سمنتیت-کاربید آهن-نانولوله های کربنی-فولاد کربنی-سمنتیت چیست؟

سمنتیت یا کاربید آهن یک ماده مرکب شیمیایی به فرمول شیمیایی Fe3C. دارای 6/67 درصد کربن با ساختار بلوری ارتورومبیک است. این ماده سخت و شکننده است و به طور معمول به صورت خالص به عنوان سرامیک شناخته می شود.

سمنتیت در فولادها و به طور طبیعی در هسته زمین بوجود می آید و نوع خالص آن کاربردهای فراوانی دارد. همچنین پارامترهای بزرگ شبکه ای دارد که سختی آن ار توضیح می دهد و بسیاری از خواص آن ناهمسانگرد است.

سمنتیت-کاربید آهن-نانولوله های کربنی-فولاد کربنی-سمنتیت چیست؟
سمنتیت

سمنتیت در سیستم آهن – کربن

در سیستم آهن – کربن سمنتیت به این علت که. فریت می تواند حداکثر 0.02 درصد وزنی از کربن غیر ترکیبی داشته باشد. به راحتی تشکیل می شود. بناربراین، در فولادهای کربن و ریخته گری که به آرامی خنک می شوند، بخشی از کربن به شکل سمنتیت است. سمنتیت در مورد چدن سفید به طور مستقیم از مذاب تشکیل می شود. در فولاد کربن دار، سمنتیت در سرمایش آهسته از آستنیت که به فریت تبدیل می شود. رسوب می کند و در تمپر کردن از مارتنزیت بوجود می آید. از آنجایی که سمنتیت از لحاظ ترمودینامیکی یک فاز ناپایدار است. در حالت کم کربن به آستنیت و در حالت کربن بالا و در دماهای بالاتر به گرافیت تبدیل می شود. همچنین در دماهای زیر 723 درجه سانتی گراد یعنی دمای یوتکتوئید در نمودار آهن کربن تجزیه نمی شود.

استوکیومتری سمنتیت

اتم های کربن در ساختار سمنتیت در مکان های بین نشینی قرار گرفته اند. این ماده با نسبت آهن به کربن 3 دارای جای خالی هایی است که با اتم کربن پر شده اند. و منجر به تغییرات مشاهده شده در پارامتر شبکه می شوند. وزن مخصوص سمنتیت که در تعادل با فریت است در دمای محیط بیشتر از مقدار محاسبه شده. با توجه به پارامترهای شبکه آن است که این امر می تواند ناشی از جای خالی کربن باشد. و منجر به انراحی از حالت استوکیومتر این ماده شود.

هر گونه انحراف از ترکیب استوکیومتری در سمنتیت باید اندک باشد. زیرا انرژی پیوند بین یک اتم کربن و آهن از انرژی پیوند بین دو اتم آهن بیشتر است. بنابراین، هرگونه کمبود کربن منجر به کاهش استحکام پیوند می شود. شکل زیر مرزهای فاز ترمودینامیکی ارزیابی شده بین سمنتیت و فریت یا آستنیت را نشان می دهد. سمنتیت در گذشته به عنوان یک ترکیب خط در محاسبات نمودار فاز به تصویر کشیده می شده است.

این واقعیت که فریت می تواند از سمنتیتی که در درجه حرارت های بالا به تعادل رسیده رسوب کند. ثابت می کند که در درجه کم میزان کربن درون سمنتیت افزایش می یابد.

سمنتیت

ساختار کریستالوگرافی سمنتیت

سمنتیت دارای سلول واحد اورتورمبیک است و وجه اشتراک آنها این است که پارامترهای شبکه را به ترتیب a=0.50837nm و b=0.67475nm و c=0.45165nm  است. در سلول واحد 12 اتم آهن و 4 کربن، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است وجود دارد. چهار اتم آهن در صفحه های آینه ای قرار می گیرند. در حالی که هشت اتم دیگر در موقعیت های کلی قرار دارند.

مکان های بین نشینی سمنتیت

در سلول واحد سمنتیت مکان های بین نشینی منشوری، هشت ضلعهی و سه نوع چهاروجهی وجود دارد. اگر فضای درون هر یک از مراکز بین نشینی را تا مرز نزدیک ترین اتم آهن مشخص کنیم. اندازه آن ها 0.71 ، 0.53 ، 0.34 ، 0.26 و 0.28Å خواهد بود.

خواص مغناطیسی

سمنتیت هگزاگونال بعنوان پلی مورفی با پایداری متر نسبت به نوع ارتورمبیک آن نیز در مقالات مشاهده شده است. اگرچه در رابطه با ساختار واقعی آن و ترکیب شیمیایی آن همچنان شواهد آزمایشی کمی وجود دارد. اما برخی محققان با استفاده از پراش الکترون پارمترهای شکبه آن را a=0.4767nm و c=0.4354nm بیان کرده اند. این ساختار در شکل زیر نشان داده شده است.

تأثیر سمنتیت در تولید نانولوله کربنی

فرآیند تشکیل نانولوله های کربنی از هیدروژن های گازی. با ذرات ریز فلزات انتقالی و به خصوص آهن صورت می پذیرد. آهن بالک و یا فیلم های نازک آن به اندازه ذرات ریز آهن در این امر مؤثر نیستند. این امر به این علت است که سطوح صاف الگوهای خوبی را برای رشد نانولوله ها فراهم نمی کنند. در نتیجه سایز این ذرات کاتالیزور با قطر نانولوله های تولید شده دارای ارتباط مستقیم است.

آهن در شرایط مناسب تجزیه هیدروکربن ها را کاتالیز می کند. اما در مورد اینکه آیا ذرات آهن باعث ایجاد هسته. و رشد نانولوله های کربنی چند دیواره یا تک دیواره می شوند. یا ذرات سمنتیت که متعاقباً تشکیل می شوند باعث آن هستند. میکروسکوپ الکترونی عبوری یا SEM شواهد روشنی را برای اولین بار شکل گیری شبکه های گرافیکی روی ذرات سمنتیت. و به دنبال آن رشد نانولوله های کربنی ارائه داده است. فرآیند رسوب کربن روی ذرات سمنتیت یکنواخت نیست. بنابراین کربن درون سمنتیت از منطقه غنی از گرافیت به محلی که پوشش داده نشده نفوذ می کند. و منجر به تشکیل نانولوله ها می شود.

خواص مکانیکی فولادهای کربنی

همانطوری که میدانیم، میتوان فولادهای کربنی با خواص استحکامی متنوعی تولید کرد. با انتخاب ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی مناسب. مجموعه ای از خواص نظیر استحکام، سختی. انعطاف پذیری ، مقاومت به خستگی و استحکام ضربه ای.، قابل دسترس میباشد.

ولی رابطه بین این خواص از نکات مهم و قابل توجه میباشند، مثلا سختی بالا، چقرمگی را به همراه دارد. و قابلیت انعطاف پذیری کم با استحکام بالا همراه است.

در فولادهای کربنی با توجه به ترکیب شیمیایی .و عملیات حرارتی مناسب به استحکام کششی بالاتر از 900 .نیز میتوان دست یافت. استحکام کششی و سختی فولادهای کربنی رابطه مستقیمی با انعطاف پذیری آنها دارد. استحکام کششی و انعطاف پذیری فولادهای کربنی .را با توجه به سختی های مختلف نشان میدهد.، هم چنین در فولادهای کربنی. عملیات حرارتی و میزان کربن تعیین کننده سختی و استحکام فولادهای کربنی کوئنچ.-تمپر شده در مقایسه با فولادهای کربنی نرمالیزه .- تمپر شده انعطاف پذیری کمتری دارند.

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربۀ ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی. با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبری که ضمیمه محصولاتش به مشتریان خویش ارائه داده است. توانسته رضایتمندی مشتریان خویش را همواره فراهم آورد.

صنعتگر شریف و گرامی از اینکه ما را جهت خرید کالا (فولاد آلیاژی) مورد نیاز خویش. انتخاب می نمایید از شما سپاسگزاریم.

ارتباط با ما
09122136675 – 02128423820-09922704358
واتس آپ: 09122136675
اینستاگرام: fooladdalakan
ایمیل : [email protected]