Tìm kiếm
Về Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật luyện kim, Thép không gỉ Martensitic đã thu hút sự chú ý đáng kể cho khả năng làm cứng độc đáo của nó. Hiểu cơ chế làm cứng của nó là rất quan trọng để tối ưu hóa các tính chất vật liệu và hướng dẫn các quá trình xử lý nhiệt. Sự cứng của thép không gỉ martensitic về cơ bản là một quá trình phức tạp trong đó austenite có thể di chuyển trải qua quá trình biến đổi pha không khuếch tán trong quá trình làm mát nhanh (làm nguội) thành dung dịch rắn siêu bão hòa, cụ thể là martensite.
Austenite: Chuẩn bị trước khi dập tắt
Quá trình dập tắt bắt đầu bằng hệ thống sưởi. Thép không gỉ martensitic được làm nóng đến nhiệt độ đủ cao, thường là từ 850 ° C đến 1050 ° C, để biến đổi hoàn toàn hoặc phần lớn cấu trúc bên trong của nó thành austenite. Austenite là một giải pháp rắn với cấu trúc khối (FCC) tập trung vào mặt. Ở nhiệt độ cao này, các nguyên tử carbon và crom trong hợp kim được hòa tan hoàn toàn trong mạng Austenite. Austenite thể hiện độ dẻo tốt nhưng độ cứng tương đối thấp, chuẩn bị cấu trúc cho việc dập tắt tiếp theo.
Làm nguội: Một chuyển đổi pha quan trọng
Làm nguội là bước cốt lõi trong việc đạt được độ cứng. Khi thép được làm mát nhanh chóng từ nhiệt độ austenitizing, các nguyên tử carbon không có đủ thời gian để khuếch tán ra khỏi mạng tinh thể. Do nhiệt độ giảm nhanh, mạng tinh thể tập trung (FCC) của Austenite trở nên không ổn định. Để thích nghi với các điều kiện nhiệt độ thấp, mạng phải biến đổi. Tuy nhiên, các nguyên tử carbon không thể khuếch tán và trở nên "bị mắc kẹt" trong cấu trúc mạng lưới mới. Tái cấu trúc mạng lưới nhanh chóng, không khuếch tán này dẫn đến sự biến đổi của austenite thành martensite.
Martensite có cấu trúc mạng tetragonal (BCT) tập trung vào cơ thể. So với cấu trúc FCC của austenite, mạng BCT được "kéo dài" dọc theo trục C bằng các nguyên tử carbon, trong khi được nén dọc theo các trục A và B. Sự biến dạng mạng này tạo ra căng thẳng nội bộ đáng kể, đó là lý do cơ bản cho độ cứng cao của Martensite. Hãy tưởng tượng, ở cấp độ kính hiển vi, vô số nguyên tử carbon bị mắc kẹt hoạt động như móng tay, ngăn chặn sự di chuyển giữa các lớp mạng, do đó làm tăng đáng kể độ cứng và sức mạnh của vật liệu.
Đặc điểm và các yếu tố ảnh hưởng của biến đổi martensitic
Việc chuyển đổi Martensitic có một số đặc điểm đáng chú ý:
Độ khuếch tán: Đây là sự khác biệt cơ bản nhất giữa biến đổi martensitic và biến đổi pha khuếch tán truyền thống. Carbon và các nguyên tử hợp kim trải qua hầu như không có sự khuếch tán đường dài, dẫn đến chuyển đổi pha cực nhanh, hoàn thành trong chưa đầy một giây.
Cơ chế cắt: Sự biến đổi pha xảy ra thông qua sự cắt phối hợp của các lớp nguyên tử. Các cấu hình lại mạng hoạt động giống như một cặp kéo, với một lớp nguyên tử trượt và kéo các lớp nguyên tử liền kề với nó. Quá trình cắt này tạo ra cấu trúc lamellar hoặc flaky duy nhất cho martensite.
Chuyển đổi pha độc lập về thời gian: Nhiệt độ biến đổi martensitic (MS) và nhiệt độ hoàn thiện martensitic (MF) là những yếu tố chính trong việc xác định liệu biến đổi pha có xảy ra hay không. Chuyển đổi pha bắt đầu ngay dưới điểm MS và kết thúc bên dưới điểm MF. Mức độ biến đổi pha chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ làm mát cuối cùng và không phụ thuộc vào thời gian biến đổi pha ở nhiệt độ đó.
Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng làm cứng, nhưng hai là quan trọng nhất:
Hàm lượng carbon: Carbon là yếu tố cứng quan trọng nhất trong thép không gỉ martensitic. Hàm lượng carbon càng cao, độ méo mạng của martensite được hình thành càng lớn sau khi dập tắt và độ cứng càng cao. Ví dụ, thép không gỉ 440C có độ cứng cực cao do hàm lượng carbon cao.
Các yếu tố hợp kim: Ngoài carbon, các yếu tố hợp kim như crom, molybden và vanadi cũng rất quan trọng. Họ hạ nhiệt độ biến đổi martensitic (MS) và tăng độ cứng. Độ cứng đề cập đến khả năng của thép hình thành martensite từ bề mặt đến lõi trong quá trình làm nguội. Bằng cách hòa tan vào austenite, các yếu tố hợp kim này trì hoãn sự hình thành các pha khuếch tán như ngọc trai và bainite, cung cấp một "cửa sổ" dài hơn cho sự biến đổi martensitic.
Nhiệt độ: Cân bằng độ cứng và độ dẻo dai
Martensite sau khi dập tắt là vô cùng khó khăn, nhưng nó cũng thể hiện những căng thẳng nội bộ đáng kể và độ giòn cao, gây khó khăn cho việc sử dụng trực tiếp. Do đó, ủ là cần thiết. Nhiệt độ liên quan đến việc hâm nóng thép làm nguội đến nhiệt độ dưới điểm MS và giữ nó ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian. Mục đích của việc ủ là giải phóng các căng thẳng nội bộ và cải thiện độ bền của vật liệu trong khi vẫn duy trì độ cứng cao. Trong quá trình ủ, các nguyên tử carbon siêu bão hòa kết tủa từ mạng martensite, tạo thành các cacbua mịn phân tán trong toàn bộ ma trận ferrite. Cơ chế tăng cường kết tủa này cho phép vật liệu duy trì cường độ cao trong khi cải thiện độ bền. Nhiệt độ ủ khác nhau tạo ra các cấu trúc và tính chất vi mô khác nhau. Ví dụ, ủ nhiệt độ thấp (khoảng 150-250 ° C) chủ yếu duy trì độ cứng cao, trong khi ủ nhiệt độ cao (khoảng 500-650 ° C) cải thiện đáng kể độ bền và độ dẻo, nhưng làm giảm độ cứng.
