Понимание 5 ключевых факторов, влияющих на точку Ms в стали

1. Влияние химического состава

Вообще говоря, точка Ms в основном зависит от химического состава стали, из которого наиболее существенное влияние оказывает содержание углерода.

С увеличением содержания углерода в стали температурный диапазон мартенситного превращения уменьшается, как показано на рис. 1.

Рис. 1 Влияние Содержание углерода на Ms и Mf

С увеличением содержания углерода изменения точек Ms и Mf не совсем последовательны, а точка Ms демонстрирует относительно равномерное непрерывное снижение;

При содержании углерода менее 0,6% точка Mf снижается более значительно, чем точка Ms, что расширяет температурный диапазон мартенситного превращения (Ms Mf).

Однако, когда содержание углерода превышает 0,6%, точка Mf снижается медленно, и поскольку точка Mf опустилась ниже 0 ℃, остается больше остаточных продуктов. аустенит в структуре при комнатной температуре после закалки.

Влияние N на точку Ms аналогично влиянию C.

Как и C, N образует в стали интерстициальный твердый раствор, который оказывает упрочняющее действие на фазы γ и α, но особенно на фазу α, тем самым повышая сопротивление сдвигу при мартенситном превращении и увеличивая движущую силу превращения.

В то же время C и N являются элементами, стабилизирующими фазу.

Они снижают равновесную температуру T0 фазового перехода γ → α, поэтому сильно уменьшают точку Ms.

Обычные легирующие элементы в стали могут снижать точку Ms, но эффект не столь значителен, как у углерода.

Только Al и Co поднимают точку Ms (как показано на рис. 2).

Рис. 2 Влияние элементов сплава на точку Ms ферросплава

Элементы, снижающие точку Ms, расположены в порядке убывания интенсивности их влияния: Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, W, V, Ti.

Среди них W, V, TI и другие сильные карбидообразующие элементы в основном существуют в виде карбидов в стали, и они редко растворяются в аустенит во время закалки и нагрева, поэтому они оказывают незначительное влияние на точку Ms.

Влияние легирующих элементов на точку Ms в основном зависит от их влияния на равновесную температуру T₀ и упрочняющее действие на аустенит.

Все элементы (например, C), которые резко уменьшают T₀ температура и укрепление аустенита резко снижают точку Ms.

Mn, Cr, Ni и т.д. не только снижают T₀ температура, но при этом немного повышается аустенитная прочность, поэтому они также снижают точку Ms.

Al, Co, Si, Mo, W, V, Ti и т.д. увеличивают T₀ температуры, но и в разной степени повышают прочность аустенита.

Итак,

① Если первое играет большую роль, то точка Ms повышается, например, Al и Co;

② Если последний имеет больший эффект, то точка Ms будет снижена, например, Mo, W, V, Ti;

③ Когда две функции примерно эквивалентны, это мало влияет на точку Ms, например, Si.

На самом деле, взаимодействие между сплавом стальные элементы очень сложная, и точка Ms стали в основном зависит от испытаний.

Обычно считается, что все легирующие элементы, снижающие точку Ms, также снижают точку Mf.

2. Влияние деформации и напряжения

Как уже говорилось ранее, мартенситное превращение будет происходить при пластической деформации аустенита между Md Ms.

Аналогично, пластическая деформация между Ms Mf также может способствовать мартенситному превращению и усиливать мартенситное превращение.

В целом, чем больше деформация и чем ниже температура деформации, тем больше деформация, вызванная мартенсит переменные преобразования.

Поскольку мартенситное превращение неизбежно приводит к увеличению объема, разнонаправленное сжимающее напряжение предотвращает образование мартенсита, тем самым снижая точку Ms.

Однако растягивающие или однонаправленные сжимающие напряжения часто способствуют образованию мартенсита, что приводит к повышению точки Ms.

3. Влияние условий аустенизации

Влияние температуры нагрева и времени выдержки на точку Ms является сложным.

Повышение температуры нагрева и увеличение времени выдержки способствуют дальнейшему растворению углерода и элементов сплава в аустените, что снижает точку Ms, но в то же время вызывает рост зерен аустенита, уменьшение его кристаллических дефектов и снижение сопротивления сдвигу при образовании мартенсита, что повышает точку Ms.

В общем случае, при отсутствии изменений в химическом составе, то есть при условии полной аустенизации, повышение температуры нагрева и удлинение времени выдержки приведет к увеличению точки Ms;

В условиях неполного нагрева повышение температуры или увеличение времени приводит к увеличению содержания углерода и легирующих элементов в аустените, что приводит к снижению точки Ms.

При условии постоянного состава аустенита прочность аустенита увеличивается, а сопротивление сдвигу при мартенситном превращении возрастает при измельчении зерна, что приводит к снижению точки Ms.

Однако если измельчение зерна не оказывает существенного влияния на сопротивление сдвигу, то оно не оказывает существенного влияния на точку Ms.

4. Влияние скорости охлаждения при закалке

Влияние скорости охлаждения при закалке на точку Ms показано на рис. 3.

Рис. 3 Влияние скорости закалки на точку Ms стали Fe-0.5% C-2.05% NI

При низкой скорости закалки точка Ms остается постоянной, образуя нижнюю ступеньку, которая эквивалентна номинальной точке Ms стали.

Когда скорость закалки очень высока, возникает еще один этап, на котором точка Ms остается постоянной.

Между двумя указанными выше скоростями закалки точка Ms увеличивается с ростом скорости закалки.

Эти явления можно объяснить следующим образом:

Предполагается, что распределение C в аустените в процессе фазового превращения неравномерно, и сегрегация происходит на дефектах, таких как дислокации, образуя "атомную воздушную массу C".

Размер этой "воздушной массы" зависит от температуры.

При высокой температуре способность атомов к диффузии сильна, а тенденция к сегрегации атомов C мала, поэтому размер "воздушной массы" также невелик.

Однако при понижении температуры диффузия атомов уменьшается, тенденция атомов C к сегрегации возрастает, а размер внутренней "воздушной массы" увеличивается с понижением температуры.

При нормальных условиях закалки эти "воздушные массы" могут достигать размеров, достаточных для укрепления аустенита.

Однако чрезвычайно высокая скорость закалки препятствует образованию "воздушной массы", что приводит к ослаблению аустенита и снижению сопротивления сдвигу при мартенситном превращении, тем самым повышая точку Ms.

Однако, когда скорость охлаждения достаточно высока, изгиб "воздушной массы" сдерживается, и точка Ms больше не увеличивается с ростом скорости закалки.

5. Влияние магнитного поля

Испытание показало, что при закалке и охлаждении стали в магнитном поле приложенное магнитное поле вызывает мартенситное превращение.

По сравнению с точкой без магнитного поля точка Ms повышается, а мартенситное превращение при той же температуре увеличивается.

Однако внешнее магнитное поле только заставляет точку Ms подниматься, но не влияет на поведение фазового перехода ниже точки Ms.

Рис. 4 Влияние внешнего магнитного поля на процесс мартенситного превращения

Как показано на рис. 4, приложенное магнитное поле увеличивает Ms до Ms' во время закалки и охлаждения, но тенденция роста вращательной переменной в основном соответствует таковой без магнитного поля.

Если приложенное магнитное поле снять до окончания фазового превращения, то фазовое превращение немедленно вернется в состояние, когда магнитное поле не приложено, и конечная величина мартенсита не изменится.

Причина влияния внешнего магнитного поля на мартенситное превращение заключается в том, что внешнее магнитное поле делает мартенситную фазу с максимальной силой магнитного насыщения более стабильной.

Рис. 5 Термодинамическая диаграмма подъема точки Ms под действием внешнего магнитного поля

Как показано на рис. 5, свободная энергия мартенсита уменьшается в магнитном поле, в то время как магнитное поле оказывает незначительное влияние на свободную энергию неферромагнитного аустенита.

Поэтому температура двухфазного равновесия T0 повышается, и точка Ms также повышается. Можно также считать, что внешнее магнитное поле фактически компенсирует часть химической движущей силы магнитной энергией, и мартенситное превращение может происходить выше точки Ms за счет магнитной индукции.

С термодинамической точки зрения это явление очень похоже на мартенситное превращение, вызванное деформацией.

6. Заключение

Представляя этот вопрос, мы должны четко представлять себе пять факторов, влияющих на очки Ms.

Конечно, регулярное изучение этих пунктов знаний также сыграет полезную роль в нашем понимании пунктов знаний.