กลไกการชุบแข็งของสแตนเลสมาร์เทนซิติกคืออะไร

ในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมโลหะ สแตนเลสมาร์เทนซิติก ได้รับความสนใจอย่างมากสำหรับความสามารถในการชุบแข็งที่เป็นเอกลักษณ์ การทำความเข้าใจกลไกการชุบแข็งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุและแนวทางกระบวนการบำบัดความร้อน การแข็งตัวของสแตนเลสสตีลมาร์เทนซิติกนั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งออสเทนไนต์ที่แพร่กระจายได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงเฟสแบบแพร่กระจายในระหว่างการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว (ดับ) ไปยังสารละลายที่เป็นของแข็งที่ไม่อิ่มตัว

ออสเทนไนต์: การเตรียมการก่อนดับ
กระบวนการดับเริ่มต้นด้วยการให้ความร้อน สแตนเลสสตีลมาร์เทนซิติกจะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิสูงพอสมควรโดยทั่วไประหว่าง 850 ° C และ 1,050 ° C ให้เปลี่ยนโครงสร้างภายในอย่างสมบูรณ์หรือส่วนใหญ่เป็นออสเทนไนท์ ออสเทนไนต์เป็นวิธีแก้ปัญหาที่เป็นของแข็งด้วยโครงสร้างลูกบาศก์ (FCC) ที่มีศูนย์กลางอยู่ตรงหน้า ที่อุณหภูมิสูงนี้อะตอมคาร์บอนและโครเมียมในโลหะผสมจะละลายอย่างเต็มที่ในตาข่ายออสเทนไนต์ ออสเทนไนต์แสดงถึงความเป็นพลาสติกที่ดี แต่ค่อนข้างแข็งความแข็งเตรียมโครงสร้างสำหรับการดับครั้งต่อไป

การดับ: การเปลี่ยนแปลงเฟสวิกฤต
การดับเป็นขั้นตอนหลักในการบรรลุความแข็ง เมื่อเหล็กเย็นลงอย่างรวดเร็วจากอุณหภูมิของออสเทนนิทอะตอมคาร์บอนไม่มีเวลาเพียงพอที่จะกระจายออกจากโครงตาข่ายคริสตัล เนื่องจากอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วลูกบาศก์ที่อยู่กึ่งกลาง (FCC) ของออสเทนไนต์จะไม่เสถียร เพื่อปรับให้เข้ากับเงื่อนไขที่อุณหภูมิต่ำตาข่ายต้องเปลี่ยน อย่างไรก็ตามอะตอมคาร์บอนไม่สามารถกระจายและกลายเป็น "ติดอยู่" ในโครงสร้างตาข่ายใหม่ การปรับโครงสร้างตาข่ายที่ไม่มีการแพร่กระจายอย่างรวดเร็วนี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของออสเทนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์
Martensite มีโครงสร้างตาข่าย tetragonal (BCT) ที่เน้นร่างกายเป็นศูนย์กลาง เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้าง FCC ของออสเทนไนต์ BCT lattice นั้น "ยืด" ตามแนวแกน C โดยอะตอมคาร์บอนในขณะที่ถูกบีบอัดตามแกน A- และ B การบิดเบือนตาข่ายนี้สร้างความเครียดภายในที่สำคัญซึ่งเป็นเหตุผลพื้นฐานสำหรับความแข็งสูงของ Martensite ลองนึกภาพในระดับกล้องจุลทรรศน์อะตอมคาร์บอนที่ติดอยู่นับไม่ถ้วนทำหน้าที่เหมือนเล็บป้องกันการเคลื่อนไหวระหว่างชั้นขัดแตะซึ่งจะเป็นการเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของวัสดุอย่างมีนัยสำคัญ

ลักษณะและปัจจัยที่มีอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลง Martensitic
การเปลี่ยนแปลงของ Martensitic มีลักษณะที่โดดเด่นหลายประการ:
การแพร่กระจาย: นี่คือความแตกต่างพื้นฐานที่สุดระหว่างการเปลี่ยนแปลงของ Martensitic และการเปลี่ยนแปลงเฟสแบบดั้งเดิม คาร์บอนและอะตอมที่เป็นโลหะผสมได้รับการแพร่กระจายทางไกลแทบจะไม่มีผลในการเปลี่ยนแปลงเฟสที่รวดเร็วอย่างมากเสร็จสมบูรณ์ในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาที
กลไกการเฉือน: การเปลี่ยนแปลงเฟสเกิดขึ้นผ่านการตัดการประสานงานของชั้นอะตอม การกำหนดค่าใหม่ของตาข่ายทำหน้าที่เหมือนกรรไกรคู่หนึ่งโดยมีชั้นอะตอมหนึ่งเลื่อนและดึงชั้นอะตอมที่อยู่ติดกันด้วย กระบวนการตัดนี้สร้างโครงสร้าง lamellar หรือ flaky ที่ไม่ซ้ำกันกับ Martensite
การเปลี่ยนแปลงเฟสที่ไม่ขึ้นกับเวลา: อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของ Martensitic (MS) และอุณหภูมิเสร็จสิ้น Martensitic (MF) เป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงเฟสเกิดขึ้นหรือไม่ การแปลงเฟสเริ่มต้นทันทีต่ำกว่าจุด MS และสิ้นสุดด้านล่างจุด MF ขอบเขตของการแปลงเฟสขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการระบายความร้อนขั้นสุดท้ายเท่านั้นและเป็นอิสระจากระยะเวลาของการแปลงเฟสที่อุณหภูมินั้น

มีหลายปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อผลกระทบของการชุบแข็ง แต่สองอย่างสำคัญที่สุด:
ปริมาณคาร์บอน: คาร์บอนเป็นองค์ประกอบการชุบแข็งที่สำคัญที่สุดในสแตนเลสมาร์เทนซิติก ยิ่งปริมาณคาร์บอนสูงขึ้นเท่าใดการบิดเบือนตาข่ายของมาร์เทนไซต์ก็ยิ่งเกิดขึ้นหลังจากดับและความแข็งก็จะสูงขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่นสแตนเลส 440C มีความแข็งสูงมากเนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนสูง
องค์ประกอบการผสม: นอกเหนือจากคาร์บอนองค์ประกอบการผสมเช่นโครเมียมโมลิบดีนัมและวานาเดียมก็มีความสำคัญเช่นกัน พวกเขาลดอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของ Martensitic (MS) และเพิ่มความสามารถในการแข็งตัว การชุบแข็งหมายถึงความสามารถของเหล็กในการสร้าง Martensite จากพื้นผิวไปยังแกนกลางในระหว่างการดับ โดยการละลายลงในออสเทนไนต์องค์ประกอบการผสมเหล่านี้จะทำให้การก่อตัวของเฟสการแพร่เช่นเพิร์ลไลท์และ bainite ทำให้ "หน้าต่าง" ยาวขึ้นสำหรับการเปลี่ยนแปลงของ Martensitic

การแบ่งเบาอารมณ์: สมดุลความแข็งและความเหนียว
Martensite หลังจากการดับนั้นยากมาก แต่ก็มีความเครียดภายในที่สำคัญและความเปราะบางสูงทำให้ยากที่จะใช้โดยตรง ดังนั้นจำเป็นต้องมีการแบ่งเบาอารมณ์ การแบ่งเบามิติเกี่ยวข้องกับการอุ่นเหล็กดับลงในอุณหภูมิต่ำกว่าจุด MS และถือไว้ที่อุณหภูมินั้นเป็นระยะเวลาหนึ่ง จุดประสงค์ของการแบ่งเบาบรรเทาคือการปลดปล่อยความเครียดภายในและปรับปรุงความทนทานของวัสดุในขณะที่ยังคงความแข็งสูง ในระหว่างกระบวนการแบ่งเบาทางอะตอมคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัวจะตกตะกอนจากตาข่ายมาร์เทนไซต์ทำให้เกิดคาร์ไบด์ชั้นดีกระจายไปทั่วเมทริกซ์เฟอร์ไรต์ กลไกการเพิ่มความเข้มแข็งของการตกตะกอนนี้ช่วยให้วัสดุรักษาความแข็งแรงสูงในขณะที่ปรับปรุงความเหนียว อุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาที่แตกต่างกันทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นการแบ่งเบาชายอุณหภูมิต่ำ (ประมาณ 150-250 ° C) ส่วนใหญ่ยังคงความแข็งสูงในขณะที่การแบ่งเบาอุณหภูมิสูง (ประมาณ 500-650 ° C) ช่วยเพิ่มความเหนียวและความเหนียวอย่างมีนัยสำคัญ แต่ลดความแข็ง