Martensite là một cấu trúc chuyển tiếp rất cứng với cấu trúc tinh thể tứ giác tâm (bct). Mactenxit hình thành trong thép khi Austenit nguội đi quá nhanh đến mức các nguyên tử cacbon không có thời gian khuếch tán ra khỏi cấu trúc tinh thể với số lượng đủ để tạo thành xi măng (fe3c). Do đó, nó là sản phẩm của những thay đổi không khuếch tán . Bất kỳ sự khuếch tán nào cũng đòi hỏi sự hình thành của ferit và pha kết dính. Nó được đặt theo tên của nhà luyện kim người Đức adolf martens (1850-1914).
Không giống như thành phần pha phân hủy đẳng nhiệt bằng cách khuếch tán, mactenxit không phải là một pha tham gia vào trạng thái cân bằng nhiệt. Do đó, nó không xuất hiện trên giản đồ pha cân bằng sắt-cacbon. Có thể xem đây là sản phẩm chống lại ngọc trai và đá bainite.
Cấu trúc vi mô của Mactenxit trong thép có các hình thái khác nhau, có thể được biểu thị dưới dạng Mactenxit dạng bảng hoặc Mactenxit dạng bảng. So với thép cacbon 0-0,6%, mactenxit giống như lath, được gọi là mactenxit lath . Nó tạo thành một cấu trúc dạng tấm được gọi là tấm mactenxit so với thép có hơn 1% cacbon. Như tên cho thấy, mactenxit dạng bảng hình thành ở dạng tinh thể dạng thấu kính (giống thấu kính) với kiểu uốn lượn dạng bảng nhỏ hơn. Giữa hai tỷ lệ phần trăm này, sự xuất hiện của các hạt là sự kết hợp của cả hai. Độ bền của Mactenxit giảm khi lượng Austenit được giữ lại tăng lên.
Chuyển hóa mactenxit
Làm cứng thay đổi, còn được gọi là làm cứng thay đổi mactenxit, là một trong những phương pháp làm cứng được sử dụng phổ biến nhất, chủ yếu đối với thép (nghĩa là thép cacbon cũng như thép không gỉ). Tuy nhiên, những thay đổi về mactenxit không chỉ xảy ra đối với vật liệu tổng hợp sắt-cacbon. Nó tồn tại trong các hệ thống khác và một phần được đặc trưng bởi những thay đổi không khuếch tán.
Thép mactenxit Hầu hết sử dụng hàm lượng ₵ và mn cao hơn hầu hết và được xử lý nhiệt để tăng độ bền. Kết quả sẽ là một cấu trúc vi mô kép của ferit với các mức độ khác nhau của mactenxit bị thoái hóa. Điều này cho phép các mức cường độ khác nhau. Trong luyện kim, nấu chảy thường được sử dụng để làm cứng thép bằng cách thêm mactenxit. Có sự cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo trong bất kỳ loại thép nào; thép càng cứng thì độ cứng hoặc khả năng chống va đập càng thấp và khả năng chống va đập càng mạnh thì độ cứng càng thấp.
Mactenxit được sản xuất từ Austenit bằng cách làm nguội hoặc các hình thức dập tắt nhanh khác. Austenit trong vật liệu tổng hợp sắt-cacbon thường chỉ có mặt ở nhiệt độ eutectoid tới hạn (723 ° ₵) và dưới 1500 ° ₵, tùy thuộc vào hàm lượng cacbon. Ở tốc độ làm mát bình thường, khi austenit nguội đi, cacbon khuếch tán ra khỏi austenit để tạo thành cacbua sắt giàu cacbon (xi măng), để lại ferit nghèo cacbon. Tùy thuộc vào thành phần của kim loại tổng hợp, có thể tạo thành một lớp ferit và xi măng được gọi là ngọc trai. Nhưng với việc làm lạnh nhanh, cacbon không có đủ thời gian để khuếch tán và biến đổi thành một tứ diện áp suất cao tập trung vào cơ thể, được gọi là mactenxit siêu bão hòa cacbon. Tất cả các nguyên tử cacbon trong mactenxit vẫn tồn tại ở dạng tạp chất xen kẽ. Tỷ lệ nguội xác định tỷ lệ tương đối của mactenxit, ferit và xi măng, từ đó xác định các tính chất cơ học của thép cuối cùng, chẳng hạn như độ cứng, độ bền kéo và độ dẻo.
Mactenxit tôi luyện
Khả năng tương đối của kim loại đen tạo thành mactenxit được gọi là khả năng cứng. Độ cứng thường được đo bằng khoảng cách bên dưới mặt phẳng làm nguội mà tại đó kim loại có độ cứng biểu kiến, ví dụ, 50 hrc hoặc phần trăm biểu kiến của mactenxit trong cấu trúc vi mô. Thép hình quả lê có độ cứng tối đa là 43 hrc, trong khi mactenxit có thể đạt 72 hrc. Mactenxit tươi rất giòn nếu hàm lượng cacbon lớn hơn khoảng 0,2 đến 0,3%. Nó rất giòn và do đó không thể được sử dụng cho hầu hết các ứng dụng. Tính giòn này có thể bị loại bỏ (với một số giảm độ cứng) nếu thép cứng được nung nóng nhẹ trong một quá trình được gọi là tôi luyện. Quá trình tôi luyện được thực hiện bằng cách nung nóng thép mactenxit dưới nhiệt độ eutectoid trong một khoảng thời gian xác định (ví dụ: 250 ° ₵ đến 650 ° ₵).
Xử lý nhiệt ủ này cho phép hình thành mactenxit cứng hoạt tính thông qua quá trình khuếch tán:
Mactenxit (bct, một pha) → Mactenxit đã ủ (pha ferit + fe3c)
Mactenxit bct một pha trong đó cacbon siêu bão hòa chuyển thành Mactenxit đã ủ , bao gồm ferit và pha kết dính. Cấu trúc vi mô của nó tương tự như cấu trúc của một hình cầu, nhưng trong trường hợp này là mactenxit đã được tôi luyện, chứa các hạt gốc xi măng cực nhỏ và phân tán đồng đều được nhúng trong một ma trận ferit liên tục. Mactenxit rèn có thể làm cứng và chống lại hầu hết các loại Mactenxit, nhưng với độ dẻo và độ dai được tăng cường đáng kể.
Thép không gỉ Martensitic
Thép không gỉ Martensitic tương tự như thép Ferit ở điểm chúng có nguồn gốc từ crom nhưng cacbon cao hơn lên đến 1%. Đôi khi chúng được chia thành thép không gỉ mactenxit cacbon thấp và cacbon cao. Chúng chứa 12 đến 14 phần trăm crom, 0,2 đến 1 phần trăm molypden và không có hàm lượng niken đáng kể. Hàm lượng cacbon cao hơn cho phép chúng được làm cứng và tôi luyện giống như thép cacbon và thép hợp kim thấp. Chúng có khả năng chống mài mòn vừa phải , nhưng được coi là cứng, mạnh và hơi giòn . Không giống như thép không gỉ Austenit, chúng có từ tính và có thể được xác minh không bị phá hủy bằng xác minh hạt từ tính. Thép không gỉ martensitic phổ biến là aisi 440c, chứa 16 đến 18 phần trăm crom và 0,95 đến 1,2 phần trăm carbon. Thép không gỉ cấp 440c được sử dụng trong các ứng dụng sau: khối đo, dao kéo, ổ bi và rãnh, khuôn và dao.
Như đã đề cập trước đó, thép không gỉ mactenxit có thể được làm cứng và tôi luyện theo một số cách xử lý nhiệt / lão hóa : các vật liệu tổng hợp bằng thép không gỉ này được làm Austenitized và làm nguội và được sử dụng để làm cứng kim loại composite. thép cacbon và thép kim loại phủ về cơ bản là giống nhau. Xử lý nhiệt thường bao gồm ba bước:
- Khử trùng, nung thép đến nhiệt độ từ 980 – 1050 ° c tùy theo cấp. Austenit là một pha lập phương tâm mặt.
- Tắt. Sau thời điểm Austenitizing, thép phải được làm nguội. Vật liệu tổng hợp thép không gỉ Martensitic có thể được dập tắt bằng cách sử dụng không khí tĩnh, chân không áp suất dương hoặc dập tắt dầu gián đoạn. Austenit trở thành mactenxit, một cấu trúc tinh thể tứ giác lõi cứng. Martensite rất cứng và quá giòn đối với hầu hết các ứng dụng.
- ủ, tức là làm nóng đến khoảng 500 ° ₵, giữ ấm và sau đó làm mát bằng không khí. Tăng nhiệt độ ủ làm giảm độ bền năng suất và độ bền kéo cuối cùng, nhưng làm tăng độ giãn dài và khả năng chống va đập.
Khả năng chống lại các xung hóa học mài mòn dựa trên sự thụ động của thép không gỉ. Để quá trình thụ động xảy ra và duy trì ổn định, kim loại composite ferrochromium phải có hàm lượng crom ít nhất khoảng 10,5% trọng lượng, trên mức có thể xảy ra và thấp hơn là không thể. Chromium có thể được sử dụng như một nguyên tố làm cứng và thường được sử dụng với chất làm cứng như niken để cung cấp các đặc tính cơ học tuyệt vời.
Độ bền kéo tối đa
Martensitic thép không gỉ-440c cấp có độ bền kéo tối đa là 760 MPa.
Độ cứng
Độ cứng Martensitic Brinell của thép không gỉ – lớp 440c khoảng 270 mpa.
Các giai đoạn phổ biến khác trong thép
Quá trình xử lý nhiệt thép đòi hỏi sự hiểu biết về các giai đoạn cân bằng và cường độ xảy ra trong quá trình nung nóng và / hoặc làm nguội. Các giai đoạn cân bằng ổn định so với thép bao gồm:
- Ferit . Ferit, hay α-ferit, là cấu trúc lập phương tâm khối của sắt và tồn tại dưới 912 ° ₵ với nồng độ cacbon thấp trong sắt. Alpha-ferit chỉ có thể hòa tan tối đa 0,02% cacbon ở 727 ° ₵. Điều này là do cấu hình của mạng tinh thể sắt tạo thành cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối. Pha chủ yếu ở nhiệt độ phòng trong thép nhẹ hoặc thép nhẹ và hầu hết các loại gang là sắt từ α-fe.
- Austenite . Austenit, còn được gọi là sắt pha gamma (γ-fe), là một cấu trúc lập phương tâm mặt phi từ tính của sắt. Austenit trong vật liệu tổng hợp sắt-cacbon thường chỉ có mặt ở nhiệt độ eutectoid tới hạn (723 ° ₵) và dưới 1500 ° ₵, tùy thuộc vào hàm lượng cacbon. Tuy nhiên, nó có thể được giữ ở nhiệt độ phòng bằng cách thêm các kim loại tổng hợp như niken hoặc mangan. Carbon đóng một vai trò quan trọng trong xử lý nhiệt vì nó mở rộng phạm vi nhiệt độ ổn định của austenite. Hàm lượng cacbon cao hơn là điều cần thiết để giữ cho thép an toàn – vì vậy các nguyên tử sắt sắp xếp lại để tạo thành cấu trúc mạng fcc. Austenite có mặt trong các loại thép không gỉ được sử dụng phổ biến nhất và được biết đến với khả năng chống ăn mòn.
- Than chì . Việc bổ sung một lượng nhỏ cacbon phi kim loại vào sắt mang lại cho sắt độ dẻo tuyệt vời, dẫn đến độ bền cao hơn.
- Trang web Xi măng . Xi măng (fe 3 ₵) là một hợp chất ổn định có thể phân ly hoặc phân hủy trong một số trường hợp nhất định để tạo thành alpha-ferit và graphit, theo phản ứng: fe3c → 3fe (α) + ₵ (graphit). Xi măng nguyên chất là gốm, cứng và giòn, rất lý tưởng để làm cốt thép. Tính chất cơ học của nó là một hàm của cấu trúc vi mô của nó, điều này phụ thuộc vào cách nó được trộn với ferit.
Khoảng thời gian có thể thay đổi là:
- Pearlite . Trong luyện kim, ngọc trai là một cấu trúc kim loại phân lớp hai pha bao gồm các lớp xen kẽ của ferit (87,5% trọng lượng) và ximăng (12,5% trọng lượng), được tìm thấy trong một số loại thép và gang. Được đặt tên theo hình dạng xà cừ của nó.
- Mactenxit . Martensite là một cấu trúc chuyển tiếp rất cứng với cấu trúc tinh thể tứ giác (bct) làm trung tâm. Mactenxit hình thành trong thép khi Austenit nguội quá nhanh đến mức các nguyên tử cacbon không có thời gian khuếch tán ra khỏi cấu trúc tinh thể với số lượng đủ để tạo thành xi măng (fe3c).
- Bainite . Bainite là một cấu trúc vi mô dạng tấm hình thành trong thép Austenit khi tốc độ làm nguội không đủ nhanh để tạo ra mactenxit, nhưng vẫn đủ nhanh để cacbon không có đủ thời gian khuếch tán để tạo thành ngọc trai. Thép Bainitic thường mạnh hơn và cứng hơn thép hình quả lê, nhưng chúng thể hiện sự kết hợp cần thiết của sức mạnh và tính linh hoạt.
