እውቀት

ከልምድ ወደ ሳይንስ - የአረብ ብረት መጀመሪያ

ብረት በሰዎች ጥቅም ላይ የዋለው የብረት ዘመን ከክርስቶስ ልደት በፊት በ 12 ኛው ክፍለ ዘመን ጀምሮ ሊገኝ ይችላል. በዚያን ጊዜ ሰዎች በከሰል እቶን ውስጥ የብረት ማዕድን የማሞቅ ጊዜን ማራዘም ብረቱን የበለጠ እንደሚያጠናክረው በልምድ ደርሰውበታል። የጥንቷ ህንድ የኡዝ ብረትን የማምረት ቴክኖሎጂን በ 3 ኛው ክፍለ ዘመን ዓክልበ. ይህ በአሳማ ብረት እና በተሰራ ብረት መካከል ያለው የካርበን ይዘት ያለው የከርሰ ምድር ብረት አይነት ሲሆን አስደናቂ አፈጻጸሙም ወደ አለም ሁሉ እንዲላክ አስችሎታል። ይሁን እንጂ እነዚህ ቀደምት የአረብ ብረት ማምረቻ ዘዴዎች በአብዛኛው የተመካው በትውልድ ትውልዶች ላይ ነው, እና መሰረታዊ ሳይንሳዊ መርሆዎች በምስጢር ተሸፍነዋል.

ወደ 19 ኛው ክፍለ ዘመን ሲገባ በአውሮፓ እና በሰሜን አሜሪካ የኢንደስትሪ አብዮት በከፍተኛ ደረጃ መጨመር ከፍተኛ አፈፃፀም ያላቸውን የብረት እቃዎች ታይቶ ​​የማያውቅ ፍላጎት አስገኝቷል. የባቡር፣ የእንፋሎት ሞተሮች እና ትላልቅ ማሽነሪዎች ፈጣን እድገት ባህላዊው ተጨባጭ የማምረቻ ዘዴዎች ደረጃውን የጠበቀ እና ትክክለኛ የቁሳቁስ ባህሪያትን ለመቆጣጠር አስቸኳይ መስፈርቶችን እንዳያሟሉ አድርጓቸዋል። እ.ኤ.አ. በ 1802 ሰዎች በብረት ውስጥ ያለውን የካርቦን ይዘት መመርመር ጀመሩ እና ከ 1827 እስከ 1829 ግራፋይት በብረት-ካርቦን ውህዶች ላይ ሳይንሳዊ ምርምር መጀመሩን የሚያመለክተው ከ XNUMX እስከ XNUMX ንፁህ ካርበን መሆኑ ተረጋገጠ። የአረብ ብረት ማክሮስኮፕ ባህሪያት ከአጉሊ መነጽር ክሪስታል መዋቅር ጋር በቅርበት የተሳሰሩ ናቸው. የኢንዱስትሪ ፍላጎቶች ሳይንቲስቶች ከተጨባጭ ዘዴዎች ወደ መርሆ-ተኮር ፍለጋ እንዲሸጋገሩ አነሳስቷቸዋል። ምንም እንኳን የጥንት የእጅ ባለሞያዎች ብረትን ማጥፋት የበለጠ ከባድ እንደሚሆን በተሞክሮ ቢገነዘቡም ዋናውን ዘዴ ሊገልጹ አልቻሉም። የኢንዱስትሪ አብዮት ግዙፍ አንቀሳቃሽ ሃይል ሳይንቲስቶች “ብረት ለምን እየጠነከረ ይሄዳል” እና “ንብረቱን እንዴት በትክክል መቆጣጠር ይቻላል” የሚሉትን ዋና ጥያቄዎች እንዲመልሱ አስገድዷቸዋል። ይህ “ጉዳዩ ምን እንደሆነ ለማወቅ” “ለምን እንደሆነ ለማወቅ” ፍለጋ በመጨረሻ እንደ ferrite፣ Austenite እና martensite ያሉ በአጉሊ መነጽር የሚታዩ ዋና ዋና ደረጃዎች እንዲገኙ ምክንያት ሆኗል፣ እና ቀስ በቀስ የብረት-ካርቦን ደረጃ ዲያግራም የነዚህን የምዕራፍ ትራንስፎርሜሽን ህጎችን የሚገልጽ ሲሆን በዚህም የብረት ማቅለጥ ወደ ጥብቅ ሳይንስ ከፍ እንዲል አድርጓል።

የአጉሊ መነጽር አለም አቅኚ - የፌሪት ግኝት እና ስያሜ

እንግሊዛዊው ሳይንቲስት ሄንሪ ክሊቶን ሶርቢ (1826-1908) “የሜታሎግራፊ አባት” ተብሎ ይወደሳል። ቀጠን ያሉ ድንጋዮችን የማዘጋጀት ዘዴን (የፖላራይዝድ ብርሃን ማይክሮስኮፖችን መጠቀምን ጨምሮ) ግልጽ ባልሆኑ የብረት ናሙናዎች ላይ በፈጠራ ተተግብሯል። ሶርቢ በ1863 በአረብ ብረት ማይክሮስትራክቸር ላይ ስልታዊ ምርምር የጀመረ ሲሆን በአሲድ ኢቲንግ ቴክኖሎጂ አማካኝነት የአረብ ብረትን ውስጣዊ መዋቅር በአጉሊ መነጽር ሲመለከት የመጀመሪያው ነው። ይህ ሥራ የካርቦን ይዘት በብረት ጥንካሬ ላይ ያለውን ተጽእኖ አሳይቷል. ምንም እንኳን የምርምር ውጤቶቹ በ 1863 እና 1865 መካከል ቢጠናቀቁም እስከ 1886-1887 ድረስ አልታተሙም.

የሶርቢ በአጉሊ መነጽር ሲታይ የንፁህ ብረትን ክሪስታል መዋቅር አሳይቷል፣ እሱም ከጊዜ በኋላ "ፌሪት" (በላቲን "ፈርረም" ከሚለው ቃል የተገኘ ሲሆን "ብረት" ማለት ነው)። በብረታ ብረት ውስጥ፣ ፌሪት በተለይ የንፁህ የብረት ደረጃን የሚያመለክት ሲሆን ሰውነትን ያማከለ ኪዩቢክ (ቢሲሲ) ክሪስታል መዋቅር አለው። Ferrite በክፍል ሙቀት ውስጥ የተረጋጋ የብረት ቅርጽ ነው፣ በጣም ዝቅተኛ የካርበን መሟሟት ያለው፣ በግምት 0.025% ከፍተኛ ነው። መግነጢሳዊ ነው, በአንጻራዊነት ለስላሳ ነው, እና ጥሩ ductility ግን ዝቅተኛ ጥንካሬ አለው. ሶርቢ በብረት ምርምር ላይ ማይክሮስኮፖችን አስተዋውቋል ፣ ፈር ቀዳጅ ሜታሎግራፊ እና ሰዎች የብረትን ውስጣዊ መዋቅር “እንዲያዩ” ያስችላቸዋል ፣ ይህም ለሚቀጥሉት የደረጃ ለውጥ ጥናቶች መሠረት ጥሏል።

2. የከፍተኛ ሙቀት ሚስጥር መግለጥ - የኦስቲን መወለድ እና ስያሜ

ለብረት አፈፃፀም የኢንዱስትሪው ዘርፍ እየጨመረ የመጣውን ፍላጎት ለማሟላት ሳይንቲስቶች በተለያየ የሙቀት መጠን እና የካርቦን ይዘቶች ውስጥ የብረት-ካርቦን ውህዶች ስርጭትን የሚገልጹ ሥዕላዊ መግለጫዎችን መሳል ጀመሩ ። እንግሊዛዊው የብረታ ብረት ሊቅ ዊልያም ቻንድለር ሮበርትስ-ኦስተን (1843-1902) በ1897 የመጀመሪያውን በአንፃራዊነት የተሟላ የብረት-ካርቦን የሙቀት-ማጎሪያ ንድፍ (Tx ዲያግራም) ያቀረበ ሲሆን የዘመናዊው የብረት-ካርቦን ደረጃ ንድፍ ፈር ቀዳጅ ነው ተብሎ ይታሰባል። የብረት-ካርቦን ውህዶችን በማሞቅ እና በማቀዝቀዝ ሂደት ውስጥ የምዕራፍ ለውጥ ወሳኝ ነጥቦችን ስልታዊ በሆነ መንገድ ለማጥናት የሄንሪ ሉዊስ ለ ቻተሌየር የሮዲየም ቴርሞኮፕልን እና የራሱን የተቀየሰ የሙቀት መመዝገቢያ መሳሪያዎችን በመጠቀም ፣በከፍተኛ ሙቀት ተጨማሪ ካርቦን ሊሟሟ የሚችል የብረት ልዩ ክሪስታል መዋቅር አሳይቷል።

ለሮበርትስ-ኦስተን አስተዋፅኦ ክብር ይህ ልዩ የብረት ክሪስታል መዋቅር "austenite" ተብሎ ተሰይሟል. Austenite በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ የብረት-ካርቦን ውህዶች የተረጋጋ ምዕራፍ ነው፣ ፊት ላይ ያማከለ ኪዩቢክ ክሪስታል መዋቅር አለው። ተጨማሪ ካርቦን እስከ 2% ሊሟሟ ይችላል እና መግነጢሳዊ ያልሆነ። በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ጥሩ የፕላስቲክ እና የመተጣጠፍ ችሎታ አለው. ኦስቲኔት ሲቀዘቅዝ ወደ ፌሪትት ወይም ወደ ሌሎች ደረጃዎች ይቀየራል፣ነገር ግን እንደ ኒኬል እና ማንጋኒዝ ያሉ ቅይጥ ንጥረ ነገሮችን በመጨመር ኦስቲኒት በክፍል ሙቀት (እንደ ኦስቲኒቲክ አይዝጌ ብረት ያሉ) የተረጋጋ ሆኖ ሊቆይ ይችላል።

በተመሳሳይ ጊዜ፣ የሮበርትስ-አውስተን የብረት-ካርቦን ምእራፍ ዲያግራም በቁሳቁስ ሳይንስ ውስጥ ወሳኝ ምዕራፍ ነው፣ ይህም የብረት-ካርቦን ውህዶችን የደረጃ ለውጥ ባህሪ ለመረዳት ስልታዊ እና መጠናዊ ማዕቀፍ ይሰጣል። ይህ ከ"ምን" ወደ "ምን ይሆናል" የሚለው ሽግግር የአረብ ብረት ሙቀትን የማከም ሂደት ከሙከራ-እና-ስህተት ዘዴዎች ወደ ሳይንሳዊ መርሆች ወደ ትክክለኛ ቁጥጥር እንዲሸጋገር ያስችለዋል፣የቁሳቁስ አፈጻጸምን የቁጥጥር እና አስተማማኝነት በከፍተኛ ደረጃ በማሻሻል የዘመናዊ ቁሶች ምህንድስና የማዕዘን ድንጋይ ነው።

3. የኳንቺንግ ተአምር - የማርቴንሲት ገጽታ እና ስያሜ

በብረት ዘመን መጀመሪያ ላይ የእጅ ባለሞያዎች በፍጥነት ማቀዝቀዝ የብረት ጥንካሬን እንደሚጨምር ተገንዝበው ይህንን መርህ በመሳሪያዎች እና በጦር መሳሪያዎች ማምረት ላይ ተግባራዊ አድርገዋል። ይሁን እንጂ ዋናው ዘዴ ምስጢር ሆኖ ቆይቷል.

ጀርመናዊው የብረታ ብረት ባለሙያ አዶልፍ ማርተንስ (1850-1914) በቁሳቁስ ምህንድስና መስክ ፈር ቀዳጅ ነበር። በ1880ዎቹ (እ.ኤ.አ. በ1880 አካባቢ) በመጀመሪያ የኦፕቲካል ማይክሮስኮፕ በመጠቀም በተቀጣጣይ ብረት ውስጥ የተወሰነ የክሪስታል መዋቅርን ለይቷል። ይህ መዋቅር የሚፈጠረው አረብ ብረት በፍጥነት ከከፍተኛ ሙቀት ሲቀዘቅዝ (ሲሟሟ) ነው። በአረብ ብረት ጥቃቅን መዋቅር ላይ ጥልቅ ምርምር አድርጓል እና የመጥፋት ጥንካሬን ክስተት ለመረዳት ወሳኝ የሆኑ ጥቃቅን መረጃዎችን አቅርቧል.

ለአዶልፍ ማርተንስ ክብር ሲባል እ.ኤ.አ. Martensite በ α-Fe ውስጥ ከመጠን በላይ የተስተካከለ የካርቦን መፍትሄ ነው እና ሰውነትን ያማከለ ቴትራጎን (BCT) ክሪስታል መዋቅር አለው። ማርቴንሲት በከፍተኛ ጥንካሬው እና በጥንካሬው ታዋቂ ነው ፣ ጥንካሬው በዋነኝነት በካርቦን ይዘት ላይ የተመሠረተ ነው። ይሁን እንጂ ከፍተኛ ጥንካሬ ከከፍተኛ ስብራት ጋር አብሮ ይመጣል. Martensite ምስረታ ፈጣን የማቀዝቀዝ ሂደት ውስጥ የካርቦን አተሞች ጥልፍልፍ ውስጥ "የተያዘ" እና ካርቦሃይድሬት ለመመስረት ማሰራጨት አይችሉም የት, ያልሆኑ diffusive ዙር ሽግግር ነው. የማርቴንሲት ግኝት እና ግንዛቤ ለዘመናዊ ከፍተኛ አፈፃፀም የአረብ ብረት ማምረቻ ቁልፍ ናቸው። የማጥፋት ሂደቱን በመቆጣጠር መሐንዲሶች የሚፈለገውን ጥንካሬ እና ጥንካሬ ለማግኘት ማርቲንሳይት በትክክል መመስረት ይችላሉ እና በመሳሪያዎች ፣ በመሳሪያዎች ፣ በአውሮፕላኖች እና በሕክምና መሳሪያዎች እና በሌሎች መስኮች በሰፊው ጥቅም ላይ ይውላል ።

4. የሶስቱ ዋና ኃይሎች እና የኢንዱስትሪ ትራንስፎርሜሽን ትስስር

የሶቢ የፌሪትን መለየት፣ የሮበርትስ-ኦስቲን የኦስቲኔት ግኝት እና የደረጃ ስዕላዊ መግለጫዎች እንዲሁም የማርተንስ ምልከታ እና የማርቴንሲት ስያሜ የዘመናዊው የብረት-ካርቦን ደረጃ ዲያግራም ንድፈ ሃሳባዊ መሠረት በጋራ ፈጠሩ። የብረት-ካርቦን ደረጃ ሥዕላዊ መግለጫው የተረጋጋ የብረት፣ ኦስቲኔት፣ ፌሪትት፣ ሲሚንቴት (Fe₃C) እና ሌሎች ደረጃዎች በተለያየ የሙቀት መጠን እና የካርቦን ይዘቶች እንዲሁም የጋራ ለውጥ ግንኙነታቸውን በግልፅ ያሳያል። በ 20 ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ የሳይንሳዊ ማህበረሰቡ የደረጃ ለውጥ ስሞችን አንድ ለማድረግ አስተዋውቋል ፣ እና በ 1909-1911 ፣ የዓለም አቀፍ የቁሳቁስ ሙከራ ማህበር ስድስተኛው ኮንግረስ የደረጃ ለውጥ ስሞችን አንድነት ላይ መግባባት ላይ ደርሷል ።

በብረት ሙቀት ሕክምና ሂደት ውስጥ ፌሪቴይት, ኦስቲንቴይት እና ማርቴንሲት ውስብስብ ግንኙነቶችን ያሳያሉ. Austenite አብዛኛውን ጊዜ የሙቀት ሕክምና መነሻ ነጥብ ነው. ብረትን ወደ ኦስቲኔት ክልል ማሞቅ (ኦስቲኒቲዜሽን) የካርቦን አቶሞች ሙሉ በሙሉ እንዲሟሟሉ እና አንድ ወጥ የሆነ ጠንካራ መፍትሄ እንዲፈጥሩ ያስችላቸዋል። የሚቀጥለው የማቀዝቀዣ መንገድ የመጨረሻውን ጥቃቅን መዋቅር ይወስናል.

● ቀስ ብሎ ማቀዝቀዝ፡- የካርቦን አተሞች ለመበተን በቂ ጊዜ አላቸው፣ ይህም ከ ፌሪትት እና ከሲሚንቶ የተዋቀረ፣ ዕንቁ ተብሎ የሚጠራው የተነባበረ መዋቅር ይፈጥራል።

● ፈጣን ማቀዝቀዝ (ማቀዝቀዝ)፡- ኦስቲኔት በፍጥነት ከሚቀዘቅዘው የሙቀት መጠን በታች ይቀዘቅዛል፣ እና የካርቦን አተሞች ለመበተን ጊዜ ስለሌላቸው የፊት ላይ ያማከለ ኪዩቢክ ጥልፍልፍ ሸለተ ለውጥ በመፍጠር በሰውነት ላይ ያማከለ ቴትራጎን ማርቴንሴይት በመፍጠር እጅግ በጣም ከፍተኛ ጥንካሬን ያገኛል።

ምንም እንኳን የብረት-ካርቦን ደረጃ ዲያግራም የብረት-ካርቦን ውህዶችን ባህሪ ለመገንዘብ መሰረት ቢሆንም በእውነተኛ ቅይጥ ብረቶች ውስጥ ያሉ ሌሎች ቅይጥ ንጥረ ነገሮች የምዕራፉን ትራንስፎርሜሽን የሙቀት መጠን፣ የምዕራፍ ዞን ወሰኖችን እና የመጨረሻ ባህሪያትን በእጅጉ ይለውጣሉ። ለምሳሌ ኒኬል እና ማንጋኒዝ ኦስቲንትን እስከ ክፍል የሙቀት መጠን ያረጋጋሉ፣ ኦስቲኒቲክ አይዝጌ ብረት ይፈጥራሉ፣ እሱም እጅግ በጣም ጥሩ የዝገት መቋቋም፣ የፕላስቲክነት እና ከፍተኛ እና ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያለው ሜካኒካል ባህሪዎች አሉት። Ferrite አይዝጌ ብረት በመግነጢሳዊ ባህሪያቱ፣ ductility እና ውስን የዝገት መቋቋም ይታወቃል። ስለነዚህ መሰረታዊ ደረጃዎች ጥልቅ ግንዛቤ ዘመናዊ ሜታሎሎጂስቶች የበለጠ ውስብስብ፣ ብጁ አፈጻጸም ያላቸው ባለብዙ-ደረጃ ብረቶች ከፍተኛ ጥንካሬን እና የመተጣጠፍ መስፈርቶችን እንዲያሟሉ ያስችላቸዋል።

5.ዘላለማዊ ቅርስ - የቁሳቁስ ሳይንስ እና ምህንድስና ግንዛቤዎች

በ19ኛው መቶ ክፍለ ዘመን የሳይንስ ሊቃውንት በአጉሊ መነጽር የሚታዩ የአረብ ብረት ሚስጥሮች እስኪገለጡ ድረስ በልምድ ላይ የተመሰረተ ብረት የማቅለጫ ጥንታዊ የዕደ ጥበብ ጥበብ፣ የፌሪት፣ ኦስቲኔት እና ማርቴንሳይት ግኝቶች በሰው ልጅ ቁሳቁሶች ግንዛቤ ውስጥ ጉልህ የሆነ ዝላይ ያመለክታሉ። እነዚህ ክንዋኔዎች በጋራ ለዘመናዊ ፊዚካል ሜታሎሎጂ መሠረት ጥለዋል።

እነዚህ ሶስት መሰረታዊ ደረጃዎች እና ግንኙነቶቻቸው የዘመናዊ ፊዚካል ሜታሎሪጂ ዋና አካል ሲሆኑ ሁሉንም ማለት ይቻላል በብረት ላይ የተመሰረቱ ውህዶችን ለመረዳት እና ለመንደፍ መሰረት ይሆናሉ። ባህላዊ የሙቀት ሕክምና ሂደቶችን ይመራሉ እንዲሁም አዲስ ትውልድ ከፍተኛ አፈፃፀም ያላቸውን ቁሳቁሶች ያነሳሳሉ። እስከ ዛሬ ድረስ በእነዚህ ደረጃዎች ላይ ጥልቅ ምርምር ይቀጥላል, ቁሳዊ ፈጠራን እና ማመቻቸትን ያንቀሳቅሳል. የእነዚህ መሰረታዊ ሳይንሳዊ ግኝቶች ዘላቂ እሴት እና ሰፊ ተፅእኖ ሁለንተናዊ ፈጠራዎችን እና የቴክኖሎጂ ግስጋሴዎችን ቀጥሏል።