Memahami 5 Faktor Utama yang Mempengaruhi Titik Ms pada Baja

1. 1. Pengaruh komposisi kimia

Secara umum, titik Ms terutama bergantung pada komposisi kimia baja, di mana kandungan karbon memiliki efek yang paling signifikan.

Dengan meningkatnya kandungan karbon dalam baja, kisaran suhu transformasi martensitik menurun, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 1.

Gbr. 1 Pengaruh Kandungan Karbon pada Ms dan Mf

Dengan bertambahnya kandungan karbon, perubahan titik Ms dan titik Mf tidak sepenuhnya konsisten, dan titik Ms menunjukkan penurunan yang relatif seragam secara terus menerus;

Apabila kandungan karbon kurang dari 0,6%, titik Mf menurun lebih signifikan daripada titik Ms, sehingga memperluas kisaran suhu transformasi martensit (Ms Mf).

Namun, ketika kandungan karbon lebih besar dari 0,6%, titik Mf menurun secara perlahan, dan karena titik Mf telah turun di bawah 0, ada lebih banyak residu austenit dalam struktur suhu ruangan setelah pendinginan.

Efek N pada titik Ms mirip dengan efek C.

Seperti C, N membentuk larutan padat interstisial dalam baja, yang memiliki efek penguatan larutan padat pada fasa γ dan fasa α, tetapi terutama pada fasa α, sehingga meningkatkan ketahanan geser transformasi martensitik dan meningkatkan kekuatan pendorong transformasi.

Pada saat yang sama, C dan N juga merupakan elemen yang menstabilkan fase.

Mereka mengurangi suhu kesetimbangan T0 dari transisi fase γ → α', sehingga sangat mengurangi titik Ms.

Unsur-unsur paduan umum dalam baja dapat mengurangi titik Ms, tetapi efeknya tidak sesignifikan karbon.

Hanya Al dan Co yang menaikkan titik Ms (seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 2).

Gbr. 2 Pengaruh elemen paduan pada titik Ms ferroalloy

Elemen-elemen yang mengurangi titik Ms disusun berdasarkan urutan intensitas pengaruhnya: Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, W, V, Ti.

Di antara mereka, W, V, TI dan elemen pembentuk karbida kuat lainnya sebagian besar ada dalam bentuk karbida dalam baja, dan mereka jarang dilarutkan dalam austenit selama pendinginan dan pemanasan, sehingga tidak banyak berpengaruh pada titik Ms.

Pengaruh elemen paduan pada titik Ms terutama bergantung pada pengaruhnya pada suhu kesetimbangan T₀ dan efek penguatan pada austenit.

Semua elemen (seperti C) yang secara tajam mengurangi T₀ suhu dan memperkuat austenit secara tajam mengurangi titik Ms.

Mn, Cr, Ni, dll. tidak hanya mengurangi T₀ tetapi juga sedikit meningkatkan kekuatan austenitik, sehingga juga mengurangi titik Ms.

Al, Co, Si, Mo, W, V, Ti, dll. Semuanya meningkatkan T₀ suhu, tetapi juga meningkatkan kekuatan austenit ke berbagai tingkat.

Jadi,

① Jika yang pertama memainkan peran yang lebih besar, poin Ms akan naik, seperti Al and Co;

② Jika yang terakhir memiliki efek yang lebih besar, titik Ms akan diturunkan, seperti Mo, W, V, Ti;

③ Apabila kedua fungsi secara kasar setara, maka, hal ini tidak banyak berpengaruh pada titik Ms, seperti Si.

Bahkan, interaksi antara paduan elemen dalam baja sangat kompleks, dan titik Ms baja terutama bergantung pada pengujian.

Secara umum diyakini bahwa semua elemen paduan yang mengurangi titik Ms juga mengurangi titik Mf.

2. Pengaruh deformasi dan tegangan

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, transformasi martensit akan diinduksi ketika austenit terdeformasi secara plastis antara Md Ms.

Demikian pula, deformasi plastis antara Ms Mf juga dapat mendorong transformasi martensitik dan meningkatkan transformasi martensitik.

Secara umum, semakin besar deformasi dan semakin rendah suhu deformasi, semakin banyak deformasi yang diinduksi martensit variabel transformasi.

Karena transformasi martensit pasti akan menghasilkan ekspansi volume, tegangan tekan multi-arah akan mencegah pembentukan martensit, sehingga mengurangi titik Ms.

Namun, tegangan tarik atau tegangan tekan searah sering kali kondusif untuk pembentukan martensit, yang membuat titik Ms naik.

3. Pengaruh kondisi austenisasi

Pengaruh suhu pemanasan dan waktu penahanan pada titik Ms sangat kompleks.

Peningkatan suhu pemanasan dan perpanjangan waktu penahanan kondusif untuk pembubaran lebih lanjut dari karbon dan elemen paduan menjadi austenit, yang akan mengurangi titik Ms, tetapi pada saat yang sama, itu akan menyebabkan pertumbuhan butiran austenit, mengurangi cacat kristalnya, dan mengurangi ketahanan geser selama pembentukan martensit, sehingga meningkatkan titik Ms.

Secara umum, jika tidak ada perubahan komposisi kimia, yaitu, dalam kondisi austenisasi sempurna, meningkatkan suhu pemanasan dan memperpanjang waktu penahanan akan meningkatkan titik Ms;

Dalam kondisi pemanasan yang tidak sempurna, meningkatkan suhu atau memperpanjang waktu akan meningkatkan kandungan karbon dan elemen paduan dalam austenit, yang menyebabkan penurunan titik Ms.

Dalam kondisi komposisi austenit konstan, kekuatan austenit akan meningkat dan ketahanan geser transformasi martensit akan meningkat ketika butiran diperhalus, yang akan mengurangi titik Ms.

Namun demikian, apabila penghalusan butir tidak secara signifikan memengaruhi ketahanan geser, maka hal ini hanya berpengaruh kecil pada titik Ms.

4. Pengaruh laju pendinginan pendinginan

Pengaruh laju pendinginan quenching pada titik Ms ditunjukkan pada Gbr. 3.

Gbr. 3 Pengaruh Kecepatan Quenching terhadap Titik Ms Baja NI Fe-0.5% C-2.05%

Apabila kecepatan pendinginan rendah, titik Ms tetap konstan, membentuk langkah yang lebih rendah, yang setara dengan titik Ms nominal baja.

Apabila kecepatan pendinginan sangat tinggi, langkah lain terjadi di mana titik Ms tetap konstan.

Di antara dua kecepatan pendinginan di atas, titik Ms meningkat dengan meningkatnya kecepatan pendinginan.

Fenomena di atas dapat dijelaskan sebagai berikut:

Diasumsikan bahwa distribusi C dalam austenit selama transformasi fasa tidak merata, dan segregasi terjadi pada cacat seperti dislokasi, membentuk "massa udara atom C".

Ukuran "massa udara" ini terkait dengan suhu.

Di bawah suhu tinggi, kemampuan difusi atom kuat, dan kecenderungan pemisahan atom C kecil, sehingga ukuran "massa udara" juga kecil.

Namun demikian, apabila suhu menurun, difusivitas atom menurun, kecenderungan atom C untuk memisahkan diri meningkat, dan ukuran "massa udara" bagian dalam meningkat seiring dengan penurunan suhu.

Dalam kondisi pendinginan normal, "massa udara" ini dapat mencapai ukuran yang cukup untuk memperkuat austenit.

Namun demikian, kecepatan pendinginan yang sangat cepat menghambat pembentukan "massa udara", yang menyebabkan melemahnya austenit dan berkurangnya tahanan geser selama transformasi martensit, sehingga meningkatkan titik Ms.

Namun demikian, apabila laju pendinginan cukup tinggi, pembengkokan "massa udara" tertahan, dan titik Ms tidak lagi meningkat seiring dengan peningkatan laju pendinginan.

5. Efek medan magnet

Pengujian menunjukkan bahwa ketika baja dipadamkan dan didinginkan dalam medan magnet, medan magnet yang diterapkan akan menginduksi transformasi martensit.

Dibandingkan dengan tanpa medan magnet, titik Ms meningkat, dan transformasi martensit pada suhu yang sama meningkat.

Namun demikian, medan magnet eksternal hanya membuat titik Ms naik, tetapi tidak berpengaruh pada perilaku transisi fase di bawah titik Ms.

Gbr. 4 Pengaruh medan magnet eksternal pada proses transformasi martensit

Seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 4, medan magnet yang diterapkan meningkatkan Ms ke Ms' selama pendinginan dan pendinginan, tetapi tren peningkatan variabel rotasi pada dasarnya konsisten dengan tanpa medan magnet.

Ketika medan magnet yang diterapkan dihilangkan sebelum transformasi fasa selesai, transformasi fasa akan segera kembali ke keadaan ketika medan magnet tidak diterapkan, dan jumlah transformasi akhir martensit tidak akan berubah.

Alasan mengapa medan magnet eksternal mempengaruhi transformasi martensit adalah karena medan magnet eksternal membuat fasa martensit dengan kekuatan saturasi magnetik maksimum menjadi lebih stabil.

Gbr. 5 Diagram termodinamika kenaikan titik Ms yang disebabkan oleh medan magnet eksternal

Seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 5, energi bebas martensit berkurang dalam medan magnet, sedangkan medan magnet memiliki sedikit efek pada energi bebas austenit non feromagnetik.

Oleh karena itu, suhu kesetimbangan dua fase T0 meningkat, dan titik Ms juga meningkat. Dapat juga dianggap bahwa medan magnet eksternal sebenarnya mengkompensasi sebagian gaya penggerak kimiawi dengan energi magnetik, dan transformasi martensit dapat terjadi di atas titik Ms karena induksi magnetik.

Fenomena ini sangat mirip dengan transformasi martensit yang diinduksi deformasi dari sudut pandang termodinamika.

6. Kesimpulan

Melalui pengenalan masalah ini, kita harus memahami dengan jelas mengenai lima faktor yang memengaruhi poin Ms.

Tentu saja, tinjauan rutin terhadap poin-poin pengetahuan ini juga akan memainkan peran yang bermanfaat dalam pemahaman kita tentang poin-poin pengetahuan.