الهيكل الدقيق البلوري في الفولاذ: التكوين، الخصائص والتأثير
شارك
Table Of Content
Table Of Content
التعريف والمفهوم الأساسي
البلوري يشير إلى ميزة ميكروية في الفولاذ تتميز بترتيب ذري منظم للغاية يشكل شبكة بلورية منتظمة ومتكررة. على المستوى الذري، يتكوَّن الهيكل البلوري الميكروئي من ذرات مرتَّبة بنمط دوري ثلاثي الأبعاد يمتد عبر المادة، مما يؤدي إلى شبكة بلورية معرفَّة جيدًا.
في علم الفلزات وعلوم المواد، يبرز مصطلح "بلوري" الطابع الأساسي لترتيب الذرات الذي يدعم خصائص وسلوكيات الهيكل الميكروئي. تؤثر الطبيعة البلورية على القوة الميكانيكية، والليونة، والتوصيل الحراري والكهربائي، والخصائص المغناطيسية. الاعتراف بالبلورية والسيطرة عليها أمر ضروري لتخصيص أداء الفولاذ لغايات محددة.
الطبيعة الفيزيائية والخصائص
الهيكل البلوري
الهيكل البلوري الميكروئي للفولاذ يستند بشكل رئيسي إلى أشكال الحديد وتحولاته، مع فئات شائعة تشمل الفريت (الحديد α)، الأوستنيت (الحديد γ)، الكيمينيت (Fe₃C)، والمارينسيت. تظهر هذه الفئات هياكل بلورية مميزة:
-
الفريت: هيكل مكعب مركزي للجسم (BCC) مع معامل شبكة حوالي 2.86 أنغستروم عند درجة حرارة الغرفة. تحتوي شبكة BCC على ذرة عند كل زاوية وذرة واحدة في المركز، مما يؤدي إلى هيكل مفتوح نسبيًا.
-
الأوستنيت: هيكل مكعب مركزي للوجه (FCC) مع معامل شبكة حوالي 3.58 أنغستروم. تحتوي شبكة FCC على ذرات عند كل زاوية وفي مركبات جميع الوجوه، مما يوفر كثافة تعبئة أعلى.
-
المارينسيت: هيكل رباعي مركزي للجسم (BCT)، وهو نسخة مشوهة من BCC، يتكون بواسطة التبريد السريع. يتغير مستوى التربيع (نسبة c/a) اعتمادًا على محتوى الكربون.
-
الكيمينيت: مرحلة متخذة شكل متعامد (Fe₃C) مع هيكل بلوري معقد، يساهم في الصلابة الدقيقة والقوة.
يُوصف الاتجاهات البلورية والعلاقات باستخدام مفهوم حدود الحبوب، وهي واجهات بين بلورات مختلفة الاتجاهات. يُعرَّف اتجاه الحبوب الفردية بواسطة زوايا أويلر أو أشكال القطب، مما يكشف عن تطور النسيج خلال المعالجة.
الملامح الشكلية
تظهر المناطق البلورية في الفولاذ عادةً على شكل حبوب—كيانات متعددة السطوح ذات أحجام محددة:
-
حجم الحبوب: يتراوح من عدة ميكرومترات (μم) في الفولاذ دقيق الحبوب إلى مئات الميكرومترات في الهياكل الميكروية خشنة الحبوب.
-
الشكل والتوزيع: تكون الحبوب عادة متساوية الأقطار (ذات أبعاد متقاربة في جميع الاتجاهات) ولكن يمكن أن تكون ممتدة أو مفلطحة اعتمادًا على التشوه والمعالجة الحرارية.
-
المظهر البصري: تظهر الحبوب البلورية تحت الميكروسكوب البصري كمناطق مميزة لها حدود واضحة، غالبًا تظهر بمستويات تباين مختلفة بسبب الاختلافات في الاتجاه. يكشف الميكروسكوب الإلكتروني عن ترتيبات الذرات وهيكل العيوب داخل هذه الحبوب.
الخصائص الفيزيائية
تؤثر الهياكل البلورية على العديد من الخصائص الفيزيائية:
-
-
: عالٍ بشكل عام في المناطق البلورية النقية؛ الشوائب والعيوب تقلل من التوصيل. -
الخصائص المغناطيسية: الفئات البلورية مثل الفريت مغناطيسية ذاتية، مع ترتيب المجالات المغناطيسية على طول اتجاهات بلورية معينة.
-
: عالي في المناطق البلورية المنظمة جيدًا، مما يسهل انتقال الحرارة.
مقارنة بالمكونات غير البلورية أو غير المتبلورة، تُظهر الهياكل البلورية خصائص استقطابية بسبب تنظيم الذرات المرتب.