Różnica między utwardzaniem opadowym a hartowanym martenzytem

Podręcznik „Inżynieria materiałowa i wprowadzenie” wspomina, że:

„Hartowanie wytrącające i obróbka stali w celu utworzenia hartowanego martenzytu to zupełnie inne zjawiska, mimo że procedury obróbki cieplnej są podobne; dlatego nie należy mylić procesów. Główna różnica polega na mechanizmach, dzięki którym osiąga się hartowanie i wzmocnienie. „

Przeczytałem oba rozdziały, ale nie widzę różnicy. Oba procesy działają w oparciu o różnicę rozpuszczalności B w A w różnych temperaturach, a następnie hartują ją, aby zapobiec rozproszeniu substancji rozpuszczonej, a następnie przyspieszają proces starzenia przez ciepło, co umożliwia wytrącanie się substancji rozpuszczonej (dowolnej substancji rozpuszczonej lub cementu w przypadku Martenzyt) do formowania, co utrudnia ruch dyslokacji, a tym samym czyni go bardzo trudnym, ale poprzez bycie w raczej plastycznej matrycy poprawiającej ogólną wytrzymałość. Jaka jest różnica między nimi?

Podsumowanie: Oba procesy zależą od względnej rozpuszczalności substancji rozpuszczonej między fazami rozpuszczalnika w wysokiej i niskiej temperaturze. To, jak przebiega każdy proces w skali submikroskopowej, jest zupełnie inne. Utwardzanie przez wytrącanie jest ograniczone przez dyfuzję, natomiast tworzenie martenzytu jest pozbawione dyfuzji.

Hartowanie przez wytrącanie jest procesem ograniczonym przez dyfuzję , w którym (ogólnie substytucyjne) rozpuszczone atomy najpierw są rozpuszczane w rozpuszczalniku powyżej temperatury eutektycznej lub eutektoidalnej, a następnie zmuszane do wytrącania się z roztworu poniżej temperatury eutektycznej lub eutektoidalnej. Opady są wynikiem zarodkowania i procesu wzrostu fazy wtórnej, który polega na dyfuzji rozpuszczonych atomów do miejsc zarodkowania. Względne szybkości zarodkowania i wzrostu są kontrolowane przez temperaturę. Wielkość i dyspersja fazy wtórnej jest kontrolowana przez czas, z grubsza zachodzącym w miarę upływu czasu.

Martenzyt jest wynikiem bezdyfuzjiproces, w którym (zwykle śródmiąższowe) atomy rozpuszczone są uwięzione w sieci transformującej, powodując zniekształcenie sieci. W stali siatka zmienia się z FCC w BCC podczas przekształcania z austenitu w ferryt. Jeśli transformacja jest wystarczająco szybka, to nie ma wystarczająco dużo czasu na dyfuzję węgla i wynikające z tego zarodkowanie i wzrost wtórnej fazy cementytu. Węgiel zostaje uwięziony w sieci, gdy zmienia się z FCC na BCC. Jeśli węgiel przekroczy swój limit rozpuszczalności w ferrycie, sieć ostatecznie zniekształci się do konfiguracji tetragonalnej ześrodkowanej na ciele (BCT). Stopień powstawania martenzytu nie jest kontrolowany przez czas, ale przez temperaturę. Niższe temperatury dają większą część utworzonego martenzytu. Stopień powstawania martenzytu nie jest kontrolowany przez dyfuzję, ponieważ transformacja sieci do BCT zachodzi przy prędkości dźwięku w materiale; znacznie szybciej niż jakikolwiek proces dyfuzji w ciałach stałych.

$A_3$$A_3$temperatura austenitu zaczyna przekształcać się w ferryt, który jest teraz stabilną fazą rozpuszczalnika. W miarę przekształcania się żelaza jego granica rozpuszczalności w węglu spada z około 0,75% wagowych do około 0,02% wagowych (patrz schemat fazowy Fe-C poniżej). Dlatego węgiel zaczyna dyfundować z żelaza. Jeśli proces ten zajmie sporo czasu, utrzymując temperaturę powiedzmy 600 ° C, powstanie perlit. Pearlit jest blaszkowatą mikrostrukturą składającą się z ferrytu, fazy rozpuszczalnika i cementytu, związku stechiometrycznego, który stanowi około 6,7% wagowych węgla. Zasadniczo jest to utwardzanie wydzieleniowe. W przypadku wielu materiałów faza wtórna wytrąca się na granicach ziaren, co jest niepożądane. Dlatego generalnie wymagany jest etap rozwiązania.

$M_s$$M_f$$M_f$, więc nie cały materiał przekształci się w martenzyt, jeśli zostanie schłodzony tylko do temperatury pokojowej. Bez względu na to, jak długo utrzymuje się w temperaturze pokojowej, ilość martenzytu nie zmieni się. W przeciwieństwie do tego, gdybyśmy utrzymywali materiał w temperaturze 600 ° C przez długi czas, cementyt w naszym perłku miałby tendencję do zgrubienia i ostatecznie tworzenia kulistych cząstek w miarę postępu dyfuzji, w procesie, który jest nieoczekiwanie nazywany sferoidyzacją.

Zdjęcie pochodzi z praktycznej strony.net , która zawiera miłą dyskusję na temat rozwoju diagramów TTT.

Zdjęcie pochodzi z otwartego oprogramowania szkoleniowego mit.edu .

Podstawowa różnica polega na tym, że utwardzanie przez wytrącanie obejmuje rozkład atomów stopu w strukturze krystalicznej metalu podstawowego. Dzieje się tak w przypadku większości stopów, w tym stali miękkiej. W tym przypadku różnica wielkości atomów w stopie (lub cząstek w kompozycie) powoduje naprężenie struktury krystalicznej i utrudnia przemieszczanie się dyslokacji.

Natomiast hartowanie stali polega na stworzeniu zupełnie nowej struktury. Jest to możliwe, ponieważ żelazo może istnieć zarówno w środku kryształów (ferryt), jak i w środku kryształów sześciennych (austenit). Austenit jest stabilny tylko w wysokich temperaturach i ma wyższą rozpuszczalność węgla niż ferryt. Podczas powolnego chłodzenia austenit przekształca się ponownie w ferryt, a każdy nadmiar węgla tworzy cementyt (węglik żelaza) ... jest to zasadniczo utwardzanie wydzieleniowe (tworzenie perlitu) i jest to domyślny stan stali wysokowęglowych. Jeśli jednak austenit jest szybko schładzany przez hartowanie, nie ma wystarczająco dużo czasu na utworzenie się cementytu, a rozpuszczony węgiel jest uwięziony w strukturze silnie naprężającej (martenzyt). To pozwala stalom wysokowęglowym osiągnąć bardzo wysoką twardość.

W większości przypadków powstały materiał będzie zbyt twardy i kruchy, aby był użyteczny, a temperowanie służy do przekształcenia części martenzytu w perlit.

Dodatkową komplikacją jest to, że procesy te w stali wytwarzają również określone mikrostruktury (np. Martenzyt może wykazywać struktury w kształcie igieł pod mikroskopem).

Jeśli to nie wystarczy, istnieje dodatkowa mikrostruktura w postaci bainitu, utworzona przez hartowanie do temperatury pośredniej i utrzymywanie przez pewien okres. Bainit jest zasadniczo bardziej napiętą i strukturalną formą perlitu (tj. Ferrytu i cementytu) o wyraźnej strukturze laminarnej.