Какова механизм затверждения мартенситной нержавеющей стали

В области материаловедения и металлургической инженерии, Мартенситная нержавеющая сталь привлекло значительное внимание своей уникальной способностью укрепления. Понимание механизма его упрочнения имеет решающее значение для оптимизации свойств материала и направления процессов термической обработки. Утверждение мартенситной нержавеющей стали - это, по сути, сложный процесс, в котором метастабильный аустенит подвергается диффузионному фазовому преобразованию во время быстрого охлаждения (гашение) в сверхсраненный твердый раствор, а именно мартенсит.

Остенит: подготовка перед закалкой
Процесс гашения начинается с нагрева. Мартенситная нержавеющая сталь нагревается до достаточно высокой температуры, как правило, между 850 ° C до 1050 ° C, чтобы полностью или в значительной степени превращать ее внутреннюю структуру в аустенит. Аустенит представляет собой твердый раствор со концентрированной лицом кубической (FCC) структуры. При этой высокой температуре атомы углерода и хрома в сплаве полностью растворяются в решетке аустенита. Остенит демонстрирует хорошую пластичность, но относительно низкую твердость, готовя структуру для последующего гашения.

Утоление: критическое фазовое преобразование
Угашение - это основной шаг в достижении твердости. Когда сталь быстро охлаждается от аустенизирующей температуры, атомы углерода не имеют достаточного времени, чтобы диффундировать из кристаллической решетки. Из-за быстрого падения температуры, кубическая (FCC) решетчатая решетка из аустенита становится нестабильной. Чтобы адаптироваться к низкотемпературным условиям, решетка должна трансформироваться. Тем не менее, атомы углерода не могут диффундировать и стать «пойманными» в новой структуре решетки. Эта быстрая, без диффузионная реструктуризация решетки приводит к превращению аустенита в мартенсит.
Martensite имеет ориентированную на тело тетрагональную (BCT) структуру решетки. По сравнению со структурой FCC аустенита, решетчатая решетка BCT «растягивается» вдоль оси C с помощью атомов углерода, при том, что он сжимается вдоль оси A- и B. Это искажение решетки создает значительный внутренний стресс, что является фундаментальной причиной высокой твердости Мартентита. Представьте себе, на микроскопическом уровне бесчисленные захваченные атомы углерода действуют как ногти, предотвращая движение между слоями решетки, тем самым значительно увеличивая твердость и прочность материала.

Характеристики и влиятельные факторы мартенситной трансформации
Мартенситная трансформация имеет несколько заметных характеристик:
Без диффузии: это наиболее фундаментальное различие между мартенситной трансформацией и традиционными фазовыми преобразованием диффузионного типа. Атомы углерода и легирования практически не подвергаются диффузии на расстоянии, что приводит к чрезвычайно быстрой фазовой трансформации, завершенной менее чем за секунду.
Механизм сдвига: фазовое преобразование происходит посредством скоординированного сдвига атомных слоев. Реконфигурация решетки действует как пара ножниц, с одним атомным слоем, скользящим и вытягивающим смежные атомные слои. Этот процесс сдвига создает пластинную или сложенную структуру, уникальную для мартенсита.
Независимое от времени фазовое преобразование: температура мартенситного преобразования (MS) и температура мартенситной отделки (MF) являются ключевыми факторами при определении того, происходит ли фазовое преобразование. Фазовое преобразование начинается непосредственно ниже точки MS и заканчивается ниже точки MF. Степень фазового преобразования зависит исключительно от конечной температуры охлаждения и не зависит от продолжительности фазового преобразования при этой температуре.

Многие факторы влияют на эффект упрочнения, но два являются наиболее важными:
Содержание углерода: углерод является наиболее важным элементом укрепления в мартенситной нержавеющей стали. Чем выше содержание углерода, тем больше искажение решетки мартенсита образовано после гашения, и тем выше твердость. Например, нержавеющая сталь 440C имеет чрезвычайно высокую твердость из -за высокого содержания углерода.
Легирующие элементы: в дополнение к углероду, также решают такие элементы, как хром, молибден и ванадий. Они снижают температуру мартенситной трансформации (MS) и увеличивают укрепление. Утвердимость относится к способности стали образовывать мартенсит от поверхности до сердечника во время гашения. Растворяясь в аустените, эти легирующие элементы задерживают образование диффузионных фаз, таких как жемчужный и бейнит, обеспечивая более длинное «окно» для мартенситного преобразования.

Приманки: баланс твердости и прочности
Martensite после гашения чрезвычайно тяжелый, но он также демонстрирует значительные внутренние напряжения и высокую хрупкость, что затрудняет непосредственное использование. Следовательно, отпуск необходим. Отбрасывание включает в себя разогреть гашную сталь до температуры ниже точки MS и удерживающего ее при этой температуре в течение определенного периода времени. Целью отпуска является выделение внутренних напряжений и улучшить прочность материала, сохраняя при этом высокую твердость. Во время процесса отпуска перенасыщенные атомы углерода выпадают из решетки мартенсита, образуя тонкие карбиды, рассеянные по всей ферритовой матрице. Этот механизм укрепления осадков позволяет материалу поддерживать высокую прочность при повышении прочности. Различные температуры отпуска дают разные микроструктуры и свойства. Например, низкотемпературный отпуск (приблизительно 150-250 ° C) в первую очередь сохраняет высокую твердость, в то время как высокотемпературное отпуск (приблизительно 500-650 ° C) значительно улучшает прочность и плоскость, но снижает твердость.