Ferriet vs. overgebleven Austeniet: Duidelijke identificatiemethoden

1. Voorwoord

Ik wil graag de identificatie van "ferriet" en "retained Austenite" met jullie delen, als onderdeel van een serie artikelen over de identificatie van soortgelijke structuren in staal.

2. Identificatie van ferriet en behouden austeniet

Omdat ferriet en retained Austenite niet gecorrodeerd zijn, zien ze er allebei wit uit als ze onder een microscoop worden bekeken. Ze kunnen echter gemakkelijk worden verward als ze niet goed worden geobserveerd.

Gelukkig is het relatief eenvoudig om onderscheid te maken tussen de twee structuren door bepaalde methoden onder de knie te krijgen. Twee veelgebruikte methoden zijn:

1. Onderscheid van weefselmorfologie

Ferriet en Behouden Austeniet bestaan vaak naast elkaar in de microstructuur van hypoeutectoïde staal dat afschrikken heeft ondergaan. Er zijn typisch drie vormen van ferriet in deze afgeschrikte delen: polygonaal onopgelost ferriet, massief proeutectoïde ferrieten reticulair of semi-reticulair proeutectoïd ferriet. Al deze vormen van ferriet zien er wit en helder uit.

De veelhoekige en massieve ferrieten hebben goed gedefinieerde grenzen en zijn vaak te vinden in de lege gebieden tussen de naalden van martensiet. Bij nadere inspectie is te zien dat de witte fase en de martensietfase op hetzelfde vlak liggen.

Het reticulaire of semi-reticulaire ferriet is fijn verdeeld langs de oorspronkelijke austenietkorrelgrens.

Behouden Austeniet daarentegen heeft geen goed gedefinieerde grenzen en zijn vorm verandert met de vorm van de martensiet naaldverdeling. Het bestaat meestal niet alleen, maar wordt organisch gecombineerd met het naaldachtige martensiet na afschrikken. Als gevolg daarvan is de kleur iets donkerder dan die van ferriet en is het fenomeen van naaldachtig martensiet vaak vaag zichtbaar.

2. Afgeleid uit warmtebehandelingsproces

Als de verduurzamingstijd van de afschrikwarmte voor hypoeutectoïde staal onvoldoende is of als de temperatuur te laag is, zal er wit veelhoekig onopgelost ferriet verschijnen in de resulterende microstructuur.

Fig. 1 wit veelhoekig onopgelost ferriet

Zoals geïllustreerd in Fig. 1, is de microstructuur van 45 staal dat blussen in water bij 760 ℃ gedurende 25 minuten bestaat uit wit veelhoekig onopgelost ferriet, zwart medium koolstof gedoofd martensiet, lichtgrijs martensiet en een overgebleven austenietmatrix.

Als er veel werkstukken in de oven zijn en de aftaptijd buitensporig lang is, zal de koelsnelheid van de werkstukken groter zijn dan de koelsnelheid in een gloeien oven maar minder dan de normaliserende luchtkoelsnelheid. Als de werkstukken echter te lang in de lucht worden gelaten na het tappen, zal de resulterende microstructuur massief proeutectoïde ferriet bevatten.

Fig. 2 wit massief proeutectoïd ferriet

Zoals weergegeven in Fig. 2, werd de microstructuur van 45 staal verkregen na verwarming bij 840°C gedurende 25 minuten, gevolgd door afschrikken in water en vervolgens ontlaten bij 600°C gedurende 60 minuten. De witte massieve structuur is eutectoïde ferriet, terwijl de resterende structuur getemperd sorbiet is.

Dit resultaat werd veroorzaakt doordat er tijdens de test meerdere werkstukken in de verwarmingsoven aanwezig waren en de ovendeur tijdens het afschrikken niet gesloten werd gehouden, zoals vereist. In plaats daarvan werd de ovendeur opengehouden nadat het eerste monster was afgekoeld en tot het laatste monster was afgekoeld.

Als gevolg hiervan vertoonde in de latere stadia van afschrikken ongeveer de helft van de afgeschrikte monsters massief proeutectoïd ferriet. Deze hoeveelheid nam toe van minder naar meer met het verlengen van de afschriktijd, waarbij de hoeveelheid massief proeutectoïd ferriet in het laatste afgeschrikte monster opliep tot 40% (volumefractie).

Als gevolg van de open ovendeur was, wanneer de temperatuur van de werkstukken in de oven lager was dan AC3, de koelsnelheid van de werkstukken hoger dan die van koeling (gelijk aan gloeien) maar lager dan die van luchtkoeling (gelijk aan normaliseren). Dit resulteerde in het neerslaan van massief proeutectoïd ferriet.

Als de afschrikkoelsnelheid niet voldoende was, werd het proeutectoïde ferriet in het staal over het algemeen verdeeld langs de oorspronkelijke austenietkorrelgrens in de vorm van een netwerk of semi-netwerk.

Fig. 3 wit reticulair proeutectoïd ferriet

Zoals te zien is in Fig. 3, is de microstructuur van 45 staal na verhitting bij 900°C gedurende 25 minuten en olieafkoeling bestaat uit wit fijnmazig pre-eutectoïd ferriet, zwart geblust troostiet, vederlicht bainiet, lichtgrijs martensiet en een overgebleven austenietmatrix.

Het restausteniet, dat niet op hetzelfde vlak ligt als het martensiet, is alleen zichtbaar in de afgeschrikte structuur als de afschrikwarmte sterk oververhit is. Bij normaal afschrikken is de restausteniet niet prominent aanwezig.

Fig. 4 wit behouden austeniet

Zoals getoond in Fig. 4, bestaat de microstructuur van 45 staal na verhitting bij 900°C gedurende 25 minuten en afschrikken in water uit zwart afgeschrikte martensiet met gemiddelde koolstof en witte overblijvende austeniet.

De vorm van het overblijvende austeniet verandert afhankelijk van de hoek waaronder het het martensiet snijdt.

3. Conclusie

In dit artikel presenteren we de methoden voor het identificeren van ferriet en behouden austeniet. We hopen dat je deze informatie nuttig vindt.

Er moet ook worden opgemerkt dat een grondig begrip van het ijzer-koolstof fasediagram, in combinatie met de perspectieven die in het artikel worden besproken, het identificatieproces veel gemakkelijker zal maken.