Pretraživanje
U znanosti o materijalima i metalurškim inženjeringu, Martenzitski nehrđajući čelik privukao je značajnu pažnju zbog svoje jedinstvene sposobnosti stvrdnjavanja. Razumijevanje njegovog mehanizma za očvršćivanje ključno je za optimizaciju svojstava materijala i vođenje procesa toplinske obrade. Očvršćivanje martenzitnog nehrđajućeg čelika u osnovi je složen proces u kojem metastabilni austenit podvrgava se difuzijskoj transformaciji faze tijekom brzog hlađenja (gašenja) u prenasićenu čvrstu otopinu, naime martenzit.
Austenite: Priprema prije gašenja
Proces gašenja započinje grijanjem. Martenzitni nehrđajući čelik zagrijava se na dovoljno visoku temperaturu, obično između 850 ° C i 1050 ° C, kako bi se u potpunosti ili u velikoj mjeri pretvorila u unutarnju strukturu u austenit. Austenit je čvrsto rješenje s kubičnom (FCC) strukturom usmjerenom na lice. Na ovoj visokoj temperaturi atomi ugljika i kroma u leguri potpuno su otopljeni u rešetki austenita. Austenit pokazuje dobru plastičnost, ali relativno nisku tvrdoću, pripremajući strukturu za naknadno gašenje.
Ustizanje: kritična transformacija faze
Ustizanje je temeljni korak u postizanju tvrdoće. Kad se čelik brzo ohladi od temperature austenitizacije, atomi ugljika nemaju dovoljno vremena za širenje kristalne rešetke. Zbog brzog pada temperature, kubična rešetka austenita usredotočena na lice postaje nestabilna. Da bi se prilagodio uvjetima niske temperature, rešetka se mora transformirati. Međutim, atomi ugljika nisu u stanju difuzno i postati "zarobljeni" u novoj rešetki. Ovo brzo restrukturiranje rešetke bez difuzije dovodi do transformacije austenita u martenzit.
Martenzit ima tetragonalnu (BCT) rešetku usmjerenu na tijelo. U usporedbi s FCC strukturom austenita, rešetka BCT je "protezana" duž osi C od ugljikovih atoma, dok se komprimira duž A- i B-osi. Ova distorzija rešetke stvara značajan unutarnji stres, što je temeljni razlog visoke tvrdoće Martenzita. Zamislite, na mikroskopskoj razini, bezbroj zarobljenih atoma ugljika djeluje poput noktiju, sprječavajući kretanje između slojeva rešetke, čime se značajno povećava tvrdoću i snagu materijala.
Karakteristike i utjecajni čimbenici martenzitske transformacije
Martenzitska transformacija ima nekoliko zapaženih karakteristika:
Difuziranje: Ovo je najosnovnija razlika između martenzitske transformacije i tradicionalne fazne transformacije difuzijskog tipa. Atomi ugljika i legiranja prolaze gotovo nikakvu difuziju na daljinu, što rezultira izuzetno brzom faznom transformacijom, potpunom u manje od sekunde.
Mehanizam smicanja: fazna transformacija događa se koordiniranim šišanjem atomskih slojeva. Rekonfiguracija rešetke djeluje poput par škara, s jednim atomskim slojem koji klizi i povlači susjedne atomske slojeve sa sobom. Ovaj postupak smicanja stvara lamelarnu ili pahuljastu strukturu jedinstvenu za martenzit.
Transformacija faze koja ovisi o vremenu: Martenzitna temperatura transformacije (MS) i martenzitna završna temperatura (MF) ključni su čimbenici u utvrđivanju dolazi li fazna transformacija. Fazna transformacija započinje neposredno ispod MS točke, a završava ispod MF točke. Opseg fazne transformacije ovisi samo o konačnoj temperaturi hlađenja i neovisan je o trajanju fazne transformacije na toj temperaturi.
Mnogi čimbenici utječu na učinak otvrdnjavanja, ali dva su najvažnija:
Sadržaj ugljika: Ugljik je najvažniji element otvrdnjavanja u martenzitnom nehrđajućem čeliku. Što je veći sadržaj ugljika, to je veća izobličenja rešetke martenzita formirana nakon gašenja i veća je tvrdoća. Na primjer, nehrđajući čelik od 440C ima izuzetno veliku tvrdoću zbog visokog udjela ugljika.
Legirajući elementi: Osim ugljika, također su presudni legirajući elementi poput kroma, molibdena i vanadijuma. Oni smanjuju temperaturu transformacije martenzita (MS) i povećavaju otvrdljivost. Otvaranost se odnosi na sposobnost čelika da formira martenzit od površine do jezgre tijekom gašenja. Odjelom u austenit, ti legirajući elementi odgađaju stvaranje difuzijskih faza poput Pearlite -a i Bainita, pružajući duži "prozor" za martenzitsku transformaciju.
Umjeravanje: uravnoteženje tvrdoće i žilavosti
Martenzit je nakon gašenja izuzetno težak, ali također pokazuje značajna unutarnja naprezanja i visoku krhkost, što otežava izravno korištenje. Stoga je potrebno kaljenje. Kantiranje uključuje ponovno zagrijavanje ugašenog čelika na temperaturu ispod MS točke i držeći ga na toj temperaturi neko vrijeme. Svrha kaljenja je oslobađanje unutarnjih naprezanja i poboljšati žilavost materijala uz održavanje visoke tvrdoće. Tijekom postupka kaljenja, prenasićeni atomi ugljika talože se iz rešetke martenzita, formirajući fine karbide raspršene u cijelom feritnom matriksu. Ovaj mehanizam za jačanje oborina omogućuje materijalu da održava visoku čvrstoću uz poboljšanje žilavosti. Različite temperature kaljenja proizvode različite mikrostrukture i svojstva. Na primjer, ublažavanje niske temperature (otprilike 150-250 ° C) prvenstveno održava visoku tvrdoću, dok temperiranje visokih temperatura (otprilike 500-650 ° C) značajno poboljšava žilavost i duktilnost, ali smanjuje tvrdoću.
