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 ۱۰۰ 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 ۲ عنصر پايه آهن و كربن براي توليد فولاد كربن در مقادير بسيار كمي اضافه مي شود چيزي كمتر از ۱% اضافه كردن حدود ۱۵/۱ درصد كربن خواص فولاد به شكل عجيبي تغيير مي دهد.

سيستم كد بندي S/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 ۴ عدد و گاهي ۵ 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 ۲ مداول نشانگر فلز پايه هستند ، ۱۰ نشانگر فولاد كربني است. ۱۰ 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. ۲ رقم باقيمانده در سيستم مصرف AU درصد كربن در فولاد را در ۱۰۰ براي آن معين مي كند.

آنها با توجه به اين براي S/ A كه مي دانيم يك فولاد كربني است و ۱۰ بيانگر اين است و ۴۰ مقدار كربن در فولاد را مي گويد حتي ۰٫۴۰ 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 ۱۰۱۰ در شرايط نرم و براي كارهايي كه راكسيتيليه بالا احتياج است استفاده مي شود. فلزات ارزان براي درهاي اتونيل معمولا از فولا ۱۰۱۰ بهره مي گيرند. مقايسه فولاد متوسط كربن ۱۰۵۰ خيلي محكم است وقتي كه سخت سازي تمير شود. فولاد ۱۰۵۰ در بخشهاي ساختاري اتومبيل مانند اكسل و شافت و تورج هاي سنگين پر مصرف استفاده مي شود.

فولاد پر كربن ۱۰۸۰ 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 ۱۵% كربن دارند و بيشتر از %۱۵ 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 ۱۱۰۰ است كه اغلب با ۱۱ و ۲ تا x نشان داده مي شود. ×× فولاد كربني با قابليت ماشينكاري با گوگرد و فسفر در S/ A به صورت ×× ۱۲ 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 ۲ رقم آخر آن اضافه مي شود. پس ۱۲l14 يك فولاد با قابليت ماشينكاري به علاوه فسفر و گوگرد خواهد بود. كه ۱۲ مصرف آن است و مقدار كمي كه با L نمايش داده شده و ۱۴/. كربن.
متغيير ديگر در فولاد كربني ، افزودن مقدار كمي از بور است و معمولا كمتر از ۰۰۳/.% 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.

۱۰B21 يك فولاد كربني است با برد ۲۱/.% 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 ۱۰ 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 ۳۰ 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 ۱۸۰۰ 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 ۸ 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 ۱۶۷۴ درجه فار نهايت زير ۱۶۷۴ درجه اتمهاي مركز سطوح موقعيت خودشان را تغيير مي دهند. در اين ساختار جديد اتمها در ۳۸ 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 ۱۶۷۴درجه گرم باقي مي ماند.

آهن در اين دما آستنيت ناميده مي شود. همين كه آستنيت تا ۱۶۷۴ 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 ۱۶۷۴ 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 ۱۳۰۰ يا ۱۴۰۰ درجه تا ۱۶۷۴ 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 ۲ 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 ۱۳۰۰ و ۱۴۰۰ تا ۱۶۷۴ 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 ۱۳۱۴ 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 ۷۷/. 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 ۱۳۱۴درجه 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 ۲ 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 . ۲ 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 ۷۷/. 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 ۷۷/.% 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 ۱ 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 ۱۰۰۰ تا ۱۳۳۵ درجه براي زماني بيشتر از ۱ 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 ۱۰۰ 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 ۷۷/. درصد كربن پرليت داراي لختي حدود ۳۲ تا ۳۸ راكول سي است اگر فولاد را در زمان دماي مناسب سرد كنيم تا را بدست بياوريم لختي ممكن است چيز حدود ۴۰ تا ۵۰ 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 ۷۷/. درصد كربن تشكيل شده داراي لختي بين ۶۴ تا ۶۶ 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 ۱۳۰۰ درجه فار نهايت انجام مي شود. توجه كنيد كه ۱۳۰۰درجه 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 ۶/. 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 ۶/.% كربن با لختي ۶۲ راكول سي سنتي بيشتر خواهد داشت نسبت به فولادي داراي ۴/.% كربن و ۵۵ 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 ۱۳۰۰ به كار مي رود

در اين جا دماي زير بحراني تا حدود ۱۵ ساعت نگه داشته مي شود سپس بجاي سرد كردن ، فولاد تا دمايي حدود ۱۳۷۰ درجه فار نهايت بين A3,A1 گرم مي شودفولاد در دماي فوق تا حدود ۱ ساعت نگه داشتيم و آراسته ، حدود ۱۲۷۰ درجه فار نهايت با سرعت ۲۰ درجه فار نهايت در ساعت سرد مي شود. سپس در ۱۲۵۰ 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.