Ferrit vs. Restaustenit: Eindeutige Identifizierungsmethoden

1. Vorwort

Im Rahmen einer Reihe von Artikeln über die Identifizierung ähnlicher Strukturen in Stählen möchte ich Ihnen die Identifizierung von "Ferrit" und "Restaustenit" näher bringen.

2. Identifizierung von Ferrit und Restaustenit

Da Ferrit und Restaustenit nicht korrodiert sind, erscheinen beide bei Betrachtung unter dem Mikroskop weiß. Sie können jedoch leicht verwechselt werden, wenn sie nicht richtig beobachtet werden.

Zum Glück ist es relativ einfach, zwischen den beiden Strukturen zu unterscheiden, wenn man bestimmte Methoden beherrscht. Zwei gängige Methoden sind:

1. Unterscheidung zur Gewebemorphologie

Ferrit und Retention Austenit koexistieren oft im Mikrogefüge von untereutektoidem Stahl, der abgeschreckt wurde. In diesen abgeschreckten Teilen gibt es in der Regel drei Formen von Ferrit: polygonaler ungelöster Ferrit, massiver Ferrit Proeutektoidferritund netzförmiger oder halbnetzförmiger proeutectoider Ferrit. Alle diese Ferritformen haben ein weißes und glänzendes Aussehen.

Die polygonalen und massiven Ferrite haben klar definierte Grenzen und befinden sich oft in den leeren Bereichen zwischen den Nadeln der Martensit. Bei näherer Betrachtung kann man erkennen, dass die weiße Phase und die Martensitphase auf derselben Ebene liegen.

Der netzförmige oder halbnetzförmige Ferrit ist entlang der ursprünglichen Austenitkorngrenze fein verteilt.

Der Restaustenit hingegen weist keine klar definierten Grenzen auf, und seine Form ändert sich mit der Form der Martensitnadelverteilung. Er kommt normalerweise nicht allein vor, sondern ist nach dem Abschrecken organisch mit dem nadelartigen Martensit verbunden. Daher ist seine Farbe etwas dunkler als die des Ferrits, und das Phänomen des nadeligen Martensits ist oft nur schwach sichtbar.

2. Abgeleitet aus Wärmebehandlungsverfahren

Wenn die Abschreckwärmekonservierungszeit für untereutektoiden Stahl nicht ausreicht oder die Temperatur zu niedrig ist, erscheint weißer, polygonaler, ungelöster Ferrit im resultierenden Mikrogefüge.

Abb. 1 weißer polygonaler ungelöster Ferrit

Wie in Abb. 1 dargestellt, ist das Mikrogefüge von 45 Stahl, der einer Wasserabschreckung bei 760 ℃ für 25 Minuten besteht aus weißem polygonalem ungelöstem Ferrit, schwarzem abgeschrecktem Martensit mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, hellgrauem Martensit und einer Restaustenitmatrix.

Wenn sich viele Werkstücke im Ofen befinden und die Abstichzeit zu lang ist, ist die Abkühlgeschwindigkeit der Werkstücke größer als die Abkühlgeschwindigkeit in einer Glühen Ofen, aber weniger als die Abkühlgeschwindigkeit der Normalisierungsluft. Werden die Werkstücke nach dem Abstich zu lange an der Luft belassen, enthält das resultierende Mikrogefüge massiven proeutektoiden Ferrit.

Abb. 2 weißer massiver proeutektoider Ferrit

Wie in Abb. 2 dargestellt, wurde das Mikrogefüge von Stahl 45 nach 25-minütigem Erhitzen auf 840 °C, anschließendem Abschrecken mit Wasser und 60-minütigem Anlassen bei 600 °C erhalten. Das weiße massive Gefüge ist eutektoider Ferrit, während das übrige Gefüge angelassener Sorbit ist.

Dieses Ergebnis ist darauf zurückzuführen, dass sich während des Tests mehrere Werkstücke im Heizofen befanden und die Ofentür während des Abschreckens nicht wie vorgeschrieben geschlossen gehalten wurde. Stattdessen wurde die Ofentür nach dem Abschrecken der ersten Probe und bis zum Abschrecken der letzten Probe offen gehalten.

Infolgedessen wies in den späteren Phasen des Abschreckens etwa die Hälfte der abgeschreckten Proben massiven proeutektoiden Ferrit auf. Diese Menge nahm mit zunehmender Abschreckdauer immer mehr zu, wobei der Gehalt an massivem proeutektoiden Ferrit in der letzten abgeschreckten Probe bis zu 40% (Volumenanteil) betrug.

Wenn die Temperatur der Werkstücke im Ofen unter AC3 lag, war die Abkühlungsgeschwindigkeit der Werkstücke aufgrund der offenen Ofentür höher als die der Kühlung (entspricht Glühen), aber niedriger als bei der Luftkühlung (entspricht dem Normalisieren). Dies führte zur Ausscheidung von massivem proeutektoidem Ferrit.

Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Abschrecken nicht ausreichend war, verteilte sich der proeutektoide Ferrit im Stahl im Allgemeinen entlang der ursprünglichen Austenitkorngrenze in Form eines Netzwerks oder Halbnetzwerks.

Abb. 3 weißer netzförmiger proeutectoider Ferrit

Wie in Abb. 3 dargestellt, ist das Gefüge von Stahl 45 nach 25-minütigem Erhitzen auf 900 °C und Ölabschreckung besteht aus weißem, feinmaschigem voreutektoiden Ferrit, schwarzem, abgeschrecktem Troostit, federartigem oberen Bainit, hellgrauem Martensit und einer Restaustenitmatrix.

Der Restaustenit, der nicht auf der gleichen Ebene wie der Martensit liegt, ist im abgeschreckten Gefüge nur bei starker Überhitzung der Abschreckhitze sichtbar. Beim normalen Abschrecken ist der Restaustenit nicht auffällig.

Abb. 4 weißer Restaustenit

Wie in Abb. 4 dargestellt, besteht das Gefüge von Stahl 45 nach dem Erhitzen auf 900°C für 25 Minuten und dem Abschrecken mit Wasser aus schwarzem abgeschrecktem Martensit mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und weißem Restaustenit.

Die Form des Restaustenits ändert sich je nach dem Winkel, in dem er sich mit dem Martensit überschneidet.

3. Schlussfolgerung

In diesem Beitrag stellen wir die Methoden zur Identifizierung von Ferrit und Restaustenit vor. Wir hoffen, dass Sie diese Informationen nützlich finden.

Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass ein gründliches Verständnis des Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramms in Verbindung mit den in diesem Artikel erörterten Perspektiven den Identifizierungsprozess erheblich erleichtern wird.