Η ψύξη είναι ένα απαραίτητο βήμα στη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας.
Αφού ένα χαλύβδινο εξάρτημα θερμανθεί και διατηρηθεί σε μια ορισμένη θερμοκρασία για να ληφθεί ωστενίτης με λεπτούς και ομοιόμορφους κόκκους, στη συνέχεια πραγματοποιείται ψύξη.
I. Προϊόντα Μετασχηματισμού και Διαδικασία Μετασχηματισμού του Υπερψυγμένου Ωστενίτη
Υπερψυγμένος Ωστενίτης: Ο ωστενίτης που παραμένει αμετάβλητος (από άποψη δομής) κάτω από το κρίσιμο σημείο A₁.
Σε αυτό το σημείο, ο υπερψυγμένος ωστενίτης δεν μετασχηματίζεται αμέσως. Αντίθετα, βρίσκεται σε μια θερμοδυναμικά ασταθή κατάσταση (ως ασταθής δομή) και τελικά θα υποστεί μετασχηματισμό.
Ανάλογα με τον βαθμό υπερψύξης (δηλαδή, τις διαφορετικές θερμοκρασίες μετασχηματισμού), ο υπερψυγμένος ωστενίτης υφίσταται τρεις τύπους μετασχηματισμού:
Μετασχηματισμός Περλίτη
Μετασχηματισμός Μπαϊνίτη
Μετασχηματισμός Μαρτενσίτη
1. Μετασχηματισμός Περλίτη
Συνθήκη Μετασχηματισμού: Ο υπερψυγμένος ωστενίτης μετασχηματίζεται σε δομή τύπου περλίτη εντός του εύρους θερμοκρασίας A₁ → 550°C.
Προϊόν Μετασχηματισμού: Μια μηχανική μεικτή δομή που αποτελείται από εναλλασσόμενες ελάσματα φερρίτη και τσιμεντίτη.
Ο περλίτης είναι μία από τις πέντε πιο θεμελιώδεις δομές σε κράματα σιδήρου-άνθρακα. Συμβολίζεται με το γράμμα "P" (από το "Περλίτης"). Το όνομα προέρχεται από τη μαργαριταρένια λάμψη του.
Ταξινόμηση: Βάσει του Πάχους των Ελασμάτων
Περλίτης (P)
Θερμοκρασία σχηματισμού: A₁ ~ 650°C; είναι ένας τύπος περλίτη με σχετικά παχιά ελάσματα. Κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο, η ελασματική δομή του φερρίτη και της τσιμεντίτη μπορεί να διακριθεί καθαρά, με απόσταση ελασμάτων περίπου 150 ~ 450 nm.
Σορμπίτης (S)
Θερμοκρασία σχηματισμού: 650 ~ 600°C; έχει σχετικά λεπτά ελάσματα, με πάχος περίπου 80 ~ 150 nm. Τα ελάσματα είναι δύσκολο να διακριθούν κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο και μπορούν να αναγνωριστούν μόνο ως η ελασματική δομή του φερρίτη και της τσιμεντίτη κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο υψηλής μεγέθυνσης (σε μεγέθυνση 800 ~ 1500×).
Τρουστίτης (T)
Θερμοκρασία σχηματισμού: 600 ~ 550°C; έχει εξαιρετικά λεπτά ελάσματα, με πάχος περίπου 30 ~ 80 nm. Τα ελασματικά χαρακτηριστικά δεν μπορούν να διακριθούν καθόλου κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο και μπορούν να αναγνωριστούν μόνο κάτω από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
Η θερμοκρασία ωστενιτοποίησης και το μέγεθος των κόκκων ωστενίτη πριν από τον μετασχηματισμό επηρεάζουν μόνο το μέγεθος των αποικιών περλίτη, αλλά δεν έχουν καμία επίδραση στην απόσταση των ελασμάτων.
Από τον περλίτη (P) στον σορμπίτη (S) και στη συνέχεια στον τρουστίτη (T), όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερη είναι η απόσταση των ελασμάτων και τόσο υψηλότερη είναι η αντοχή και η σκληρότητα. Διαφέρουν μόνο στην λεπτότητα των ελασμάτων και στις ιδιότητες, χωρίς ουσιαστική διάκριση.
Παρόμοια με τη διαδικασία ωστενιτοποίησης κατά τη θέρμανση, η διαδικασία μετασχηματισμού περλίτη κατά την ψύξη είναι επίσης μια διαδικασία πυρηνοποίησης και ανάπτυξης στη στερεά κατάσταση.
Ομοίως, λόγω της ακανόνιστης διάταξης των ατόμων στα όρια των κόκκων, μαζί με περισσότερα ελαττώματα όπως κενά και μετατοπίσεις, η αναδιάταξη των ατόμων συμβαίνει εύκολα, έτσι η τσιμεντίτη πυρηνοποιείται πρώτη στα όρια των κόκκων ωστενίτη.
Αφού η τσιμεντίτη πυρηνοποιηθεί, αρχίζει να αναπτύσσεται. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, η περιεκτικότητα σε άνθρακα του ωστενίτη και στις δύο πλευρές της τσιμεντίτη μειώνεται, γεγονός που προάγει την πυρηνοποίηση του φερρίτη. Τα δύο πυρηνοποιούνται και αναπτύσσονται εναλλάξ, σχηματίζοντας πολλαπλές ελασματικές δομές που αποτελούνται από φερρίτη και Fe₃C.
Ταυτόχρονα, η πυρηνοποίηση και η ανάπτυξη ξεκινούν επίσης ταυτόχρονα σε άλλα μέρη των ορίων των κόκκων, σχηματίζοντας πολλαπλές αποικίες περλίτη με διαφορετικούς προσανατολισμούς.
Αυτές οι αποικίες περλίτη αναπτύσσονται και συγχωνεύονται σε μια συνεχόμενη μάζα και, τέλος, ολόκληρη η δομή μετατρέπεται σε περλίτη. Έτσι, ο μετασχηματισμός του υπερψυγμένου ωστενίτη σε περλίτη ολοκληρώνεται.
Δεδομένου ότι τα άτομα σιδήρου και άνθρακα διαχέονται επαρκώς λόγω της υψηλής θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια του μετασχηματισμού του ωστενίτη σε περλίτη, αυτή η διαδικασία ονομάζεται μετασχηματισμός τύπου διάχυσης.
2. Μετασχηματισμός Μπαϊνίτη (B)
Συνθήκη Μετασχηματισμού: Ο υπερψυγμένος ωστενίτης μετασχηματίζεται εντός του εύρους θερμοκρασίας 550°C ~ Ms. Για χάλυβα ευτηκτοειδούς, η θερμοκρασία Ms είναι 230°C.
Προϊόν Μετασχηματισμού: Ένα μηχανικό μείγμα δύο φάσεων Fe₃C (τσιμεντίτη) και φερρίτη υπερκορεσμένου άνθρακα, που συμβολίζεται με το γράμμα "B".
Το 1930, οι E.S. Davenport και E.C. Bain παρατήρησαν για πρώτη φορά τη μεταλλογραφική δομή του προϊόντος μετασχηματισμού σε χάλυβα μετά από ισόθερμο μετασχηματισμό μέσης θερμοκρασίας. Αργότερα, για να τιμήσουν τη συνεισφορά του Bain, αυτή η δομή ονομάστηκε "Μπαϊνίτης".
Με βάση τις διαφορές στις μικροδομικές μορφολογίες τους, ο μπαϊνίτης μπορεί να ταξινομηθεί σε:
Άνω Μπαϊνίτης (B_u)
Κάτω Μπαϊνίτης (B_l)
Άνω Μπαϊνίτης (B₍upper₎ / Bᵤ)
Μορφολογία: Μοιάζει με φτερό.
Διακεκομμένη ράβδος τσιμεντίτη (Fe₃C) κατανέμεται μεταξύ παράλληλων ελασμάτων φερρίτη που αναπτύσσονται από τα όρια των κόκκων ωστενίτη στο εσωτερικό των κόκκων.
Κάτω Μπαϊνίτης (B₍lower₎ / Bₗ)
Μορφολογία: Μοιάζει με φύλλο μπαμπού. Λεπτοί νιφάδες καρβιδίων (Fe₃C) κατανέμονται στις βελόνες φερρίτη.
Χαρακτηριστικά Απόδοσης του Κάτω Μπαϊνίτη:
Τα καρβίδια στον κάτω μπαϊνίτη είναι λεπτά και ομοιόμορφα κατανεμημένα. Εκτός από την υψηλή αντοχή και σκληρότητα, έχει επίσης καλή πλαστικότητα και σκληρότητα, καθιστώντας το μια δομή που χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανική παραγωγή. Η απόκτηση της δομής του κάτω μπαϊνίτη είναι μια από τις μεθόδους για την ενίσχυση των χαλύβδινων υλικών.
Υπό την προϋπόθεση της ίδιας σκληρότητας, η αντοχή στη φθορά της δομής του κάτω μπαϊνίτη είναι σημαντικά καλύτερη από αυτή της μαρτενσίτη, η οποία μπορεί να φτάσει 1 έως 3 φορές αυτή της μαρτενσίτη. Επομένως, η απόκτηση κάτω μπαϊνίτη ως δομής μήτρας σε υλικά σιδήρου και χάλυβα είναι ένας στόχος που επιδιώκεται από ερευνητές και μηχανικούς.
1) Διαδικασία σχηματισμού του άνω μπαϊνίτη
Όταν η θερμοκρασία μετασχηματισμού είναι σχετικά υψηλή (550 ~ 350°C), οι πυρήνες φερρίτη σχηματίζονται κατά προτεραιότητα στις περιοχές χαμηλού άνθρακα του ωστενίτη. Αυτοί οι πυρήνες αναπτύσσονται στη συνέχεια παράλληλα από τα όρια των κόκκων ωστενίτη στο εσωτερικό των κόκκων. Εν τω μεταξύ, καθώς αναπτύσσεται ο φερρίτης, τα πλεονάζοντα άτομα άνθρακα διαχέονται στον περιβάλλοντα ωστενίτη. Τέλος, κοντές ράβδοι ή μικρά νιφάδες Fe₃C (τσιμεντίτη) κατακρημνίζονται μεταξύ των ελασμάτων φερρίτη, κατανέμονται ασυνεχώς μεταξύ των παράλληλων και πυκνών ελασμάτων φερρίτη, σχηματίζοντας έτσι άνω μπαϊνίτη που μοιάζει με φτερό.
2) Διαδικασία σχηματισμού του κάτω μπαϊνίτη
Οι πυρήνες φερρίτη σχηματίζονται πρώτα στα όρια των κόκκων του ωστενίτη και στη συνέχεια αναπτύσσονται με τη μορφή βελόνας κατά μήκος συγκεκριμένων κρυσταλλικών επιπέδων. Λόγω της σχετικά χαμηλής θερμοκρασίας μετασχηματισμού του κάτω μπαϊνίτη, τα πλεονάζοντα άτομα άνθρακα δεν μπορούν να διαχέονται σε μεγάλες αποστάσεις. Αντίθετα, μπορούν μόνο να κατακρημνιστούν ως εξαιρετικά λεπτά καρβίδια (Fe₃C) κατά μήκος συγκεκριμένων κρυσταλλικών επιπέδων εντός του φερρίτη. Αυτή η διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό κάτω μπαϊνίτη που μοιάζει με φύλλο μπαμπού.
3. Μετασχηματισμός Μαρτενσίτη (M)
Συνθήκη Μετασχηματισμού: Το εύρος θερμοκρασίας είναι κάτω από το σημείο Ms.
Ο υπερψυγμένος ωστενίτης δεν μπορεί να μετασχηματιστεί σε σταθερή θερμοκρασία σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας. Αντίθετα, υφίσταται μετασχηματισμό κατά τη διάρκεια συνεχούς ψύξης με πολύ μεγάλο βαθμό υπερψύξης.
Προϊόν Μετασχηματισμού: Ένα υπερκορεσμένο διάλυμα στερεού διάμεσου άνθρακα σε α-Fe (φερρίτη), που συμβολίζεται με το σύμβολο "M".
Στη δεκαετία του 1890, η μαρτενσίτη ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά σε ένα σκληρό ορυκτό από τον Γερμανό μεταλλουργό Adolf Martens (1850-1914). Το 1895, ο Γάλλος F. Osmond ονόμασε αυτή τη δομή "Μαρτενσίτη" προς τιμήν του Γερμανού μεταλλουργού A. Martens.
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!