدیم، می توانیم آن را سریعا تا دمای اتاق خنک کنیم. برای این کار ما از کورة ویژة (car botton) استفاده می کنیم. در 4 ساعت تا 1500 درجه گرم می کنیم و 6 ساعت خنک می کنیم. اتمسفر مورد استفاده شامل محصولات کمباسین می شود به زیر ساختار قطعه ریخته گری شده نگاه کنید: دانه های بسیار درشت و ساختار ضعیف اما بعد از آنیل ما مخلوط خوبی از فریت و پریت با دانه های مناسب به نسبت 50-50 داریم.

آنیل کروی

کار بعدی ما آنیل کروی است. آنیل کروی شامل چرخة گرم کردن، نگه داشتن و خنک کردن است.

فولادهای کم، متوسط و پر کربن می توانند با عملیات مشابهی کروی می شوند و این چیزی است که طی آنیل کروی کردن روی زیر ساختار اتفاق می افتد. به کاربیدهای دورن ساختار قبل از آنیل کردن توجه کنید بعد از آنیل کار بیدها کرویند و در اندازه و شکل هم سانند و این به این خاطر است که فولاد انتخاب شده هیچ وقت بیشتر از دمای A₃ گرم نشده است. در کروی کردن بعضی اوقات فقط آستینت های پراکنده ای شکل می گیرند. طی سرد کردن کنترل شده فقط کاربیدها در فولاد حل و باز پخش می شوند. در این کار، ما می توانیم 3 فولاد مختلف را تنها در یک لحظه آنیل کروی کنیم. AISI10B21، AISI1033 و AISI1062، فولادهای کم، متوسط کربن را می توانیم تمام این 3 فولاد را در حالتی کاملا یکسان کروی کنیم چون هیچ وقت بالاتر از خط A₃ گرم نمی کنیم پس هیچ وقت 100٪ تشکیل آستیت نداریم.

تمامی کاری که آنیل کروی انجام می دهد، تغییر شکل کاربیدها در فولاد است. فولادها تا دمای 1300 درجه فارنهایت گرم می شوند و برای 2 تا 3 ساعت نگهداشته می شوند. قطعات سپس تا حدود 1250 درجه فارنهایت با آهنگ 20 درجه فارنهایت در ساعت خنک می شوند. وقتی در این دما سرد شدند، فولاد باید برای یک ساعت در دما نگهداری شود و سپس قطعات در هوا تا حدود 600 درجه فارنهایت سرد می شوند. این چرخه می تواند بسته به درصد منگنز تا حدودی تغییر کند. حال دوباره به زیر ساختارهای قبل و بعد نگاه می کنیم. ببینید چگونه کار بیدها در فریت کروی می شوند. این قطعات مشخصل فولادی پس از شکل دادن، ماشینکاری نشده اند. همچنین برای به حداقل ؟؟؟ شدن، از اتمسفر محافظت شده استفاده شد. اتمسفر استفاده شده در کروی کردن معمولا شامل اکو گازها، نیتروژن با هیدروکربن با مکش نرم می باشد.

آنیل تحت دمای بحرانی

آنیل در زیر دمای بحرانی ساده ترین فرآینده آنیل است. فولاد تا زیر محدودة دمای بحرانی A₁ گرم می شود و به اندازة  گرم می شود و به اندازة کافی نگهداشته می شود تا تاثیر مطلوب اعمال شود. آنیل در زیرهای بحرانی اصولا برای دوباره کریستاله کردن دانه های کار سرد شده که طی تغییر شکل فولاد شکل گرفته استفاده می شود. این همچنین برای آرام کردن تنش های قطعات ماشین کاری مانند جوشکاری، فرج، ریخته گری و بقیه بخش هایی که می توانند تنش باقیمانده ایجاد کنند استفاده می شود. فولادهایی مثل AISI 1010، 1030، 1050، چند نوع فولاد هستند که برای این کار در نظر گرفته می شوند. گاهی اوقات که وقتی قطعات کار سرد شده تغییر شکل می دهند در بخش های چند گانه، آنیل زیر دمای بحرانی به عنوان آنیل میانی مورد احتیاج است. یک نمونه8 چرخة بارز، گرم کردن تا محدودة 1300 درجه است. نگه داشتن برای حداقل 1 ساعت و بعد از آن خنک کردن هر چه تغییر فرم طی کار سرد لخت تر باشد، دمای آنیل کردن است. قبل از آنیل در زیر دمای بحرانی زیر ساختار نورد سرد شدة فولاد 1080 نشاندهندة دانه های دراز و سختی است. بعد از آنیل کردن قطعات، زوایه های یکسان می شوند از آنجا که قطعات نورد سرد اغلب تحت ماشینکاری مشخصی قرار نمی گیرند برای جلوگیری از ایرادات، اتمسفر محافظت شده ممکن است لازم شود: 96٪ نیتروژن به علاوة 4٪ هیدروژن اغلب برای فولاد کم کربن استفاده می شود و وقتی گاهی دکر بوره شدن مسئله باز می شود، اگزوگازها به علاوة نیتروژن و هیدروکربن هم استفاده می شود.

؟؟؟؟

حال نگاهی به سخت کاری می اندازیم که گاهی هم به عنوان سخت کاری با کوئیچ و تمیز شناخته می شود.

برای سخت کاری ؟؟؟، فولاد باید آزادانه قبل از کوئیچ شدن، ؟؟؟ آستینه شود. دو چیزی کمتر از آستیته شدن کامل، منجر به از دست رفتن زیر ساختار و خواص مکانیکی ضعیف می شود. برای سخت کاری موفق آلیز کم شدن دما باید آنقدر سریع باشد که به دماغة منحنی نرسد. هدف ما رسیدن به زیر ساختاری کاملا ؟؟؟ است و سپس تمیز کردن برای رسیدن به بهترین ترکیب سختی، استحکام و ؟؟؟ این یک دیاگرام IT کره ها را نشان می دهد. خوبی و برتری آستمژ کردن، بی ترک بودن و تقریبا بدون تغییر شکل اتفاق افتادن آن است و همچنین برخورداری از چقرگلی و ؟؟؟؟ بیشتر و اینکه می تواند در مقایسه با تمیز کردن قطعات ؟؟؟ در سطح سختی یکسان، سختی بالاتری بگیرد. حال بعد از آستمپر کردن، تمیز کردن لازم است چون فولاد هنوز بینیتی است. به دلیل اینکه فولادهای کم کربن و متوسط کربن معمولا آستیچر می شوند، کوره ها اغلب برای استفاده از اتمسفر آندوترمیک و برای جلوگیری از اکربوره شدن طراحی شده اند. فولادهای متوسط تا پر کربن عموما سخت کاری القایی سطحی می شوند. فولادهای کم کربن معمولا با کربوریزه کردن یا ؟؟؟ کردن سطح سختی می شوند. سخت کاری سطحی عنوان برنامه ای دیگر در مجموعة عملیات حرارتی کاربردی است.

حالا شما آشنایی دارید اصول عملیات حرارتی، چیزهایی که درون فولاد کربنی اتفاق می افتد و اموری که در بازار عملیات حرارتی برای دریافت تغییرات در ساختار و خواص فولادها می گذرد. در تماس فلزات و آلیاژها که از نقشه های عملیات حرارتی می گذرند، فولادهای کربنی مشخصا مهمترین هستند. تناژ فولادهای کربنی که روزانه در تمام دنیا تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند، خیلی بیشتر از تمامی فلزات و آلیاژها با هم است که شامل فولادهای آلیاژی، رنگ نزن ابزار، چدن و آلیاژهای غیر آهنی مثل آلومینیوم، مس، تیتانیوم، نیکل، کبالت و آلیاژهای آنها و همچنین فلزات گرانبها و نسوز است. اما اساس متالوژی فولادهای کربنی، به شما پایه های تفهیم تغییرات متالوژیکی و تغییرات مورد استفاده برای عملیات روی تمامی این فلزات و آلیاژها را می دهد. حالا شما می دانید عملیات حرارتی روی فولادهای کربنی شامل چند مرحله فرآیند مهم است. نرماله کردن برای ؟؟؟ و بهبود ساختار، آنیل کردن برای قابلیت کار داشتن روی فولاد و سخت کاری و تمیز کردن برای افزایش و استحکام و استحکام خستگی و بهبود مقدار داکتیلیته و چقرگی.

تحقیق رایگان سایت علمی و پژوهشی آسمان

تحقیق درباره  فولاد

اصطلاح فولاد براي آلياژهاي آهن که بين ۰/۰۲۵ تا حدود ۲ درصد کربن دارند بکار مي‌رود فولادهاي آلياژي غالبا با فلزهاي ديگري نيز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عمليات حرارتي انجام شده بر روي آن و فلزهاي آلياژ دهنده موجود در آن بستگي دارد.

کاربرد انواع مختلف فولاد

از فولادي که تا 0.2 درصد کربن دارد، براي ساختن سيم، لوله و ورق فولاد استفاده مي‌شود. فولاد متوسط 0.2 تا 0.6 درصد کربن دارد و آن را براي ساختن ريل، ديگ بخار و قطعات ساختماني بکار مي‌برند. فولادي که 0.6 تا 1.5 درصد کربن دارد، سخت است و از آن براي ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده مي‌شود.

ناخالصي‌هاي آهن و توليد فولاد

آهني که از کوره بلند خارج مي‌شود، چدن ناميده مي‌شود که داراي مقاديري کربن، گوگرد، فسفر، سيليسيم، منگنز و ناخالصي‌هاي ديگر است. در توليد فولاد دو هدف دنبال مي‌شود:

·         سوزاندن ناخالصي‌هاي چدن

·         افزودن مقادير معين از مواد آلياژ دهنده به آهن

منگنز، فسفر و سيليسيم در چدن مذاب توسط هوا يا اکسيژن به اکسيد تبديل مي‌شوند و با کمک ذوب مناسبي ترکيب شده، به صورت سرباره خارج مي‌شوند. گوگرد به صورت سولفيد وارد سرباره مي‌شود و کربن هم مي‌سوزد و مونوکسيد کربن (CO) يا دي‌اکسيد کربن (CO2) در مي‌آيد. چنانچه ناخالصي اصلي منگنز باشد، يک کمک ذوب اسيدي که معمولا دي‌اکسيد سيلسيم (SiO2) است، بکار مي‌برند:

·         (MnO + SiO2 -------> MnSiO3(l

و چنانچه ناخالصي اصلي سيلسيم يا فسفر باشد (و معمولا چنين است)، يک کمک ذوب بازي که معمولا اکسيد منيزيم (MgO) يا اکسيد کلسيم (CaO) است، اضافه مي‌کنند:

·         (MgO + SiO2 -------> MgSiO2(l

(6MgO + P4O10 -------> 2Mg3(PO4)2(l

کوره توليد فولاد و جدا کردن ناخالصي‌ها

معمولا جداره داخلي کوره‌اي را که براي توليد فولاد بکار مي‌رود، توسط آجرهايي که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، مي‌پوشانند. اين پوششي مقداري از اکسيدهايي را که بايد خارج شوند، به خود جذب مي‌کند. براي جدا کردن ناخالصي‌ها، معمولا از روش کوره باز استفاده مي‌کنند. اين کوره يک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جاي مي‌گيرد.

بالاي اين ظرف، يک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روي سطح فلز مذاب منعکس مي‌کند. جريان شديدي از اکسيژن را از روي فلز مذاب عبور مي‌دهند تا ناخالصي‌هاي موجود در آن بسوزند. در اين روش ناخالصيها در اثر انتقال گرما در مايع و عمل پخش به سطح مايع مي‌آيند و عمل تصفيه چند ساعت طول مي‌کشد، البته مقداري از آهن، اکسيد مي‌شود که آن را جمع‌آوري کرده، به کوره بلند باز مي‌گردانند.

روش ديگر جدا کردن ناخالصي‌ها از آهن

در روش ديگري که از همين اصول شيميايي براي جدا کردن ناخالصي‌ها از آهن استفاده مي‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌اي بشکه مانند که گنجايش 300 تن بار را دارد، مي‌ريزند. جريان شديدي از اکسيژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدايت مي‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌اي از فلز مذاب را در معرض اکسيژن قرار مي‌دهند.

اکسايش ناخالصي‌ها بسيار سريع صورت مي‌گيرد و وقتي محصولات گازي مانند CO2 رها مي‌شوند، توده مذاب را به هم مي‌زنند، بطوري که آهن ته ظرف، رو مي‌آيد. دماي توده مذاب، بي آنکه از گرماي خارجي استفاده شود، تقريبا به دماي جوش آهن مي‌رسد و در چنين دمايي، واکنشها فوق‌العاده سريع بوده، تمامي‌ اين فرايند، در مدت يک ساعت يا کمتر کامل مي‌شود و معمولا محصولي يکنواخت و داراي کيفيت خوب بدست مي‌آيد.

تبديل آهن به فولاد آلياژي

آهن مذاب تصفيه شده را با افزودن مقدار معين کربن و فلزهاي آلياژ دهنده مثل واناديم، کروم، تيتانيم، منگنز و نيکل به فولاد تبديل مي‌کنند. فولادهاي ويژه ممکن است موليبدن، تنگستن يا فلزهاي ديگر داشته باشند. اين نوع فولادها براي مصارف خاصي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در دماي زياد، آهن و کربن با يکديگر متحد شده، کربيد آهن (Fe3C) به نام «سمنتيت» تشکيل مي‌دهند. اين واکنش، برگشت‌پذير و گرماگير است:

·         Fe3C <------- گرما + 3Fe + C

هرگاه فولادي که داراي سمنتيت است، به کندي سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکيل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهاي گرافيت جدا مي‌شود. اين مکانيزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بيشتر است، اهميت بيشتري دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتا به شکل سمنتيت باقي مي‌ماند. تجزيه سمنتيت در دماي معمولي به اندازه‌اي کند است که عملا انجام نمي‌گيرد.

 تهيه فولاد

اطلاعات اوليه

محصولکوره ذوب آهن،چدناست که معمولا داراي ناخالصيکربن و مقادير جزئيناخالصي‌هاي ديگر است که به نوعسنگ معدنو ناخالصي‌هاي همراه آن و همچنينبه چگونگي کار کوره بلند ذوب آهن بستگي دارد. از آنجايي که مصرف عمدهآهن در صنعت بصورتفولاد است، ازاين رو ، بايد به روش مناسب چدن را به فولاد تبديل کرد که در اين عمل ناخالصي‌هايکربن و ديگر ناخالصي‌ها به مقدار ممکن کاهش ‌يابند.

روشهاي تهيه فولاد

• روش بسمه در تهیه فولاد :

در اين روش ناخالصي‌هاي موجود در چدن مذاب را به کمکسوزاندن دراکسيژن کاهش داده و آن را به فولاد تبديل مي‌کنند. پوشش جدار داخلي کوره بسمه ازسيليسيااکسيد منيزيمو گنجايش آن در حدود 15 تناست. نحوه کار کوره به اين ترتيب است که جرياني از هوا را به داخل چدن مذاب هدايتمي‌کنند، تا ناخالصي‌هاي کربن وگوگرد به صورتگازهاي SO₂ و CO₂ از محيط خارج شود و ناخالصي‌هايفسفر و سيليس موجود درچدن مذاب در واکنش با اکسيژن موجود در هوا به صورت اکسيدهاي غير فرار P₄O₁₀) و (SiO₂ جذب جدارهاي داخلي کوره شوند و بهترکيبات زودگداز Mg₃(PO₄)₂ و MgSiO₃ تبديل و سپس به صورتسربارهخارج شوند. سرعت عمل اين روش زياداست، به همين دليل کنترل مقدار اکسيژن مورد نياز براي حذف دلخواه ناخالصي‌هاي چدنغيرممکن است و در نتيجه فولاد با کيفيت مطلوب و دلخواه را نمي‌توان به اين روش بدستآورد.

• روش کوره باز (يا روش مارتن ) در تهیه فولاد :

در اين روش براي جدا کردنناخالصي‌هاي موجود در چدن ، از اکسيژن موجود درزنگ آهنيا اکسيد آهن به جاي اکسيژن موجوددر هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصي‌هايي مانند کربن ، گوگرد و غيره) استفاده مي‌شود. براي اين منظور از کوره باز استفاده مي‌شود که پوشش جدار داخلي آناز MgO و CaO تشکيل شده است و گنجايش آن نيز بين 50 تا 150 تنچدنمذاب است. حرارت لازم براي گرم کردنکوره از گازهاي خروجي کوره و يامواد نفتيتأمين مي‌شود. براي تکميلعمل اکسيداسيون، هواي گرم نيز به چدن مذابدميده مي‌شود. زمان عملکرد اين کوره طولاني‌تر از روش بسمه است. از اين نظر مي‌توانبا دقت بيشتري عمل حذف ناخالصي‌ها را کنترل کرد و در نتيجه محصول مرغوب‌تري به دستآورد.

• روش الکتريکي در تهیه فولاد :

از اين روش در تهيه فولادهاي ويژه‌اي که براي مصارفعلمي ‌و صنعتي بسيار دقيق لازم است، استفاده مي‌شود که درکوره الکتريکيبا الکترودهايگرافيت صورت مي‌گيرد. از ويژگي‌هاي اين روش اين است که احتياج به ماده سوختني و اکسيژنندارد ودما را مي‌توان نسبت به دوروش قبلي ، بالاتر برد.

اين روش براي تصفيه مجدد فولادي که از روش بسمه ويا روش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبديل آن به محصول مرغوبتر ، بکار مي‌رود. براي اين کار مقدار محاسبه شده‌اي از زنگ آهن را به فولاد به دست آمده از روشهايديگر ، در کوره الکتريکي اضافه کرده و حرارت مي‌دهند. در اين روش ، براي جذب و حذفگوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌اياکسيد کلسيمو براي جذب اکسيژن محلول درفولاد مقدار محاسبه شده‌اي) آلياژ فروسيليسيم (آلياژ آهن و سيليسيماضافه مي‌کنند.

انواع فولاد و کاربرد آنها

از نظر محتواي کربن ، فولاد به سه نوع تقسيممي‌شود:

• فولاد نرم : ايننوع فولاد کمتر از 2/0 درصد کربن دارد و بيشتر در تهيه پيچ و مهره ،سيم خاردارو چرخ دنده ساعت و ... بکارمي‌رود.
• فولاد متوسط : اين فولاد بين 2/0تا 6/0 درصد کربن دارد و براي تهيه ريل وراه آهنو مصالح ساختماني مانندتيرآهنمصرف مي‌شود.
• فولاد سخت : فولاد سخت بين 6/0 تا 6/1 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و براي تهيه فنرهايفولادي ، تير ،وسايل جراحي،متهو ... بکار مي‌رود.

کاربرد انواع مختلف فولاد

از فولادي که تا 0.2 درصد کربن دارد، براي ساختنسيم ، لوله و ورق فولاد استفاده مي‌شود. فولاد متوسط 0.2 تا 0.6 درصد کربن دارد وآن را براي ساختنريل،ديگ بخارو قطعات ساختماني بکار مي‌برند. فولادي که 0.6 تا 1.5 درصد کربن دارد، سخت است و از آن براي ساختن ابزارآلات ،فنرو کارد و چنگال استفاده مي‌شود.

ناخالصي‌هاي آهن و توليد فولاد

آهني که ازکوره بلندخارج مي‌شود،چدنناميده مي‌شود که داراي مقاديري کربن ،گوگرد ،فسفر ،سيليسيم،منگنز وناخالصي‌هاي ديگر است. درتوليد فولاددو هدف دنبالمي‌شود:

1.      سوزاندن ناخالصي‌هاي چدن

2.      افزودن مقادير معين از مواد آلياژ دهنده به آهن

منگنز ، فسفرو سيليسيم در چدن مذاب توسط هوا يااکسيژن بهاکسيد تبديل مي‌شوند و با کمک ذوب مناسبي ترکيب شده ، به صورت سرباره خارج مي‌شوند. گوگرد به صورت سولفيد وارد سرباره مي‌شود و کربن هم مي‌سوزد ومونوکسيد کربن (CO) يادي‌اکسيدکربن (CO₂) در مي‌آيد. چنانچه ناخالصي اصلي منگنز باشد، يک کمک ذوباسيدي که معمولادي‌اکسيد سيلسيم (SiO₂) است،بکار مي‌برند:

(MnO + SiO₂ -------> MnSiO₃(l

و چنانچه ناخالصي اصلي سيلسيم يا فسفر باشد (و معمولاچنين است)، يک کمک ذوب بازي که معمولااکسيد منيزيم (MgO) يااکسيد کلسيم (CaO) است، اضافهمي‌کنند:

(MgO + SiO₂ -------> MgSiO₂(l

(6MgO + P₄O₁₀ -------> 2Mg₃(PO₄)₂(l

کوره توليد فولاد و جدا کردن ناخالصي‌ها

معمولا جداره داخلي کوره‌اي را کهبراي توليد فولاد بکار مي‌رود، توسطآجرهايي که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، مي‌پوشانند. اين پوششي مقداري از اکسيدهايي راکه بايد خارج شوند، به خود جذب مي‌کند. براي جدا کردن ناخالصي‌ها، معمولا از روشکوره بازاستفاده مي‌کنند. اين کوره يک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100تا 200 تن آهن مذاب جاي مي‌گيرد.

بالاي اين ظرف ، يک سقف مقعر قرار دارد کهگرما را روي سطح فلز مذاب منعکس مي‌کند. جريان شديدي از اکسيژن را از روي فلز مذابعبور مي‌دهند تا ناخالصي‌هاي موجود در آن بسوزند. در اين روش ناخالصيها در اثرانتقالگرما در مايع و عمل پخش به سطح مايع مي‌آيند و عمل تصفيه چند ساعت طول مي‌کشد،البته مقداري از آهن ، اکسيد مي‌شود که آن را جمع‌آوري کرده، به کوره بلند بازمي‌گردانند.

روش ديگر جدا کردن ناخالصي‌ها از آهن

در روش ديگري که از همين اصولشيميايي براي جدا کردن ناخالصي‌ها از آهن استفاده مي‌شود، آهن مذاب را همراهآهن قراضهو کمک ذوب در کوره‌اي بشکه مانندکه گنجايش 300 تن بار را دارد، مي‌ريزند. جريان شديدي از اکسيژن خالص را باسرعت مافوق صوتبر سطح فلز مذاب هدايتمي‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه ، همواره سطح تازه‌اي از فلز مذاب را در معرضاکسيژن قرار مي‌دهند.

اکسايشناخالصي‌ها بسيار سريع صورت مي‌گيردو وقتي محصولات گازي مانند CO₂ رها مي‌شوند، توده مذاب را به هممي‌زنند، بطوري که آهن ته ظرف ، رو مي‌آيد. دماي توده مذاب ، بي آنکه از گرمايخارجي استفاده شود، تقريبا به دماي جوش آهن مي‌رسد و در چنين دمايي ، واکنشهافوق‌العاده سريع بوده ، تمامي‌ اين فرايند ، در مدت يک ساعت يا کمتر کامل مي‌شود ومعمولا محصولي يکنواخت و داراي کيفيت خوب بدست مي‌آيد.

تبديل آهن به فولاد

آهن مذاب تصفيه شده را با افزودن مقدار معين کربن وفلزهاي آلياژ دهنده مثلواناديم ،کروم ،تيتانيم ،منگنز ونيکل به فولاد تبديلمي‌کنند. فولادهاي ويژه ممکن استموليبدن،تنگستن يافلزهاي ديگر داشته باشند. اين نوع فولادها براي مصارف خاصي مورد استفاده قرارمي‌گيرند. در دماي زياد ، آهن و کربن با يکديگر متحد شده،کربيد آهن (Fe₃C) به نام «سمانتيت» تشکيل مي‌دهند. اين واکنش ،برگشت‌پذيرو گرماگير است:

Fe₃C <------- گرما + 3Fe + C

هرگاه فولادي که داراي سمانتيت است، به کندي سرد شود، تعادل فوقبه سمت تشکيل آهن و کربن ، جابجا شده ،کربن به صورت پولکهايگرافيت جدامي‌شود و به فلز ، رنگ خاکستري مي‌دهد. برعکس ، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربنعمدتا به شکل سمانتيت که رنگ روشني دارد، باقي مي‌ماند. تجزيه سمانتيت در دمايمعمولي به اندازه‌اي کند است که عملا انجام نمي‌گيرد.

فولادي که دارايسمانتيت است، از فولادي که داراي گرافيت است، سخت‌تر و خيلي شکننده‌تر است. در هريک از اين دو نوع فولاد ، مقدار کربن را مي‌توان در محدوده نسبتا وسيعي تنظيم کرد. همچنين ، مي‌توان مقدار کل کربن را در قسمتهاي مختلف يک قطعه فولاد تغيير داد وخواص آن را بهتر کرد. مثلابلبرينگاز فولاد متوسط ساخته شده است تاسختي و استحکام داشته باشد و ليکن سطح آن را در بستري از کربن حرارت مي‌دهند تالايه نازکي از سمانتيت روي آن تشکيل گردد و بر سختي آن افزوده شود.

منبع : اينترنت

در روش برينل يك ساچمه از كاربيد تنگستن يا فولاد (پركربن يا سمانته آب داده شده) به قطر (D) روي جسم با نيروي (P) به مدت ثابتي (10 ثانيه براي آلياژهاي آهني و 30 تا 60ثانيه براي آلياژهاي غير آهني) توسط ماشين مربوطه، فشار ايجاد مي كند. از تقسيم نيروي وارد بر سطح ايجاد شده (سطح عرقچين كروي) عدد سختي در اين روش بدست مي آيد(شكل 25-2). سختي برنيل را به اختصار با BHN نمايش ميدهند.

مقدار اين سختي از رابطه‌ي زير بدست مي آيد:

كه در آن عبارت است از نيروي وارد به ساچمه (بار) و A سطح عرقچين كروي ايجاد شده روي فلز يا آلياژ موردآزمايش است. از طرفي سطح عرقچين كروي با توجه به شكل اخير چنين است:

در اين روابط t عبارت از عمق فرورفتگي (نفوذ ساچمه در فلز يا آلياژ) و d قطر دايره‌ي اثر است. به اين ترتيب مي توان سختي برينل را از رابطه‌ي زير محاسبه و تعيين كرد.

ضخامت نمونه‌ي مورد آزمايش بايد حداقل 10 برابر عمق فرورفتگي ساچمه در فلز نمونه باشد يعني:

حداكثر عدد سختي برينل براي اندازه گيري سختي فلزات آهني، فلزات غير آهني و آلياژهاي آن ها Mpa 4500 (تقريباً kgf/mm 450 ) است.

تجربه نشان داده است كه بين عدد سختي برينل و تنش كششي ماكزيمم du رابطه‌ي تقريبي زير برقرار است(اين رابطه براي فولادهاي پركربن، فولادهاي سمانته و همچنين فلزات غير آهني صدق نميكند):

BHN×k=du

كه در آن Kضريبي است كه به جنس آلياژ مربوط مي شود. مثلاً براي فولاد نورد شده36/0=K و براي فولاد ريختگي K بين 3/0 تا 4/0 متغير است. بايد دانست كه رابطه‌ي اخير براي اجسامي كه تقليل سطح نسبي آنها زيادتر است بيش تر صدق ميكند.

در عمل براي تعيين عدد سختي بعضي از فلزات و آلياژها مي توان از روابط بهتري كه ذيلاً آمده است استفاده كرد.

فولاد با سختي 125 تا 175 برينل      BHN 343/0= du 

فولاد با سختي بيش تر از 175 برينل  BHN 362/0= du

آلومينيوم ريختگي BHN                            26/0= du

مس ، برنج، برنز:

آنيل شده                                    BHN 55/0= du

كار سرد شده BHN                                40/0= du

دور آلومين:‌

آنيل شده                                    BHN 36/0= du

سخت شده و پير سختي                  BHN 35/0= du

 در اين دستگاه ابتدا نمونه را روي سندان مي گذاريم. سپس گيره‌ي متحرك (چرخشي) را آنقدر مي گردانيم تا سندان بالا بيايد و نمونه‌ي روي آن با ساچمه تماس پيدا كند. در اين هنگام الكتروموتور را بكار مي اندازيم تا وزنه آزاد شده و نيروي لازم توسط وزنه، به تدريج ساچمه را روي نمونه فشار دهد. زمان اعمال اين فشار در جدول 2-2 براي قطرهاي مختلف ساچمه (و ساير عوامل) درج شده است.

پس از آن كه فشار لازم ايجاد شد و دايره‌ي اثر روي نمونه بوجود‌ آمد، جهت حركت الكتروموتور را عوض مي كنيم تا نيروي وزنه قطع شود. اكنون مي توانيم گيره‌ي متحرك را بطور ورانه بگردانيم و سندان را پايين بياوريم. نمونه كه دايره‌ي اثر روي آن ايجاد شده است، براي اندازه گيري و تعيين قطر d  توسط ميكروسكوپ ميكرومتر آماده است.

معمولاً دستگاههاي آزمايش سختي برينل جداولي بصورت ضميمه (پلاك) دارند. به كمك اين جدول‌ها و اندازه قطر دايره‌ي اثر به سهولت و به سرعت عدد سختي برينل معلوم مي شود(بدون استفاده از فرمول و محاسبه).

عمليات حرارتي بازپخت: (anealing)

اين عمليات را براي

1-   از بين بردن اثر سخت‌كاري

2-   اصلاح ساختار داخلي

3-   افزايش قابليت ماشين‌كاري

4-   افزايش قابليت شكل‌پذيري

5-   حذف تنش‌هاي داخلي

6-  همگن كردن ساختار داخلي كه عبارت است از گرم كردن قطعه تا درجه حرارتي معين نگهداري در اين درجه حرارت (همانند سخت‌كاري) و سپس سرد كردن آرام (سرد كردن در داخل كوره).

بازپخت حين عمليات شكل دادن:

در موقع شكل دادن فلزات از جمله فولاد سخت مي‌شوند و براي انجام بهتر عمليات شكل دادن اين بازپخت انجام مي‌شود عبارت است از حرارت دادن قطعه تا درجه حرارتي نزديك AC₁حدود 700 درجه و سپس سرد كردن آرام).

بازپخت كروي كردن سمنت:

اين بازپخت براي افزايش قابليت ماشين‌كاري انجام مي‌شود و عبارت است از حرارت دادن قطعه تا نزديك AC₁حدود 700، نگهداري به مدت طولاني در اين درجه حرارت و سپس سرد كردن آرام. در اثر اين عمليات سمنت ساختار داخلي از شكل لايه‌اي به صورت كروي درامده و در نتيجه قابليت ماشي‌كاري يا براده‌برداري افزايش مي‌يابد.

بازپخت ايزوترم با منقطع:

معمولا در فولادهاي آلياژي كم كردن زمان بازپخت از اين روش استفاده مي‌شود.

در اين عمليات ابتدا قطعه را مانند بازپخت كامل حرارت داده و سپس از نگه‌داري ابتدا تا 600 درجه سانتي‌گراد آن را سرد مي‌كنيم (به وسيله انتقال به كوره ديگر و يا در هوا) در 600 مدتي نگه داشته تا تتغييرات ساختاري انجام شود سپس آن را از كوره در آورده و در هوا تا دماي محيط سرد مي‌كنيم مزيت اين نوع بازپخت اين است كه زمان عمليات كاهش مي‌يابد.

بازپخت ناقص:

اين نوع بازپخت نيز براي افزايش قابليت ماشين‌كاري سردي قطعات انجام مي‌شود و عبارت است از حرارت دادن قطعه تا درجه حرارتي بين AC₁و AC₃.نگهداري در اين درجه حرارت و سپس سرد كردن آرام.

بازپخت همگن كردن ساختار داخلي:

اين بازپخت براي همگن كردن ساختار داخلي قطعات توليد شده از روش ريخته‌گري انجام مي‌شود. به اين ترتيب كه قطعه فولادي را به ميزان 150 تا 250 درجه بالاي AC₃ و يا ACM حرارت دادن و پس از نگه‌داري آن را به آرامي سرد مي‌كنيم. علت بالا بودن درجه حرارت در اين عمليات اين است كه فقط در اين درجه حرارت‌هاي بالا عمليات نفوذ اتمها يا (ديفوزيون). انجام مي‌شود.

عمليات حرارتي نرمال كردن Normalizing:

اين عمليات براي طبيعي كردن و اصلاح ساختار داخلي براي قطعات فولادي انجام مي‌شود و علارت است:

1- حرارت دادن قطعه تا درجه حرارتي به ميزان 50 تا 60 درجه سانتي‌گراد بالاي AC₃يا ACM نگهداري در اين درجه حرارت و سپس سرد كردن در هوا.

تحقیق درباره کروماتوگرافی لایه نازک (TLC)

کروماتوگرافی لایه نازک نوعی کروماتوگرافی جذبی جامد – مایع است و اصول آن مانند کروماتوگرافی ستونی است. ولی در این مورد جسم جاذب جامد را به صورت یک لایه نازک در روی یک قطعه شیشه یا پلاستیک محکم پخش میکنند. یک قطره از محلول نمونه یا مجهول را در نزدیکی لبه صفحه میگذارند و صفحه را همراه مقدار کافی از حلال استخراج کننده در ظرفی قرار میدهند. مقدار حلال باید آنقدر باشد که فقط به سطح زیر لکه برسد (شکل الف). حلال به طرف بالای صفحه میرود و اجزاء مخلوط را با سرعتهای متفاوت با خود میبرد. در نتیجه ممکن است تعدادی لکه روی صفحه ظاهر شود. این لکه ها روی یک خط عمود بر سطح حلال ظرف قرار میگیرند (شکل ب).

این روش کروماتوگرافی بسیار آسان است و به سرعت هم انجام میشود. این روش برای تفکیک اجزاء یک مخلوط بسیار مفید است و همچنینی میتوان از آن برای تعیین بهترین حلال استخراج کننده جهت کروماتوگرافی ستونی استفاده کرد.

در TLC میتوان از همان مواد جامد که در کروماتوگرافی  ستونی استفاده میشود استفاده کرد و در این میان سیلیکا و آلومینا بیشتر به کار میرود. معمولا جسم جاذب را با مقدار کمی از ماده نگهدارنده مانند گچ شکسته بندی، کلسیم سولفات و یا نشاسته مخلوط میکنند تا جسم جاذب چسبندگی لازم را پیدا کند و به صفحه بچسبد. صفحه ها را میتوان قبل از مصرف تهیه کرد و یا از ورقه های پلاستیکی آماده که در بازار موجود است استفاده نمود.

یکی از مزایای مشخص TLC آن است که احتیاج به مقدار بسیار کمی از نمونه دارد. در بعضی موار میتوان تا مقدار ^9-10 گرم را تشخیص داد. اما ممکن است اندازه نمونه تا 500 میکرو گرم برسد. در نمونه های زیاد میتوان از تجربه های تهیه ای استفاده کرد. در این تجربه ها لکه های مختلف را میتراشند و با یک حلال مناسب میشویند (استخراج میکنند). و برای شناسایی (از طریق طیف سنجی) به کار میبرند.

تشخیص لکه های رنگین در روی کروماتوگرام آسان است و برای تعیین محل لکه های اجسام بیرنگ روشهای متعددی وجود دارد. برای مثال میتوان با تابش نور ماوراء بنفش به صفحه محل لکه، ترکیبهایی را که خاصیت فلوئورسانس دارند مشخص کرد. به روش دیگر میتوان جسم جاذب را با ماده فلوئورسانس دار بی اثر دیگری مخلوط کرد. هنگامی که نور ماوراء بنفش به این صفحه بتابد، لکه اجسامی که نور ماورای بنفش را جذب می کنند ولی خاصیت فلوئورسانس ندارند در زمینه فلورسانس دار صفحه به صورت تیره رنگ ظاهر میشوند. در بسیاری موارد دیگر، از معرفهای آشکارساز دیگری استفاده میکنند. این معرفها را میتوان بر روی کروماتوگرام پاشید و لکه ها را ظاهر کرد. سولفوریک اسید، که بسیاری از ترکیبات آلی را به ذغال تبدیل میکند و محلول پتاسیم پرمنگنات نمونه هایی از معرفهای آشکار ساز هستند که به این روش مصرف میشوند. ید نیز معرف آشکار ساز دیگری است که مصرف میشود. در این مورد صفحه را دز ظرفی میگذارند که محیط آن از بخار ید اشباع باشد. بسیاری از ترکیبات آلی ید را جذب میکنند و لکه آنها روی کروماتوگرام رنگین (معمولا قهوه ای) میشود.

در شرایط معین سرعت حرکت ترکیب نسبت به سرعت پیشرفت حلال (R_f) خاصیت مشخصی از ترکیب است. برای تعیین این مقدار مسافتی را که جسم از خط شروع تا وسط لکه را طی کرده است اندازه میگیرند و آنرا به مسافتی که حلال پیموده تقسیم میکنند. این مسافت را با خط شروع یکسانی میسنجند.

بخش عملی

تفکیک مواد رنگی برگ سبز

چند میلی لیتر از مخلوط 2 به یک اتر نفت و اتانول را همراه با چند برگ سبز در هاونی بگذارید و برگها را با دسته هاون له کنید. مایع بدست آمده را به یک قیف جدا کننده منتقل کنید و همان حجم آب مقطر به آن اضافه کنید و تکان دهید. فاز آبی پایینی را دور بریزید. این شستشو را دو بار انجام دهید و هر بار فاز آبی را دور بریزید. و آب تازه اضافه کنید.لایه آلی (بالایی) را به ارلن کوچکی منتقل کنید و به آن 2 گرم سدیم سولفات بدون آب اضافه کنید (برای آب گیری).

یک نوار 10 سانتی از ورقه کروماتوگرام سیلیکاژل تهیه کنید و یک لکه 1 الی 2 میلی متری از محلول ماده رنگی را طوری بر روی صفحه قرار دهید که حدود 1 و نیم سانتی متر از انتهای آن فاصله داشته باشد (برای گذاشتن لکه از لوله مویین تمیز استفاده کنید). صبر کنید تا لکه خشک شود. برای جداسازی از حلال بنزن – استون با نسبت 7 – 3 (حجمی) مطابق توضیحات بالا استفاده کنید.

ممکن است تا هشت لکه رنگین مشاهده شود. این لکه ها به ترتیب کاهش مقدار Rf عبارتند از کاروتنها (دو لکه نارنجی)، کلروفیل a (آبی – سبز)، کلروفیل b (سبز) و زانتوفیلها (چهار لکه زرد).

 معرف فوشین (معرف شیف)

نیم گرم فوشین خالص را در 500 سی سی آب مقطر حل نموده و صاف نمائید. سپس 500 سی سی آب مقطر را با انیدرید سولفورو اشباع نموده و با محلول صاف شده فوق مخلوط کنید و یک شبانه روز به حال خود بگذارید. معرف بیرنگ و حساس است.

 تولنز (تولنس) (نیترات نقره آمونیاکی)

معرف تولنز (تولنس) (نیترات نقره آمونیاکی)

در یک لوله آزمایش 1 سی سی نیترات نقره 5% و یک قطره سود 10% اضافه کنید و در حالی که محلول را تکان میدهید چند قطره محلول آمونیاک 2% اضافه نمائید تا فقط رسوب قهوه ای اکسید نقره حل گردد و از مصرف آمونیاک اضافی خودداری کنید. (معرف را کمی قبل از مصرف تهیه کنید زیرا در اثر ماندن تجزیه میشود.)

معرف فهلینگ

از دو معرف (الف) و (ب) تشکیل شده که همگام مصرف دو محلول را به نسبت مساوی مخلوط کرده مصرف میکنند.

معرف (الف): 34.6 (سی و چهار ممیز شش) گرم سولفات مس آبدار در 500 سی سی آب مقطر

معرف (ب): 173 گرم تارتارات مضاعف سدیم و پتاسیم و 70 گرم سود در 500 سی سی آب مقطر

سنتز دی بنزال استون (تراکم آلدولی)

آلدئیدها یا کتونهای دارای هیدروژن آلفا (لازمه واکنش است) در محیط اسیدی یا قلیایی رقیق تراکم ایجاد کرده و تولید بتا هیدروکسی آلدئید یا بتا هیدروکسی کتون میکنند. واکنش بعدی در تراکم آلدولی که بطور خود بخودی اتفاق می افتد حذف گروه هیدروکسی از موقعیت بتا (حذف آب) و ایجاد ترکیب کربونیل غیر اشباعی آلفا و بتا میباشد.

اگر مخلوط آلدئیدها و یا کتونهای متفاوت و یا هر دوی آنها در محیط حضور داشته باشند، منجر به تولید محصولات تراکمی متنوع میشود. در مورد کتونهای دارای دو گروه متیلن یا در حالت خاص دو گروه متیل مثل استون اگر نسبت مولی بنزآلدئید به استون به صورت 2 به 1 باشد دی بنزال استون به جای بنزال استون تشکیل میشود.

روش کار

در یک ارلن 150 سی سی 20 سی سی محلول سود 10% و 20 سی سی اتانول 95% بریزید . محلول را کاملا سرد کرده (برای جلوگیری از واکنشهای جانبی و کانیزارو) و 3 سی سی استون (4 صدم مول) و بلافاصله 8 سی سی بنزآلدئید اضافه کنید. رسوب زرد بلافاصله تشکیل میشود. به مدت 15 دقیقه مخلوط واکنش را به هم بزنید و سپس توسط قیف بوخنر صاف کنید روی صافی را با کمی آب سرد و سپس کمی اتانل 95% بشوئید. رسوب را با اتانل 95% و یا اتیل استات تبلور مجدد کنید و بگذارید خشک شود.

نقطه ذوب و بازده را حساب کنید.

تحقیق درباره كاتاليزور زايگلر

1-        مقدمه :‌ كاتاليزور زايگلر واقعاً شگفت انگيز است. چرا كه در حضور آن بسياري از مونومرها مي توانند به پليمرهاي خطي و چندگانه تبديل شوند. مثالهاي زير تنها نمونه هاي اندكي هستندكه براي نشان دادن كاتاليزور زايگلر انتخاب شده اند:

A– اتيلن در فشارهاي پايين (حدود 10-1 اتمسفر) به آساني به يك پليمر خطي تبديل مي شود.

در اين نمايش            بيانگر يك زنجيره پليمري است.

B– پروپيلن بسته به شرايط پليمريزاسيون و كاتاليزور خاص ممكن است يا به پليمرايزوتاكتيك يا پليمر سنديو تاكتيك تبديل شود.

C- دي آنها مانند بوتادين مي توانند به محصولاتي تبديل شوند كه فقط داراي واحدهاي تكرار شونده 4و 1 –Cis ، 4و 1 –tran ، ايزوتاكتيك 2و 1 و يا سنديو تاكتيك 2و 1 مي باشند.

d- دي انهاي غير مزدوج مانند هگزادي ان – 5و1 مي توانند عمدتاً توسط افزودن 2و 1 يا افزودن حلقه با تغيير دادن تركيب كاتاليزور به پليمر تبديل شوند.

كشف كاتاليزور زايگلر حاصل سالها تحقيق اساسي پروفسور زايگلر و شاگردانش در زمينه شيمي آلي – فلزي بود. آنچه درسال 1952 بعنوان اثر غير عادي نيكل بر واكنش آفبا شناخته شد توسط پروفسور زايگلر و همكارانش به يكي از مهمترين اكتشافات شيميايي روزگار اخير بدل گشت.

رشته اتفاقاتي كه به اين اكتشاف منجر شد برق‌آسا يكي پس از ديگري رخ ميداد. ابتدا زايگلر و همكارانش مشاهده كردند كه ALET3 ، اتيلن را به پارافين هاي پلي اتيلن با جرم مولكولي كم تبديل ميكنند(واكنش آفبا).

سپس تصادفاً كشف شد كه نيكل واكنش آفبا را به تشكيل 1- بوتن محدود ميكند و سرانجام هنگام تلاش براي فهميدن اثر نيكل ديگر تركيبات فلزي انتقالي مثل استيل استونات زيركونيم بجاي نيكل جانشين شدند. در عوض بجاي هيدروكربنهاي داراي جرم مولكولي كم پلي اتيلن خطي داراي جرم مولكولي زياد با محصولات زياد تشكيل شدند.

پروفسورناتا و همكارانش در موسسه پلي تكنيك ميلان، توسعه اين كشف را به پليمريزاسيون پروپيلن و آلفا اولفين هاي بالاتر بر عهده گرفتند. در سال 1955 ، ناتا، توصيف ساختار پليمرها را اعلام كرد. ثابت شد كه زنجيره هاي پليمري از رشته هاي بلند واحدهاي منومري كه داراي آرايش يكسان هستند ساخته ميشوند. ناتا اين پليمرها را «ايزوتاكتيك» ناميد.

آكادمي سلطنتي علوم سوئد، جايزه نوبل سال 1963 را به ك.زايگلر وج. ناتا اهدا كرد.

در بسياري از آزمايشگاههاي دانشگاهي و صنعتي براي روشن كردن مكانيزم كار كاتاليزورها و توسعه آنها براي كاربردهاي تجاري تلاش زيادي صرف شد.

درباره مشخصات مختلف اين كاتاليزور چند منظوره اما بسيار پيچيده اختلاف نظر چشمگيري وجود دارد. در طول دروازده سال بعد از اكتشافات اصلي زايگلر- ناتا براي شناخت اين كاتاليزور بي نظير پيشرفت زيادي حاصل شده است. هدف از اين مقاله،‌ آزمايش برخي از مهم ترين ويژگيهاي كاتاليزور زايگلر است. بطور خاص در اين مقاله سعي كرده ايم، كه طبيعت سايت فعال را توضيح داده،‌توانايي آنرا در پليمر كردن مونومرهاي داراي ساختمان متفاوت درك كنيم.

2-  تعريف كاتاليزور زايگلر:

عموماً مي دانيم كه كاتاليزورهاي زايگلر توسط تركيب يك آلكيل فلزي يا هيبريد با يك نمك فلزي واسطه مثل ALET3  به اضافه TiCl3 در يك فضاي ساكن تشكيل مي شوند.

آلكيل هاي فلزي يا هيبريدهاي گروه هاي 1تا3 و نمكهاي فلزي واسطه مثل Th و U معمولاً با تعريف شيميايي فوق ذكر ميشوند. كاتاليزورهاي زايگلر بر اساس فلزات انتقال   گروه 8 مثل Et2clAl به اضافه COCL2  يا Nicl2 فقط دي ان‌ها  را براحتي به پليمر تبديل ميكنند. اما، كاتاليزورهاي ساخته شده بر اساس فلزات انتقالي گروههاي 4و 5و 6 براي پليمريزاسيون دي انها و مونواولفين ها، هر دو، فعال هستند، تمام كاتاليزورهاي زايگلر كه براي پليمزاسيون آلفا اولفين ها فعالند براي پليمزاسيون اتيلن نيز فعال هستند اما عكس اين تفسير صادق نيست. مثلاً اتيلن در حضور كاتاليزور محلول نوع آلكيل آلومينيوم (c2H5)Ticl2 به پليمر تبديل مي شود اما در حضور پروپيلن اينكار را انجام نمي گيرد.

3- اهميت حالت فيزيكي كاتاليزور و پليمر تشكيل شده:

حالت فيزيكي كاتاليزور مي تواند از چند جهت حائز اهميت باشد:

الف) در بسياري از مونومرها، ساختمان خاصي كه روي مي دهد به حالت بلورين كاتاليزور بستگي دارد. مثلاً، تهيه پلي- آلفا- اولفين هاي ايزوتاكتيك تنها با كاتاليزورهاي زايگلر ناهمگن بدست آمده است. ازسوي ديگر، تشكيل پليمرهاي سنديوتاكتيك مثل پلي پروپيلن ظاهراً فقط با وجود كاتاليزورهاي همگن رخ مي دهد.

ب) وقتي كه كاتاليزورهاي محلول يا پراكنده مانندAlEt2Cl  به اضافه Vo(OET)Cl2  مورد استفاده قرار گيرند، كوپليمريزاسيون ايتلن و پروپيلن عمدتاً پليمرهاي تصادفي به بار مي آورد. وقتي كاتاليزورهاي ناهمگن (مانند ALET3به اضافه Ticl3 ) استفاده مي شوند كوپليمرهاي تشكيل شده، ستوني هستند.

ج) اصولاً اگر هر اتم فلزي موجود بصورت يك سايت فعال عمل ميكرد، كاتاليزورهاي محلول بايد از كاتاليزورهاي ناهمگن كارآيي بيشتري داشتند. در واقع ثابت شده است كه كاتاليزورهاي محلول تأثير بسيار زيادي دارند. مثلاً «بالاس» و «پورتر» خبر داده اند كه در صورتيكه علظت كبالت در حلال واكنش تنها 5-10×2 مول بر ليتر باشد. 1و 3 بوتادين با كاتاليزور تريبوتيل فسفات Cocl2-AlEt2cl ، به سادگي به پليمر تبديل مي شود.

كاتاليزور هاي (c5H5)2Ticl2 نوع آلومينيوم الكيل تنها براي پليمريزاسيون اتيلن نسبتاً فعال است.

حالت فيزيكي پليمراسيون نيز اهميت فراواني دارد. وقتي كه پليمر تشكيل شده جامد، مثلاً پلي پروپيلن ايزوتاكتيك، باشد كاتاليزور ناهمگن ممكن است درجرم پليمر محكم شود. بنابراين ممكن است سايتها به مونومر دسترسي كمتري پيدا كنند.

نگارنده اين مطالب عقيده دارد كه با اولين دقت به حالت فيزيكي كاتاليزورهاي نوع زايگلر و پليمرهاي تشكيل شده، بنياني براي فهميدن ديگر ويژگيهاي كاتاليزور گذارده خواهد شد. بنابراين ما بايد ابتدا دو نوع زير را جداگانه در نظر بگيريم:

(1)             كاتاليزور هاي ناهمگن

(2)             كاتاليزورهاي محلول و پراكنده

كاتاليزور ناهمگن از آلكيل فلزي محلول مانند ALEt₂cL و نمك فلز واسطه نامحلول مانند TiCL3 تشكيل مي شود. وقتي اين دو جزء با هم تركيب مي شوند سايتهاي فعال بر سطح بلوري TiCL3 تشكيل مي شوند.

وسيع ترين كاربرد تري‌كلريدتيتانيوم به صورت جزء نمك فلزي واسطه كاتاليزور زايگلر بوده است.

ثابت شده كه كاتاليزورهاي زايگلر داراي نمكهاي فلزي واسطه بسيار منظم بلورين در حالت ظرفيت پائين مثل TiCL3 و VCL3 نسبت به كاتاليزورهاي داراي نمكهاي فلزي محلول در حالت ظرفيت بالا مانند TiCL3 و VCL4 ،كاتاليزورهاي ايزوتاكتيك خاص بيشتري تشكيل مي دهند.

بايد توجه داشت كه وقتي احياء TiCL4 با آلومينيوم يا يك آلكيل آلومينيوم صورت مي پذيرد تري‌كلريدتيتانيوم تشكيل شده نيز حاوي آلومينيوم است مانند ALCL3 .

ALCL3 به عنوان يك محلول جامد در شبكه بلور وجود دارد.

محل سايتها در سطوح بلوري:

به نظر مي رسد همه عقيده دارند كه پليمريزاسيون بر لبه ها و يا طرفهاي جانبي. و نه طرفهاي تَهي ، Ticl3 بلورين صورت مي گيرد. دانشمندان زيادي به اين نتايج بر اساس آزمايش هاي ميكروسكوپي دست يافتند. « رودديگز » ، « ون‌لوي » و « گابانت » با استفاده از ميكروسكوپهاي آلكتروني براي دنبال كردن پليمريزاسيون اوليه پروپيلين بر بلورهاي كوچك α-TiCL3 نتيجه گرفتند كه رشد پليمر در طرفهاي جانبي روي مي دهد جائيكه اتمهاي تيتانيوم براي مجتمع شدن توسط اولفين مستقيما در دسترس مي باشند.

نظر داده اند كه تحت عمل مكانيكي زنجيره هاي پليمري در حال رشد، دانه هاي ناپايدارتر شكسته شده به ذرات بلورين كوچكتر تقسيم مي شوند به عقيده ناتا و همكارانش، همان نيروها باز هم با شكافتن ذرات بلورين كوچكتر كامل α-TiCL3 آلفا را به ذرات كوچكتر تقسيم مي كنند. پراكندگي بلورهاي كامل توسط شكافت در طول لايه هاي ناپايدار كلر-كلر فرض مي شود.

به عقيده ناتا، كوراويني و آلگرا تغيير بتاي TiCL3 ، ساختماني الياف مانند متشكل از واحدهاي ساختماني نوع

را نشان مي دهد.

ناتا و همكارانش با استفاده از كاتاليزور AlEt₃-α-Ticl3 مشاهده كردند كه در حين دوره پليمريزاسيون اوليه، فعاليت كاتاليزور تا وقتي به يك ميزان ثابت برسد، افزايش پيدا مي كند.

آنها در دفاع از ديدگاه خود دلايل تجربي زير را ارائه كرده اند:

1)                                              1) سرعت پليمريزاسيون تحت شرايط حالت پايدار گويا تقريبا به اندازه اوليه ذارت Ticl3 بستگي ندارد.

2) از طريق كار كردن با  α-TiCl3 گِرد (اندازه تقريبا 1 ميكرون) دوره تعديل تحت تاثير قرار مي گيرد.

3) به نظر مي رسد سرعت حالت پايدار توسط مقدار متوسط ساييدن تحت تاثير قرار نمي گيرد.

4) با كاركردن با α-TiCL3 غير گرد كشف شد كه براي رسيدن به سه چهارم سرعت حالت پايدار لازم بود، با ميزان سرعت حالت پايدار، به طور معكوس تغيير مي كند. به بيان ديگر. هرچه سرعت حالت پايدار بيشتر باشد، زمان لازم براي رسيدن به آن كمتر است.