ما هي آلية تصلب الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينيسيتي

في علوم المواد والهندسة المعدنية ، الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينيسيتي جذبت اهتماما كبيرا لقدرتها على التصلب الفريدة. يعد فهم آلية التصلب أمرًا بالغ الأهمية لتحسين خصائص المواد وتوجيه عمليات معالجة الحرارة. إن تصلب الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينيسيتي هو في الأساس عملية معقدة يخضع فيها أوستنيت القابل للنشر إلى تحول طور لا ينشر أثناء التبريد السريع (التبريد) إلى محلول صلب غير مشبع ، وهو مارتينسيت.

أوستنيت: التحضير قبل التبريد
تبدأ عملية التبريد بالتدفئة. يتم تسخين الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينسيسيتي إلى درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية ، وعادة ما بين 850 درجة مئوية و 1050 درجة مئوية ، لتحويل بنيته الداخلية بالكامل أو إلى حد كبير إلى أوستنيت. الأوستينيت هو محلول صلب بهكل مكعب يركز على الوجه (FCC). في درجة الحرارة العالية هذه ، يتم إذابة ذرات الكربون والكروم في السبائك بالكامل في شعرية الأوستينيت. يظهر أوستنيت اللدونة الجيدة ولكن صلابة منخفضة نسبيًا ، مما يعهد بنية التدوير اللاحق.

التبريد: تحول مرحلة حرجة
التبريد هو الخطوة الأساسية في تحقيق الصلابة. عندما يتم تبريد الصلب بسرعة من درجة حرارة أوستن ، لا تملك ذرات الكربون وقتًا كافيًا للانتشار من الشبكة البلورية. بسبب الانخفاض السريع في درجة الحرارة ، يصبح الشبكة المكعبة (FCC) المتمحورة حول الوجه (FCC) غير مستقر. للتكيف مع ظروف درجات الحرارة المنخفضة ، يجب أن تتحول الشبكة. ومع ذلك ، فإن ذرات الكربون غير قادرة على الانتشار وتصبح "محاصرة" في بنية شعرية جديدة. يؤدي إعادة هيكلة الشبكة السريعة الخالية من الانتشار إلى تحول أوستنيت إلى مارتينيت.
لدى Martensite هيكل شعرية رباعي المركز (BCT). بالمقارنة مع بنية FCC لأوستنيت ، يتم "تمديد" شبكة BCT على طول المحور C بواسطة ذرات الكربون ، بينما يتم ضغطها على طول المحاور A و B. يخلق هذا التشويه الشبكة إجهادًا داخليًا كبيرًا ، وهو السبب الأساسي لصياغة مارتينسيت العالية. تخيل ، على مستوى مجهري ، تعمل ذرات الكربون التي لا حصر لها مثل الأظافر ، مما يمنع الحركة بين طبقات الشبكة ، وبالتالي زيادة صلابة المواد وقوتها.

الخصائص والعوامل المؤثرة في التحول مارتينسيتي
إن تحول مارتينيسيت له العديد من الخصائص البارزة:
الانتشار: هذا هو الفرق الأساسي بين التحول المارتيني والتحولات التقليدية من نوع الانتشار. لا تخضع ذرات الكربون والسبائك تقريبًا إلى انتشار لمسافات طويلة تقريبًا ، مما يؤدي إلى تحول سريع للغاية في الطور ، مع استكماله في أقل من ثانية.
آلية القص: يحدث تحول الطور من خلال القص المنسق للطبقات الذرية. تعمل إعادة تشكيل الشبكة مثل زوج من المقص ، مع انزلاق طبقة ذرية واحدة وسحب الطبقات الذرية المجاورة معها. تخلق عملية القص هذه الهيكل الصفيري أو القشور الفريد من نوعه لمارتينيت.
تحول المرحلة المستقلة عن الوقت: درجة حرارة التحول المارتينيتي (MS) ودرجة حرارة الانتهاء من martensitic (MF) هي العوامل الرئيسية في تحديد ما إذا كان تحول الطور يحدث. يبدأ تحويل المرحلة مباشرة أسفل نقطة MS ، وينتهي أسفل نقطة MF. يعتمد مدى تحول الطور فقط على درجة حرارة التبريد النهائية وهو مستقل عن مدة تحول الطور عند درجة الحرارة تلك.

تؤثر العديد من العوامل على تأثير التصلب ، لكن الاثنان هما الأكثر أهمية:
محتوى الكربون: الكربون هو العنصر الأكثر أهمية في الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينيسيتي. كلما ارتفع محتوى الكربون ، زاد تشويه الشبكة من martensite بعد التبريد ، وكلما ارتفعت الصلابة. على سبيل المثال ، 440 درجة مئوية من الفولاذ المقاوم للصدأ لها صلابة عالية للغاية بسبب محتوى الكربون العالي.
عناصر صناعة السبائك: بالإضافة إلى الكربون ، تعد عناصر صناعة السبائك مثل الكروم والموليبدينوم والفاناديوم أمرًا بالغ الأهمية. أنها تقلل من درجة حرارة التحول martensitic (MS) وزيادة الصلابة. تشير الصلابة إلى قدرة الصلب على تكوين martensite من السطح إلى القلب أثناء التبريد. من خلال الذوبان إلى أوستنيت ، تؤخر عناصر صناعة السبائك هذه تشكيل مراحل الانتشار مثل بيرليت والبينيت ، مما يوفر "نافذة" أطول للتحول المارتينيتي.

التخفيف: موازنة الصلابة والصلابة
يعد Martensite بعد التبريد صعبًا للغاية ، لكنه يظهر أيضًا ضغوطًا داخلية كبيرة وهشاشة عالية ، مما يجعل من الصعب استخدامه مباشرة. لذلك ، التهدئة ضرورية. يتضمن التخفيف إعادة تسخين الفولاذ المراوغة إلى درجة حرارة أقل من نقطة MS والاحتفاظ بها في درجة الحرارة هذه لفترة من الوقت. الغرض من التخفيف هو إطلاق الضغوط الداخلية وتحسين صلابة المادة مع الحفاظ على صلابة عالية. خلال عملية التخفيف ، ترسب ذرات الكربون غير المشبعة من شبكة مارتينسيت ، وتشكل كربيدات رائعة مشتتة في جميع أنحاء مصفوفة الفريت. تتيح آلية تقوية هطول الأمطار هذه للمواد الحفاظ على قوة عالية مع تحسين المتانة. تنتج درجات الحرارة المختلطة المختلفة هياكل وخصائص مختلفة. على سبيل المثال ، يحافظ ارتفاع درجات الحرارة المنخفضة (حوالي 150-250 درجة مئوية) في المقام الأول على صلابة عالية ، في حين أن ارتفاع درجة الحرارة العالية (حوالي 500-650 درجة مئوية) يحسن بشكل كبير من الصلابة والليونة ، ولكنه يقلل من صلابة. .