Sự biến đổi của thép trong quá trình làm mát

Sự biến đổi của thép trong quá trình làm mát       

Làm mát là một bước không thể thiếu trong quá trình xử lý nhiệt.        

Sau khi một bộ phận thép được nung nóng và giữ ở nhiệt độ nhất định để có được austenite với hạt mịn và đồng đều, sau đó làm mát được thực hiện.

• Austenite siêu lạnh: Austenit vẫn không biến đổi (theo cấu trúc) dưới điểm quan trọng A1.
• Tại thời điểm này, austenit siêu lạnh không biến đổi ngay lập tức; thay vào đó, nó ở trong trạng thái không ổn định về nhiệt động học (như một cấu trúc không ổn định) và cuối cùng sẽ bị biến đổi.
• Tùy thuộc vào mức độ siêu làm mát (tức là nhiệt độ biến đổi khác nhau), austenit siêu làm mát trải qua ba loại biến đổi:
• Chuyển đổi Pearlite
• Biến đổi Bainite
• Chuyển đổi martensite

• Tình trạng biến đổi: Austenite siêu lạnh biến thành cấu trúc kiểu ngọc trai trong phạm vi nhiệt độ A1 → 550 °C.
• Sản phẩm biến đổi: Một cấu trúc hỗn hợp cơ học bao gồm các tấm xen kẽ của ferrite và xi măng.
• Pearlite là một trong năm cấu trúc cơ bản nhất trong hợp kim sắt-carbon. Nó được đánh dấu bằng chữ "P" (từ "Pearlite").     
•   

Sorbit (S)

Nhiệt độ hình thành: 650 ~ 600 °C; nó có các tấm mỏng tương đối, với độ dày khoảng 80 ~ 150 nm. The lamellae are difficult to distinguish under an optical microscope and can only be identified as the lamellar structure of ferrite and cementite under a high-magnification optical microscope (at 800 ~ 1500× magnification).

Troostite (T)

Nhiệt độ hình thành: 600 ~ 550 °C; nó có các tấm cực kỳ mỏng, với độ dày khoảng 30 ~ 80 nm.Các đặc điểm lamellar không thể phân biệt được dưới kính hiển vi quang học và chỉ có thể được xác định dưới kính hiển vi điện tử.

Nhiệt độ khử độc và kích thước hạt khử độc trước khi chuyển đổi chỉ ảnh hưởng đến kích thước của các thuộc địa ngọc trai, nhưng không ảnh hưởng đến khoảng cách vỏ.

Từ pearlite (P) đến sorbit (S) và sau đó đến troostite (T), nhiệt độ càng thấp, khoảng cách lamella càng nhỏ, và độ bền và độ cứng càng cao.Chúng chỉ khác nhau về độ mịn và tính chất của lớp vỏ, không có sự khác biệt thiết yếu.

Tương tự như quá trình thắt hóa trong quá trình sưởi ấm, quá trình biến đổi ngọc trai trong quá trình làm mát cũng là một quá trình tạo hạt nhân và tăng trưởng trong trạng thái rắn.

Tương tự như vậy, do sự sắp xếp nguyên tử không đều tại ranh giới hạt, cùng với nhiều khiếm khuyết như chỗ trống và trục trặc, sự sắp xếp lại nguyên tử dễ dàng xảy ra,vì vậy cimentite hạt nhân đầu tiên tại các ranh giới hạt austenite.

Sau khi hạt nhân xi măng, nó bắt đầu phát triển. Trong quá trình phát triển, hàm lượng cacbon của austenit ở cả hai bên của xi măng giảm, thúc đẩy sự tạo ra hạt nhân ferrite.Hai hạt nhân và phát triển xen kẽ, tạo thành nhiều cấu trúc lamella bao gồm ferrite và Fe3C.

Đồng thời, hạt nhân hóa và tăng trưởng cũng bắt đầu đồng thời ở các phần khác của ranh giới hạt, tạo thành nhiều thuộc địa ngọc trai có định hướng khác nhau.

Những thuộc địa ngọc trai này phát triển và hợp nhất thành một khối lượng liên tục, và cuối cùng toàn bộ cấu trúc được biến thành ngọc trai; do đó,việc chuyển đổi austenite siêu lạnh thành pearlite đã hoàn thành.

Vì các nguyên tử sắt và carbon phân tán đủ do nhiệt độ cao trong quá trình chuyển đổi austenite thành pearlite, quá trình này được gọi là biến đổi kiểu phân tán.

• Tình trạng biến đổi: Austenite siêu lạnh biến đổi trong phạm vi nhiệt độ 550 °C ~ Ms. Đối với thép eutectoid, nhiệt độ Ms là 230 °C.
• Sản phẩm biến đổi: Một hỗn hợp cơ học hai pha của Fe3C (cementit) và ferrite bão hòa carbon, được đánh dấu bằng chữ cái "B".
• Năm 1930, E.S. Davenport và E.C. Bain lần đầu tiên quan sát cấu trúc kim loại của sản phẩm chuyển đổi trong thép sau khi chuyển đổi bằng nhiệt độ trung bình.để vinh danh những đóng góp của Bain, cấu trúc này được đặt tên là "Bainite".
• Dựa trên sự khác biệt trong hình thái cấu trúc vi mô của chúng, bainite có thể được phân loại thành:
• Upper Bainite (B_u)
• Lower Bainite (B_l)

• Định hìnhGiống như lông.

   

  Cementite hình thanh không liên tục (Fe3C) được phân phối giữa các máy mài ferrite song song phát triển từ ranh giới hạt austenite vào bên trong hạt.

  

• Lower Bainite (B(lower) / Bl)

   

  Định hình: Giống như lá tre. Các cacbít vảy mịn (Fe3C) được phân phối trên kim ferrite.

  Đặc điểm hiệu suất của Lower Bainite:

  Các carbide trong bainite thấp hơn là tốt và phân phối đồng đều. ngoài sức mạnh và độ cứng cao, nó cũng có tính dẻo dai và độ dẻo dai tốt,làm cho nó một cấu trúc thường được sử dụng trong sản xuất công nghiệpNhận cấu trúc bainite thấp hơn là một trong những phương pháp để tăng cường vật liệu thép.

  Trong điều kiện cùng độ cứng, khả năng chống mòn của cấu trúc bainite thấp hơn đáng kể so với martensite, có thể đạt 1 đến 3 lần so với martensite.Do đó, thu được bainite thấp hơn như cấu trúc ma trận trong vật liệu sắt và thép là một mục tiêu theo đuổi bởi các nhà nghiên cứu và kỹ sư.

  

   

   

  1) Quá trình hình thành của Bainite trên

   

  Khi nhiệt độ chuyển đổi tương đối cao (550 ~ 350 ° C), hạt nhân ferrite được hình thành ưu tiên ở các vùng carbon thấp của austenite.Các hạt nhân này sau đó phát triển song song từ các ranh giới hạt austenite vào bên trong hạtTrong khi đó, khi ferrite phát triển, các nguyên tử carbon dư thừa khuếch tán vào austenite xung quanh.phân phối không liên tục giữa các máy quay ferrite song song và dày đặc, do đó tạo thành lông giống như lông trên.