این سوال امتحانی درس عملیات حرارتی در رشته متالورژ...

برای دو فولاد با شرایط کوئنچ یکسان:

فولاد 0.8%C آستنیت باقی‌مانده بیشتری دارد.

دمای $M_s$ در فولاد 0.8%C پایین‌تر است.

---

1. مفهوم سؤال

دو فولاد داریم:

$$C_1 = 0.3\%C$$ $$C_2 = 0.8\%C$$

هر دو تحت کوئنچ یکسان قرار گرفته‌اند. یعنی شرایط سرد کردن یکی است، پس عامل اصلی تفاوت رفتار آن‌ها درصد کربن است.

در عملیات کوئنچ، آستنیت در هنگام سرد شدن به مارتنزیت تبدیل می‌شود. این تبدیل از دمایی به نام $M_s$ شروع می‌شود:

$$M_s = \text{Martensite start temperature}$$

یعنی دمایی که در آن تشکیل مارتنزیت آغاز می‌شود.

---

2. اثر کربن بر دمای $M_s$

افزایش کربن باعث پایدارتر شدن آستنیت می‌شود. یعنی آستنیت سخت‌تر به مارتنزیت تبدیل می‌شود.

پس با افزایش درصد کربن:

$$M_s \downarrow$$

یعنی دمای شروع تشکیل مارتنزیت کاهش پیدا می‌کند.

بنابراین بین فولادهای 0.3%C و 0.8%C:

$$M_s(0.8\%C) < M_s(0.3\%C)$$

پس دمای $M_s$ در فولاد 0.8%C پایین‌تر است.

---

3. اثر کربن بر آستنیت باقی‌مانده

آستنیت باقی‌مانده یعنی آستنیتی که در پایان کوئنچ، مثلاً در دمای محیط، هنوز به مارتنزیت تبدیل نشده است.

وقتی درصد کربن زیاد باشد، $M_s$ و همچنین $M_f$ پایین می‌آیند.

$$M_f = \text{Martensite finish temperature}$$

یعنی دمایی که تبدیل آستنیت به مارتنزیت تقریباً کامل می‌شود.

در فولاد کم‌کربن مثل 0.3%C، دمای $M_s$ نسبتاً بالاست و معمولاً بخش زیادی از آستنیت هنگام سرد شدن تا دمای محیط به مارتنزیت تبدیل می‌شود.

اما در فولاد پرکربن‌تر مثل 0.8%C، چون $M_s$ پایین‌تر است، تبدیل مارتنزیتی دیرتر شروع می‌شود و ممکن است $M_f$ حتی پایین‌تر از دمای محیط قرار بگیرد. بنابراین بخشی از آستنیت فرصت تبدیل شدن به مارتنزیت را پیدا نمی‌کند و در ساختار باقی می‌ماند.

پس:

$$\text{Retained Austenite در } 0.8\%C > \text{Retained Austenite در } 0.3\%C$$

بنابراین فولاد 0.8%C آستنیت باقی‌مانده بیشتری دارد.

---

4. ارتباط با نمودار سختی

در نمودار داده‌شده، با افزایش درصد کربن، سختی مارتنزیت افزایش می‌یابد. علت آن این است که کربن بیشتر باعث اعوجاج بیشتر شبکه مارتنزیتی و افزایش سختی می‌شود.

بنابراین فولاد 0.8%C مارتنزیت سخت‌تری نسبت به فولاد 0.3%C دارد.

اما این نکته نباید با مقدار آستنیت باقی‌مانده اشتباه گرفته شود. درست است که سختی مارتنزیت فولاد 0.8%C بیشتر است، ولی چون درصد کربن آن بیشتر است، آستنیت آن نیز پایدارتر است و مقدار آستنیت باقی‌مانده در آن بیشتر خواهد بود.

---

5. پاسخ نهایی امتحانی

الف) کدام آستنیت باقی‌مانده بیشتری دارد؟

فولاد 0.8%C آستنیت باقی‌مانده بیشتری دارد، زیرا با افزایش درصد کربن، آستنیت پایدارتر می‌شود و دماهای $M_s$ و $M_f$ کاهش می‌یابند. در نتیجه در دمای محیط مقدار بیشتری از آستنیت تبدیل‌نشده باقی می‌ماند.

ب) دمای $M_s$ در کدام فولاد پایین‌تر است؟

دمای $M_s$ در فولاد 0.8%C پایین‌تر است، زیرا کربن عنصر پایدارکننده آستنیت است و افزایش آن شروع تبدیل مارتنزیتی را به دمای پایین‌تری منتقل می‌کند.

---

جواب کوتاه برای نوشتن در برگه

فولاد 0.8%C آستنیت باقی‌مانده بیشتری دارد و دمای $M_s$ آن پایین‌تر است. علت این است که افزایش درصد کربن باعث پایدارتر شدن آستنیت و کاهش دماهای $M_s$ و $M_f$ می‌شود؛ بنابراین در فولاد پرکربن‌تر، تبدیل آستنیت به مارتنزیت دیرتر آغاز شده و کامل‌تر شدن آن به دماهای پایین‌تری نیاز دارد، در نتیجه مقدار آستنیت باقی‌مانده بیشتر می‌شود.

---

نیازی به رسم شکل جدید نیست؛ همان نمودار کافی است. اگر بخواهی برای توضیح بهتر یک شکل کمکی بکشی، فقط یک محور دما رسم کن و روی آن نشان بده که $M_s$ فولاد 0.8%C پایین‌تر از $M_s$ فولاد 0.3%C قرار دارد.