ออสเทนไนท์ - มันคืออะไร?

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-18 04:30

การอบชุบด้วยความร้อนของเหล็กเป็นกลไกที่ทรงพลังที่สุดในการมีอิทธิพลต่อโครงสร้างและคุณสมบัติของเหล็ก มันขึ้นอยู่กับการปรับเปลี่ยนของตาข่ายคริสตัลขึ้นอยู่กับเกมของอุณหภูมิ เฟอร์ไรท์ เพิร์ลไลท์ ซีเมนต์ และออสเทนไนต์อาจมีอยู่ในโลหะผสมของเหล็ก-คาร์บอนภายใต้สภาวะต่างๆ ส่วนหลังมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนทั้งหมดในเหล็ก

คำจำกัดความ

เหล็กเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน ซึ่งมีปริมาณคาร์บอนสูงถึง 2.14% ในทางทฤษฎี แต่ในเชิงเทคโนโลยีนั้นมีปริมาณไม่เกิน 1.3% ดังนั้นโครงสร้างทั้งหมดที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกจึงเป็นโลหะผสมที่หลากหลาย

ทฤษฎีนำเสนอการมีอยู่ของพวกมันใน 4 รูปแบบ: สารละลายของแข็งแทรกซึม สารละลายของแข็งแยก ส่วนผสมเชิงกลของเมล็ดพืชหรือสารประกอบทางเคมี

ออสเตนไนต์เป็นสารละลายแข็งของอะตอมของคาร์บอนที่แทรกซึมเข้าไปในโครงตาข่ายเหล็กลูกบาศก์ที่มีผิวหน้าเป็นศูนย์กลาง เรียกว่า γ อะตอมของคาร์บอนถูกนำเข้าไปในโพรงของ γ-lattice ของเหล็ก ขนาดของมันเกินรูพรุนที่สอดคล้องกันระหว่างอะตอมของ Fe ซึ่งอธิบายเส้นทางที่ จำกัด ของพวกเขาผ่าน "ผนัง" ของโครงสร้างหลัก อยู่ในกระบวนการการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของเฟอร์ไรท์และเพอร์ไลต์ด้วยความร้อนที่เพิ่มขึ้นเหนือ727˚С

แผนภูมิโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอน

กราฟที่เรียกว่าแผนภาพสถานะเหล็ก-ซีเมนต์ซึ่งสร้างขึ้นจากการทดลอง เป็นการสาธิตที่ชัดเจนของตัวเลือกที่เป็นไปได้ทั้งหมดสำหรับการแปรรูปในเหล็กและเหล็กหล่อ ค่าอุณหภูมิจำเพาะสำหรับคาร์บอนจำนวนหนึ่งในโลหะผสมทำให้เกิดจุดวิกฤตที่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการทำความร้อนหรือความเย็น พวกมันยังก่อตัวเป็นเส้นวิกฤตอีกด้วย

เส้น GSE ซึ่งมีคะแนน Ac₃ และ Ac_{m แสดงถึงระดับของความสามารถในการละลายคาร์บอนเมื่อระดับความร้อนเพิ่มขึ้น}

ตารางการละลายคาร์บอนในออสเทนไนต์กับอุณหภูมิ
อุณหภูมิ ˚C	900	850	727	900	1147
ความสามารถในการละลายโดยประมาณของ C ในออสเทนไนต์ %	0, 2	0, 5	0, 8	1, 3	2, 14

คุณลักษณะของการศึกษา

ออสเทนไนต์เป็นโครงสร้างที่ก่อตัวขึ้นเมื่อเหล็กถูกให้ความร้อน เมื่อถึงอุณหภูมิวิกฤต เพิร์ลไลต์และเฟอร์ไรท์จะก่อตัวเป็นส่วนประกอบสำคัญ

ตัวเลือกการทำความร้อน:

1. สม่ำเสมอจนกว่าจะถึงค่าที่ต้องการ เปิดรับแสงสั้นระบายความร้อน ออสเทนไนต์สามารถขึ้นรูปได้ทั้งหมดหรือบางส่วนขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะผสม
2. อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ เป็นเวลานานในการรักษาระดับความร้อนเพื่อให้ได้ออสเทนไนต์บริสุทธิ์

คุณสมบัติของวัสดุที่ให้ความร้อน เช่นเดียวกับสิ่งที่จะเกิดขึ้นจากการทำความเย็น มากขึ้นอยู่กับระดับความร้อนที่ได้รับ การป้องกันความร้อนสูงเกินไปหรือความร้อนสูงเกินไปเป็นสิ่งสำคัญ

โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติ

ลักษณะแต่ละเฟสของโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอนมีโครงสร้างเป็นโครงตาข่ายและเมล็ดพืชเป็นของตัวเอง โครงสร้างออสเทนไนต์มีลักษณะเป็นแผ่นลาเมลลาร์ มีรูปร่างใกล้เคียงกันทั้งใบและเป็นสะเก็ด ด้วยการละลายคาร์บอนอย่างสมบูรณ์ในเหล็ก γ เมล็ดพืชจะมีรูปทรงที่บางเบาโดยไม่มีการรวมตัวของซีเมนต์สีเข้ม

ความแข็ง 170-220 HB. ค่าการนำความร้อนและไฟฟ้ามีลำดับความสำคัญต่ำกว่าของเฟอร์ไรท์ ไม่มีคุณสมบัติแม่เหล็ก

การทำความเย็นแบบต่างๆ และความเร็วทำให้เกิดการดัดแปลงต่างๆ ของสถานะ "เย็น": มาร์เทนไซต์ ไบไนต์ ทรอสไทต์ ซอร์ไบต์ เพอไลต์ มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน แต่มีการกระจายตัวของอนุภาค ขนาดเกรน และอนุภาคซีเมนต์ต่างกัน

ผลเย็นของออสเทนไนต์

การสลายตัวของออสเทนไนต์เกิดขึ้นที่จุดวิกฤตเดียวกัน ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้:

1. อัตราการทำความเย็น. ส่งผลกระทบต่อธรรมชาติของการรวมตัวของคาร์บอน, การก่อตัวของเมล็ดพืช, การก่อตัวของขั้นสุดท้ายโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของมัน ขึ้นอยู่กับสื่อที่ใช้เป็นสารหล่อเย็น
2. การมีอยู่ขององค์ประกอบไอโซเทอร์มอลในขั้นตอนหนึ่งของการสลายตัว - เมื่อลดอุณหภูมิถึงระดับหนึ่ง ความร้อนคงที่จะคงอยู่เป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากนั้นความเย็นอย่างรวดเร็วจะดำเนินต่อไป หรือเกิดขึ้นพร้อมกับ อุปกรณ์ทำความร้อน (เตา).

ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องและเป็นอุณหภูมิของออสเทนไนต์จึงแตกต่างออกไป

คุณสมบัติของการแปลงร่าง แผนภูมิ

กราฟรูปตัว C ซึ่งแสดงธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคของโลหะในช่วงเวลา ขึ้นอยู่กับระดับของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ - นี่คือแผนภาพการเปลี่ยนแปลงของออสเทนไนต์ การระบายความร้อนที่แท้จริงนั้นต่อเนื่อง มีเพียงบางช่วงของการกักเก็บความร้อนแบบบังคับเท่านั้น กราฟอธิบายสภาวะอุณหภูมิความร้อน

ตัวละครสามารถกระจายและไม่กระจาย

ที่อัตราการลดความร้อนมาตรฐาน เมล็ดออสเทนไนต์จะเปลี่ยนไปตามการแพร่กระจาย ในเขตความไม่แน่นอนทางอุณหพลศาสตร์อะตอมเริ่มเคลื่อนที่กันเอง ผู้ที่ไม่มีเวลาเจาะเข้าไปในตะแกรงเหล็กจากการรวมซีเมนต์ พวกมันถูกเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยอนุภาคคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียงที่ปล่อยออกมาจากผลึก ซีเมนต์เกิดขึ้นที่ขอบของเมล็ดพืชที่เน่าเปื่อย ผลึกเฟอร์ไรท์บริสุทธิ์ก่อตัวเป็นเพลตที่สอดคล้องกัน โครงสร้างที่กระจายตัวเกิดขึ้น - ส่วนผสมของเมล็ดพืชซึ่งมีขนาดและความเข้มข้นขึ้นอยู่กับความรวดเร็วในการทำความเย็นและปริมาณโลหะผสมคาร์บอน เพอร์ไลต์และเฟสกลางยังก่อตัว: ซอร์ไบต์ ทรอสไทต์ ไบไนต์

ที่อุณหภูมิลดลงอย่างมีนัยสำคัญการสลายตัวของออสเทนไนต์ไม่มีลักษณะการแพร่กระจาย การบิดเบือนของผลึกที่ซับซ้อนเกิดขึ้น ซึ่งอะตอมทั้งหมดถูกแทนที่ในระนาบพร้อมกันโดยไม่เปลี่ยนตำแหน่ง การขาดการแพร่กระจายทำให้เกิดนิวเคลียสของมาร์เทนไซต์

อิทธิพลของการชุบแข็งต่อลักษณะการสลายตัวของออสเทนไนต์. มาร์เทนไซต์

การชุบแข็งเป็นการอบชุบด้วยความร้อน สาระสำคัญคือการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิสูงเหนือจุดวิกฤต Ac₃ และ Ac_{mตามด้วยการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว หากอุณหภูมิลดลงโดยใช้น้ำในอัตรามากกว่า 200˚C ต่อวินาที ก็จะเกิดเฟสของแข็งขึ้นซึ่งเรียกว่ามาร์เทนไซต์}

เป็นสารละลายของแข็งที่อิ่มตัวยิ่งยวดในการแทรกซึมของคาร์บอนในเหล็กด้วยตะแกรงคริสตัลของประเภท α เนื่องจากการกระจัดของอะตอมที่ทรงพลัง อะตอมจึงบิดเบี้ยวและก่อตัวเป็นโครงสี่เหลี่ยมจตุรัส ซึ่งเป็นสาเหตุของการชุบแข็ง โครงสร้างที่เกิดขึ้นมีปริมาตรมากขึ้น เป็นผลให้ผลึกที่ล้อมรอบด้วยระนาบถูกบีบอัดทำให้เกิดแผ่นคล้ายเข็ม

มาร์เทนไซต์แข็งแกร่งและแข็งมาก (700-750 HB) เกิดขึ้นจากการชุบแข็งด้วยความเร็วสูงเท่านั้น

ชุบแข็ง. โครงสร้างการแพร่กระจาย

ออสเทนไนต์เป็นรูปแบบที่สามารถผลิตเบนไนท์ ทรอสไทต์ ซอร์ไบต์ และเพอร์ไลต์ได้ หากเกิดการเย็นตัวของการชุบแข็งที่ความเร็วที่ต่ำกว่า, การแปลงแบบกระจาย, กลไกของพวกมันได้อธิบายไว้ข้างต้น

ทรอสไทต์เป็นเพอร์ไลต์ซึ่งมีการกระจายตัวในระดับสูง มันเกิดขึ้นเมื่อความร้อนลดลง100˚Сต่อวินาที เฟอร์ไรท์และซีเมนต์เม็ดเล็กๆ จำนวนมากกระจายไปทั่วทั้งระนาบ ซีเมนต์ไทต์ที่ "ชุบแข็ง" มีลักษณะเป็นแผ่นลามิเนต และทรอสไทต์ที่ได้รับจากการแบ่งเบาบรรเทาในภายหลังจะมีการมองเห็นที่ละเอียด ความแข็ง - 600-650 HB.

Bainite เป็นระยะกลางซึ่งเป็นส่วนผสมของผลึกของเฟอร์ไรท์คาร์บอนสูงและซีเมนต์ที่มีการกระจายตัวมากขึ้น ในแง่ของคุณสมบัติทางกลและเทคโนโลยี มันด้อยกว่ามาร์เทนไซต์ แต่มากกว่าทรอสไทต์ มันถูกสร้างขึ้นในช่วงอุณหภูมิเมื่อไม่สามารถแพร่ได้ และแรงอัดและการเคลื่อนไหวของโครงสร้างผลึกเพื่อเปลี่ยนเป็นมาร์เทนซิติกยังไม่เพียงพอ

ซอร์บิทอลเป็นเฟสไข่มุกที่มีลักษณะหยาบคล้ายเข็มเมื่อถูกทำให้เย็นลงที่อัตรา 10˚С ต่อวินาที คุณสมบัติทางกลอยู่ตรงกลางระหว่างไข่มุกและทรอสไทต์

เพอร์ไลต์คือส่วนผสมของเกรนของเฟอร์ไรท์และซีเมนต์ ซึ่งอาจเป็นเม็ดหรือแผ่น เกิดขึ้นจากการสลายตัวของออสเทนไนต์อย่างราบรื่นด้วยอัตราการเย็นตัวที่ 1˚C ต่อวินาที

Beitite และ troostite มีความเกี่ยวข้องกับโครงสร้างการชุบแข็งมากกว่า ในขณะที่ซอร์ไบท์และเพอร์ไลต์ยังสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการแบ่งเบาบรรเทา การหลอม และการทำให้เป็นมาตรฐาน ซึ่งคุณสมบัติที่กำหนดรูปร่างของเมล็ดพืชและขนาดของเมล็ดพืช

ผลของการหลอมต่อคุณสมบัติการสลายตัวของออสเทนไนต์

ในทางปฏิบัติทุกประเภทของการหลอมและการทำให้เป็นมาตรฐานนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงส่วนกลับของออสเทนไนต์ การอบอ่อนแบบเต็มและไม่สมบูรณ์ถูกนำไปใช้กับเหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์ ชิ้นส่วนถูกทำให้ร้อนในเตาหลอมเหนือจุดวิกฤต Ac₃ และ Ac_{1 ตามลำดับ ประเภทแรกมีลักษณะเฉพาะด้วยระยะเวลาการยึดเกาะที่ยาวนาน ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเปลี่ยนแปลงที่สมบูรณ์: เฟอร์ไรท์-ออสเทนไนต์ และเพิร์ลไลท์-ออสเทนไนต์ ตามด้วยการทำให้ชิ้นงานในเตาเย็นลงอย่างช้าๆ ที่ทางออกจะได้รับส่วนผสมของเฟอร์ไรท์และเพิร์ลไลต์ที่กระจายตัวอย่างประณีต ปราศจากความเค้นภายใน พลาสติกและทนทาน การหลอมที่ไม่สมบูรณ์นั้นใช้พลังงานน้อยกว่าและเปลี่ยนโครงสร้างของเพิร์ลไลท์เท่านั้น ทำให้เฟอร์ไรท์แทบไม่เปลี่ยนแปลง การทำให้เป็นมาตรฐานหมายถึงอัตราการลดลงของอุณหภูมิที่สูงขึ้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างพลาสติกที่หยาบกว่าและน้อยกว่าที่ทางออก สำหรับโลหะผสมเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอน 0.8 ถึง 1.3% เมื่อเย็นตัวลง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการทำให้เป็นมาตรฐาน การสลายตัวจะเกิดขึ้นในทิศทาง: ออสเทนไนต์-เพิร์ลไลต์ และออสเทนไนต์-ซีเมนต์ไทต์}

การอบชุบด้วยความร้อนอีกประเภทหนึ่งตามการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างคือการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน ใช้ได้กับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ มันบ่งบอกถึงความสำเร็จที่แน่นอนของสถานะเนื้อหยาบออสเทนนิติกที่อุณหภูมิ 1,000-1200 ° C และการสัมผัสในเตาเผานานถึง 15 ชั่วโมง กระบวนการไอโซเทอร์มอลยังคงดำเนินต่อไปด้วยการระบายความร้อนช้า ซึ่งช่วยให้โครงสร้างโลหะมีความสม่ำเสมอ

การอบอ่อนด้วยความร้อน

แต่ละวิธีที่มีอิทธิพลต่อโลหะเพื่อให้เข้าใจง่ายถือเป็นการเปลี่ยนแปลงไอโซเทอร์มอลของออสเทนไนต์ อย่างไรก็ตามแต่ละคนมีคุณลักษณะเฉพาะในแต่ละขั้นตอนเท่านั้น ในความเป็นจริง การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นพร้อมกับความร้อนที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง ความเร็วเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์

วิธีหนึ่งที่ใกล้เคียงที่สุดกับสภาวะที่เหมาะสมที่สุดคือการอบอ่อนด้วยความร้อน สาระสำคัญของมันยังประกอบด้วยการให้ความร้อนและการถือครองจนกระทั่งการสลายตัวของโครงสร้างทั้งหมดเป็นออสเทนไนต์อย่างสมบูรณ์ การระบายความร้อนดำเนินการในหลายขั้นตอน ซึ่งทำให้การสลายตัวช้าลง นานขึ้น และมีเสถียรภาพทางความร้อนมากขึ้น

1. อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วถึง 100˚C ต่ำกว่าจุด Ac_1.
2. บังคับเก็บค่าที่ได้มา (โดยการวางในเตาหลอม) เป็นเวลานานจนกว่ากระบวนการของการก่อตัวของเฟสเฟอร์ไรต์ - เพิร์ลไลต์จะเสร็จสิ้น
3. เย็นในอากาศนิ่ง

วิธีการนี้ยังใช้ได้กับเหล็กอัลลอยด์ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะจากการมีอยู่ของออสเทนไนต์ตกค้างในสถานะระบายความร้อนด้วย

เหล็กออสเทนไนต์และเหล็กออสเทนนิติกที่เก็บรักษาไว้

บางครั้งอาจสลายตัวไม่สมบูรณ์ได้เมื่อมีออสเทนไนต์ตกค้างอยู่ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในสถานการณ์ต่อไปนี้:

1. เย็นเร็วเกินไปเมื่อไม่เกิดการสลายตัวทั้งหมด เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของ bainite หรือ martensite
2. เหล็กกล้าคาร์บอนสูงหรือเหล็กกล้าผสมต่ำ ซึ่งกระบวนการของการเปลี่ยนรูปแบบออสเทนนิติกนั้นซับซ้อน ต้องใช้วิธีการอบร้อนแบบพิเศษ เช่น การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันหรือการอบอ่อนด้วยอุณหภูมิความร้อน

สำหรับโลหะผสมสูง -ไม่มีกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงที่อธิบายไว้ เหล็กกล้าผสมนิกเกิล แมงกานีส โครเมียม มีส่วนทำให้เกิดออสเทนไนต์เป็นโครงสร้างหลักที่แข็งแรง ซึ่งไม่ต้องการอิทธิพลเพิ่มเติม เหล็กกล้าออสเทนนิติกมีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อนและทนความร้อน ทนความร้อน และทนต่อสภาพการทำงานที่ก้าวร้าวได้ยาก

ออสเตนไนต์เป็นโครงสร้างที่ไม่มีรูปแบบซึ่งไม่มีการให้ความร้อนของเหล็กที่อุณหภูมิสูงและเกี่ยวข้องกับวิธีการอบชุบด้วยความร้อนเกือบทั้งหมด เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลและเทคโนโลยี