جستجو
در علوم مواد و مهندسی متالورژی ، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی توجه قابل توجهی را به دلیل توانایی سخت شدن منحصر به فرد خود به خود جلب کرده است. درک مکانیسم سخت شدن آن برای بهینه سازی خصوصیات مواد و هدایت فرآیندهای تصفیه حرارتی بسیار مهم است. سخت شدن فولاد ضد زنگ مارتنزیتی در اصل یک فرآیند پیچیده است که در آن آستنیت قابل استفاده در طی خنک کننده سریع (خاموش کردن) به یک محلول جامد اشباع نشده ، یعنی مارتنزیت ، دگرگونی فاز پراکنده را انجام می دهد.
Austenite: آماده سازی قبل از خاموش شدن
فرآیند فرونشست با گرمایش آغاز می شود. فولاد ضد زنگ مارتنزیتیک تا دمای به اندازه کافی بالا ، به طور معمول بین 850 درجه سانتیگراد و 1050 درجه سانتیگراد گرم می شود تا ساختار داخلی آن به طور کامل یا تا حد زیادی به آستنیت تبدیل شود. آستنیت یک محلول جامد با ساختار مکعب صورت محور (FCC) است. در این دمای بالا ، اتم های کربن و کروم موجود در آلیاژ به طور کامل در شبکه آستنیت حل می شوند. آستنیت از پلاستیک بودن خوبی برخوردار است اما سختی نسبتاً کم دارد و ساختار را برای فرونشاندن بعدی آماده می کند.
فرونشست: تحول فاز بحرانی
فرونشست گام اصلی در دستیابی به سختی است. هنگامی که فولاد به سرعت از دمای آبشاری خنک می شود ، اتم های کربن زمان کافی برای پخش از شبکه کریستال ندارند. با توجه به افت سریع دما ، شبکه مکعب صورت محور (FCC) آستنیت ناپایدار می شود. برای سازگاری با شرایط دمای پایین ، شبکه باید تغییر کند. با این حال ، اتم های کربن قادر به انتشار و "به دام" در ساختار شبکه جدید نیستند. این بازسازی سریع و بدون انتشار شبکه منجر به تبدیل آستنیت به مارتنزیت می شود.
مارتنزیت دارای یک ساختار شبکه تتراگون (BCT) با محوریت بدن است. در مقایسه با ساختار FCC آستنیت ، شبکه BCT در امتداد محور C توسط اتم های کربن "کشیده شده" است ، در حالی که در امتداد محورهای A و B فشرده می شود. این اعوجاج شبکه استرس داخلی قابل توجهی ایجاد می کند ، که دلیل اساسی سختی مارتنزیت است. تصور کنید ، در سطح میکروسکوپی ، اتم های کربن به دام افتاده بی شماری مانند ناخن ها عمل می کنند و از حرکت بین لایه های شبکه جلوگیری می کنند و از این طریق سختی و استحکام مواد را به طور قابل توجهی افزایش می دهند.
خصوصیات و عوامل تأثیرگذار تحول مارتنزیتی
تحول مارتنزیتیک دارای چندین ویژگی قابل توجه است:
بی پروایی: این اساسی ترین تفاوت بین تحول مارتنزیتی و تحولات فاز از نوع انتشار سنتی است. اتم های کربن و آلیاژ تقریباً هیچ انتشار از مسافت طولانی ندارند و در نتیجه تحول فاز بسیار سریع ، در کمتر از یک ثانیه کامل می شوند.
مکانیسم برشی: تحول فاز از طریق برش هماهنگ لایه های اتمی رخ می دهد. تنظیم مجدد شبکه مانند یک جفت قیچی عمل می کند ، با یک لایه اتمی کشویی و لایه های اتمی مجاور را با آن می کشید. این فرآیند برش ، ساختار لایه ای یا پوسته پوسته را منحصر به مارتنزیت ایجاد می کند.
تحول فاز مستقل از زمان: دمای تحول مارتنزیتی (MS) و دمای پایان مارتنزیتیک (MF) عوامل اصلی در تعیین اینکه آیا یک تغییر فاز رخ می دهد یا خیر. تحول فاز بلافاصله از نقطه MS شروع می شود و زیر نقطه MF به پایان می رسد. میزان تحول فاز فقط به دمای خنک کننده نهایی بستگی دارد و از مدت زمان تبدیل فاز در آن دما مستقل است.
عوامل زیادی بر اثر سخت شدن تأثیر می گذارد ، اما دو مهمترین آنها هستند:
میزان کربن: کربن مهمترین عنصر سخت کننده در فولاد ضد زنگ مارتنزیتی است. هرچه میزان کربن بالاتر باشد ، اعوجاج شبکه مارتنزیت پس از خاموش شدن بیشتر می شود و سختی بیشتری نیز بیشتر می شود. به عنوان مثال ، فولاد ضد زنگ 440C به دلیل محتوای زیاد کربن از سختی بسیار بالایی برخوردار است.
عناصر آلیاژ: علاوه بر کربن ، عناصر آلیاژ مانند کروم ، مولیبدن و وانادیوم نیز بسیار مهم هستند. آنها دمای تحول مارتنزیتی (MS) را کاهش می دهند و سختگیری را افزایش می دهند. سخت افزاری به توانایی فولاد در شکل گیری مارتنزیت از سطح به هسته در هنگام خاموش کردن اشاره دارد. این عناصر آلیاژ با حل شدن به آستنیت ، تشکیل مراحل انتشار مانند مروارید و باینیت را به تأخیر می اندازند و یک پنجره طولانی تر برای تحول مارتنزیتیک فراهم می کنند.
معتدل: تعادل سختی و سختی
مارتنزیت پس از خاموش شدن بسیار سخت است ، اما همچنین فشارهای داخلی قابل توجهی و شکنندگی بالایی را نشان می دهد و استفاده مستقیم از آن را دشوار می کند. بنابراین ، مزاج لازم است. درجه حرارت شامل گرم کردن فولاد خاموش به دمای زیر نقطه MS و نگه داشتن آن در آن دما برای یک دوره زمانی است. هدف از خویشتن داری آزاد کردن فشارهای داخلی و بهبود سختی مواد ضمن حفظ سختی زیاد است. در طی فرآیند مزاج ، اتم های کربن اشباع نشده از شبکه مارتنزیت رسوب می کنند و کاربیدهای ریز پراکنده در سراسر ماتریس فریت تشکیل می شوند. این مکانیسم تقویت بارش به مواد اجازه می دهد تا ضمن بهبود سختی ، استحکام بالایی را حفظ کنند. دمای مختلف معتدل باعث ایجاد ریزساختارها و خواص مختلف می شود. به عنوان مثال ، درجه حرارت کم درجه حرارت (تقریباً 150-250 درجه سانتیگراد) در درجه اول سختی بالایی را حفظ می کند ، در حالی که درجه حرارت بالا درجه حرارت بالا (تقریباً 500-650 درجه سانتیگراد) به طور قابل توجهی چقرم و انعطاف پذیری را بهبود می بخشد ، اما سختی را کاهش می دهد. $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $
