לשבירת מזג, כתופעה נפוצה במהלך טיפול בחום מתכת, יש השפעה משמעותית על התכונות המכניות של חומרים, במיוחד קשיחות ההשפעה. מאמר זה יתחיל מהמושג הבסיסי של שבירות מזג, ידון בגורמים להיווצרותו בפירוט ויציע שיטות מניעה מתאימות.
1. מושג בסיסי של שבירות מזג
שבירות המזג, כפי שהשם מרמז, מתייחסת לתופעת השבירות המתרחשת כאשר מתכת מחוסמת לאחר המרווה. לפי טווח הטמפרטורות המייצר שבירות, ניתן לחלק את שבירות המזג לשבירות בטמפרטורה נמוכה ושבריריות בטמפרטורה גבוהה. שבירות מזג בטמפרטורה נמוכה, הידועה גם בתור הסוג הראשון של שבירות מזג, מתרחשת בעיקר בטווח הטמפרטורות של 250 עד 400 מעלות; בעוד שבריריות מזג בטמפרטורה גבוהה, הידועה גם כסוג השני של שבירות מזג, מתרחשת בעיקר בטווח הטמפרטורות של 450 עד 650 מעלות.
2. סיבות לשבירות מזג
א. שבירות מזג בטמפרטורה נמוכה (שבריריות מזג 1)
הסיבות להיווצרות שבירות מזג בטמפרטורה נמוכה מורכבות יחסית. נכון לעכשיו, קיימות בעיקר התיאוריות הבאות:
• תיאוריית הטרנספורמציה של אוסטניט נשמר: מאמינים ששבריריות מזג אוויר בטמפרטורה נמוכה נגרמת כאשר אוסטניט נשמר הופך למרטנזיט או בייניט מחוסמ במהלך תהליך הטמפרור.
• תיאוריית משקעי קרביד: מאמינים ששבריריות מזג אוויר בטמפרטורה נמוכה נובעת ממשקעים של פתיתים קרבידים ממרטנזיט. קרבידים אלה משקעים לאורך הממשק של רצועות או יריעות מרטנזיט, מפחיתים את חוזק השבר של גבולות התבואה והופכים אותם לסדקים. נתיב מורחב.
• תיאוריית הפרדת טומאה: מאמינים ששבריריות מזג בטמפרטורה נמוכה נובעת מהפרדה של יסודות טומאה בפלדה כמו זרחן, גופרית, ארסן, בדיל, אנטימון וכו' בגבולות הגרעין האוסטניט המקורי, וכתוצאה מכך היחלשות של את גבולות התבואה.
ב. שבירות מזג בטמפרטורה גבוהה (סוג שני של שבירות מזג)
הסיבה לשבירות מזג בטמפרטורה גבוהה ברורה יחסית, בעיקר בשל הפרדה של יסודות זיהומים קורט (כגון זרחן, בדיל, אנטימון, ארסן וכו') או אלמנטים מתגזרים בפלדה לגבולות הגרגרים האוסטניטיים המקוריים במהלך הטמפרור. תַהֲלִיך. ההפרדה של אלמנטים אלה בגבולות התבואה מפחיתה את חוזק השבר של גבולות התבואה, מה שמוביל לשבר שביר. בנוסף, יסודות סגסוגת כגון ניקל, כרום, מנגן וכו' יעודדו גם את הפרדת יסודות הטומאה, ויחריפו עוד יותר את תופעת ההתפרקות.
ניתן לראות באיור 1 שבמהלך תהליך הטמפרור של פלדת 30Ni-Cr, ככל שטמפרטורת החיסום עולה, קשיחות ההשפעה מגיעה לערכים מינימליים ב-300 מעלות ו-550 מעלות. הסוג הראשון של שבירות מזג מופיע ליד 300 מעלות. לאחר סוג זה של שבירות מזג מתרחשת, מזג אותו בטמפרטורה גדולה מ-300 מעלות או שווה ל-300 מעלות כדי להימנע מטווח טמפרטורת ההתפרקות ולהחזיר את הקשיחות שלו; אם הוא שוב בטווח של 250 ~ 400 מעלות חיסום פנימי לא יפחית את הקשיחות של החומר, כך שניתן לראות שהסוג הראשון של שבירות מזג הוא בלתי הפיך. כפי שניתן לראות מאיור 1, הסוג השני של שבירות מזג מופיע ליד 500 מעלות; לאחר טמפרטורת חום בטמפרטורה גדולה או שווה ל-650 מעלות, התקררות איטית והישארות ב-500~650 מעלות לאורך זמן יגרום גם להתפרקות, בעוד שקירור מהיר לא יתרחש שבירות, כפי שמוצג באיור 1. לאחר שבירות של החומר המייצר את הסוג השני של שבירות מזג מתבטל, אם הוא מחומם שוב לטווח הטמפרטורות השביר, או אם הוא מתקרר לאט בטווח השביר במשך זמן רב, השבריריות תופיע שוב. ניתן לראות שהסוג השני של שבירות מזג הוא הפיך.
3. שיטות למניעת שבירות מזג
א. שיטות למניעת שבירות מזג בטמפרטורה נמוכה
• הפחתת תכולת יסודות הטומאה בפלדה: הפחתת תכולת הזרחן, הגופרית, הארסן, הפח, האנטימון ושאר יסודות הטומאה בפלדה באמצעות זיקוק ותהליכים אחרים יכולה להפחית מהותית את הסיכון לשבירות בטמפרטורה נמוכה.
• הוספת יסודות המזיקים גרגרי אוסטניט: כגון ניוביום (Nb), ונדיום (V), טיטניום (Ti) וכו', יכולה לעדן גרגרי אוסטניט ולהגדיל את שטח גבול הדגן, ובכך להפחית את יסודות הטומאה ליחידת שטח כמות ההפרדה. .
• התאם את תהליך הטמפרור: שימוש במרווה איזותרמית במקום כיבוי ובתהליך חיסום בטמפרטורה גבוהה יכול למנוע ביעילות את התרחשות של שבירות בטמפרטורה נמוכה.
• סגסוגת: הוספת כמויות מתאימות של מוליבדן (Mo), טונגסטן (W) ואלמנטים סגסוגים אחרים יכולה להפחית את שבירות הטמפרטורה בטמפרטורה נמוכה. יחד עם זאת, אלמנטים כמו סיליקון (Si) וכרום (Cr) יכולים גם להתאים את טווח הטמפרטורות שבו מתרחשת שבירות בטמפרטורה נמוכה כדי למנוע את טמפרטורת החיסום הנדרשת.
