Pourquoi l'acier change-t-il de structure dans différentes conditions ? Cet article explore les cinq facteurs critiques qui influencent le point de départ de la martensite (Ms) dans l'acier. De la composition chimique et des contraintes de déformation aux taux de trempe, aux conditions d'austénitisation et même aux champs magnétiques, ces variables dictent le comportement de transformation de l'acier. La compréhension de ces facteurs vous permettra d'optimiser les propriétés mécaniques de l'acier pour diverses applications. Lisez la suite pour découvrir l'impact de chaque élément sur les performances de l'acier.
D'une manière générale, le point Ms dépend principalement de la composition chimique de l'acier, dont la teneur en carbone a l'effet le plus significatif.
Avec l'augmentation de la teneur en carbone de l'acier, la plage de température de la transformation martensitique diminue, comme le montre la figure 1.
Fig. 1 Effet de la Teneur en carbone sur Ms et Mf
Avec l'augmentation de la teneur en carbone, les changements du point Ms et du point Mf ne sont pas complètement cohérents, et le point Ms montre une baisse continue relativement uniforme ;
Lorsque la teneur en carbone est inférieure à 0,6%, le point Mf diminue de manière plus significative que le point Ms, ce qui élargit la plage de température de la transformation martensitique (Ms Mf).
Cependant, lorsque la teneur en carbone est supérieure à 0,6%, le point Mf diminue lentement, et comme le point Mf est descendu en dessous de 0 ℃, il y a plus de résidus dans le produit. austénite dans la structure à température ambiante après la trempe.
L'effet de N sur le point Ms est similaire à celui de C.
Comme le C, le N forme une solution solide interstitielle dans l'acier, qui a un effet de renforcement de la solution solide sur la phase γ et la phase α, mais surtout sur la phase α, augmentant ainsi la résistance au cisaillement de la transformation martensitique et augmentant la force motrice de la transformation.
En même temps, C et N sont aussi des éléments qui stabilisent une phase.
Ils réduisent la température d'équilibre T0 de la transition de phase γ → α et réduisent donc fortement le point Ms.
Les éléments d'alliage courants dans l'acier peuvent réduire le point Ms, mais l'effet n'est pas aussi important que celui du carbone.
Seuls l'Al et le Co relèvent le point Ms (comme le montre la figure 2).
Fig. 2 Effet des éléments d'alliage sur le point Ms du ferro-alliage
Les éléments réduisant le point Ms sont classés dans l'ordre de l'intensité de leur influence : Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, W, V, Ti.
Parmi eux, W, V, TI et d'autres éléments formant des carbures puissants existent principalement sous forme de carbures dans l'acier, et ils sont rarement dissous dans l'eau. austénite pendant la trempe et le chauffage, et ont donc peu d'effet sur le point Ms.
L'influence des éléments d'alliage sur le point Ms dépend principalement de leur influence sur la température d'équilibre T0 et l'effet de renforcement sur l'austénite.
Tous les éléments (tels que C) qui réduisent fortement T0 température et renforcer l'austénite réduisent fortement le point Ms.
Mn, Cr, Ni, etc. réduisent non seulement la T0 mais augmentent aussi légèrement la résistance austénitique, de sorte qu'ils réduisent également le point Ms.
Al, Co, Si, Mo, W, V, Ti, etc. augmentent tous le T0 mais augmentent également la résistance de l'austénite à des degrés divers.
Ainsi,
① Si le premier joue un rôle plus important, le point Ms augmentera, comme Al et Co ;
② Si ce dernier a un effet plus important, le point Ms sera abaissé, comme Mo, W, V, Ti ;
③ Lorsque les deux fonctions sont à peu près équivalentes, cela a peu d'effet sur le point Ms, tel que Si.
En fait, l'interaction entre l'alliage éléments en acier est très complexe, et le point Ms de l'acier dépend principalement du test.
On considère généralement que tous les éléments d'alliage qui réduisent le point Ms réduisent également le point Mf.
Comme indiqué précédemment, la transformation martensitique est induite lorsque l'austénite est déformée plastiquement entre Md Ms.
De même, la déformation plastique entre Ms Mf peut également favoriser la transformation martensitique et augmenter la transformation martensitique.
En général, plus la déformation est importante et plus la température de déformation est basse, plus la déformation induite est importante. martensite les variables de transformation.
La transformation de la martensite produisant inévitablement une expansion de volume, la contrainte de compression multidirectionnelle empêchera la formation de martensite, réduisant ainsi le point Ms.
Cependant, une contrainte de traction ou de compression unidirectionnelle est souvent propice à la formation de martensite, ce qui fait augmenter le point Ms.
L'influence de la température de chauffage et du temps de maintien sur le point Ms est complexe.
L'augmentation de la température de chauffage et l'allongement de la durée de maintien en température favorisent la poursuite de la dissolution du carbone et des éléments d'alliage dans l'austénite, ce qui réduit le point Ms, mais en même temps, cela provoque la croissance des grains d'austénite, réduit ses défauts cristallins et réduit la résistance au cisaillement pendant la formation de martensite, augmentant ainsi le point Ms.
En général, s'il n'y a pas de changement dans la composition chimique, c'est-à-dire dans des conditions d'austénitisation complète, l'augmentation de la température de chauffage et la prolongation du temps de maintien augmenteront le point Ms ;
En cas de chauffage incomplet, l'augmentation de la température ou la prolongation de la durée augmentera la teneur en carbone et en éléments d'alliage dans l'austénite, ce qui entraînera une diminution du point Ms.
Si la composition de l'austénite est constante, la résistance de l'austénite augmente et la résistance au cisaillement de la transformation martensitique augmente lorsque le grain est affiné, ce qui réduit le point Ms.
Cependant, lorsque le raffinement des grains n'affecte pas de manière significative la résistance au cisaillement, il a peu d'effet sur le point Ms.
L'influence de la vitesse de refroidissement de la trempe sur le point Ms est illustrée à la figure 3.
Fig. 3 Effet de la vitesse de trempe sur le point Ms de l'acier Fe-0.5% C-2.05% NI
Lorsque la vitesse de trempe est faible, le point Ms reste constant, formant un échelon inférieur, équivalent au point Ms nominal de l'acier.
Lorsque la vitesse de trempe est très élevée, une autre étape se produit où le point Ms reste constant.
Entre les deux vitesses de trempe ci-dessus, le point Ms augmente avec la vitesse de trempe.
Ces phénomènes s'expliquent de la manière suivante :
On suppose que la distribution du C dans l'austénite au cours de la transformation de phase est inégale et que la ségrégation se produit au niveau des défauts tels que les dislocations, formant une "masse d'air atomique de C".
La taille de cette "masse d'air" est liée à la température.
À haute température, la capacité de diffusion des atomes est forte et la tendance à la ségrégation des atomes de carbone est faible, de sorte que la taille de la "masse d'air" est également réduite.
Cependant, lorsque la température diminue, la diffusivité atomique diminue, la tendance à la ségrégation des atomes C augmente, et la taille de la "masse d'air" intérieure augmente avec la diminution de la température.
Dans des conditions de trempe normales, ces "masses d'air" peuvent atteindre une taille suffisante pour renforcer l'austénite.
Cependant, la vitesse de trempe extrêmement rapide empêche la formation d'une "masse d'air", qui conduit à l'affaiblissement de l'austénite et à la réduction de la résistance au cisaillement pendant la transformation martensitique, soulevant ainsi le point Ms.
Cependant, lorsque la vitesse de refroidissement est suffisamment élevée, la flexion de la "masse d'air" est limitée et le point Ms n'augmente plus avec l'augmentation de la vitesse de trempe.
Le test montre que lorsque l'acier est trempé et refroidi dans le champ magnétique, le champ magnétique appliqué induit la transformation de la martensite.
Par rapport à la situation sans champ magnétique, le point Ms augmente et la transformation de la martensite à la même température augmente.
Cependant, le champ magnétique externe ne fait qu'augmenter le point Ms, mais n'a aucun effet sur le comportement de la transition de phase en dessous du point Ms.
Fig. 4 Effet du champ magnétique externe sur le processus de transformation de la martensite
Comme le montre la figure 4, le champ magnétique appliqué augmente Ms à Ms' pendant la trempe et le refroidissement, mais la tendance à l'augmentation de la variable de rotation est fondamentalement cohérente avec celle sans champ magnétique.
Lorsque le champ magnétique appliqué est supprimé avant que la transformation de phase ne soit terminée, la transformation de phase revient immédiatement à l'état où le champ magnétique n'est pas appliqué, et la quantité de transformation finale de la martensite ne change pas.
La raison pour laquelle le champ magnétique externe affecte la transformation de la martensite est qu'il rend plus stable la phase de martensite avec la force de saturation magnétique maximale.
Fig. 5 Diagramme thermodynamique de l'élévation du point Ms provoquée par un champ magnétique externe
Comme le montre la figure 5, l'énergie libre de la martensite diminue dans le champ magnétique, tandis que le champ magnétique a peu d'effet sur l'énergie libre de l'austénite non ferromagnétique.
Par conséquent, la température d'équilibre biphasique T0 augmente et le point Ms augmente également. On peut également considérer que le champ magnétique externe compense en fait une partie de la force d'entraînement chimique par de l'énergie magnétique, et que la transformation martensitique peut se produire au-dessus du point Ms en raison de l'induction magnétique.
Ce phénomène est très similaire à la transformation martensitique induite par la déformation du point de vue thermodynamique.
En introduisant cette question, nous devrions être clairs sur les cinq facteurs qui affectent les points Ms.
Bien entendu, l'examen régulier de ces points de connaissance jouera également un rôle bénéfique dans notre compréhension des points de connaissance.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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