Bilmeniz Gereken 5 Martenzit Morfolojisi

Su verme ile elde edilen martenzit yapısı, çeliğe mukavemet ve tokluk kazandırmada kritik bir rol oynar.

Bununla birlikte, çeliğin türü, bileşimi ve ısıl işlem koşullarındaki farklılıklar nedeniyle, su verilmiş martenzitin morfolojisi, iç ince yapısı ve mikro çatlaklara duyarlılığı önemli ölçüde değişebilir.

Bu değişikliklerin martenzitin mekanik özellikleri üzerinde derin bir etkisi vardır.

Bu nedenle, martenzitin morfolojik özelliklerinin tam olarak anlaşılması ve morfolojisini etkileyen çeşitli faktörlerin kavranması zorunludur.

1. Martensit morfolojisi

Martenzitin morfolojisi ve ince yapısı, ince film geçirimli elektron mikroskobu kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir.

Araştırma, çelikteki martenzit morfolojisinin çok çeşitli olmasına rağmen, özelliklerinin tipik olarak aşağıdaki kategorilere ayrılabileceğini ortaya koymuştur:

1. Kafes martensit

Lath martensit, düşük ila orta karbonlu çelik, maraging çeliği, paslanmaz çelik ve diğer demir bazlı alaşımlarda oluşan yaygın bir martensit yapısıdır.

Şekil 1'de yumuşak çelikteki lath martensitin tipik yapısı gösterilmektedir.

Şekil 1 Düşük Karbonlu Şerit Martensit 100X Alaşımlı Çelik (0,03% C, 2% Mn)

Bazı çeliklerin mikroyapısı çok sayıda çıta grubundan oluşur, bu nedenle çıta martensit olarak adlandırılır.

Bazı durumlarda, çıta kolayca açığa çıkmaz veya kazınmaz ve bunun yerine bloklu görünür, bu da alternatif adı olan bloklu martensite yol açar.

Bu tür martensitin birincil alt yapısı dislokasyon olduğundan, genellikle dislokasyon martensiti olarak adlandırılır.

Küme martensit birkaç şerit grubundan oluşur ve her şerit grubu belirli bir yönde birbirine kabaca paralel olarak düzenlenmiş yaklaşık eşit büyüklükte birden fazla şeritten oluşur.

Şekil 2, lath martensitin karakteristik özelliği olan lathlar içindeki yüksek yoğunluklu dislokasyonu vurgulamaktadır.

Şekil 2 Düşük sıcaklıktaki ince film iletim mikroyapısı karbon alaşımlı çelik (0,03% C, 2% Mn) 20000X

Ayrıca, çıtalar içinde faz dönüşümü ikizleri bulunabilir, ancak bunlar tipik olarak lokalizedir ve önemli miktarlarda bulunmazlar ve ince yapının birincil formu değildirler.

Çıta martenzit ve ana maddesi arasındaki kristal yönelim ilişkisi ostenit tipik olarak Kurdjumov-Sachs (K-S) ilişkisi olarak adlandırılır ve alışkanlık düzlemi (111)γ'dır.

Bununla birlikte, 18-8 paslanmaz çelik durumunda, lath martensitin alışkanlık düzlemi (225)γ'dır.

Şekil 3, araştırma ile belirlendiği üzere çıta martenzit mikroyapısının kristalografik özelliklerini göstermektedir.

Şekil 3 Çıta martenzit mikroyapısının kristalografik özelliklerinin şematik diyagramı

Paralel olarak düzenlenmiş çıta martenzit demetlerinden oluşan geniş bir alan çıta grubu olarak adlandırılır ve A ile gösterilir.

Tek bir birincil östenit tanesi, tipik olarak 3 ila 5 arasında değişen birkaç çıta grubu içerebilir.

Her bir şerit grubu, şekilde gösterilen B gibi birden fazla paralel bölgeye ayrılabilir.

Bazı durumlarda, korozyon için belirli çözeltiler kullanıldığında, sadece çıta grubunun sınırı görünür, bu da mikroyapının bloklu bir görünümüne neden olur, bu nedenle bloklu martenzit adı verilir.

Renkli aşındırma teknikleri kullanıldığında, örneğin 100cc HCl + 5g CaCl₂ + 100cc CH₃CH solüsyonu, çıta grubu içerisinde siyah ve beyaz tonlar gözlemlenebilir.

Aynı tona sahip bölgeler, aynı yönelime sahip martensit çıtalarına karşılık gelir ve homotropik kirişler olarak adlandırılır.

Kurdjumov-Sachs (K-S) oryantasyon ilişkisine göre, martenzit ana östenitte 24 farklı oryantasyon sergileyebilir ve buna paralel olarak çıta martenzit oluşturabilen altı oryantasyon da dahildir (bkz. Şekil 4).

Şekil 4 Çelikte martenzit (111) γ Düzlem üzerinde şekillendirme sırasında olası yönelim

İzopatik bir demet, çıtalardan birinden dönüştürülmüş bir çıta demetini ifade eder.

Birkaç paralel kolinear demet birleşerek bir şerit grubu oluşturur.

Bazı araştırmacılar, bir çıta grubu içinde sadece iki grubun pozisyonlarını değiştirebileceğini öne sürmektedir.

Bu nedenle, bir çıta grubu tipik olarak birbiriyle dönüşümlü iki hizalanmış çıta demeti grubundan oluşur ve geniş açılı tane sınırlarında da birbiriyle dönüşümlü olabilir. Bununla birlikte, Şekil 3'te C'de gösterildiği gibi, çıta grubunun esas olarak tek bir homotropik demet türünden oluştuğu durumlar da vardır.

Hizalanmış bir demet, Şekil 3'te D ile gösterildiği gibi paralel olarak düzenlenmiş şeritlerden oluşur.

Bu senaryo, Şekil 5'te gösterildiği gibi elektron mikroskobu aracılığıyla gözlemlenebilir.

Şekil 5 Fe-0.2% C alaşımında izotropik çıta martenzit kirişindeki bazı mikroyapılar (geçirimli elektron mikrografı)

Fe-0.2% C alaşımındaki araştırma sonuçlarına göre, şerit genişliği dağılımı Şekil 6'da gösterildiği gibi lognormal bir dağılımdır.

Şekil 6 Film ve replika teknolojisinin şerit dağılımı

Şekilden de görüldüğü üzere, en yüksek görülme sıklığına sahip çıta genişliği 0,15 ila 0,20μm arasında değişmektedir ve dağılım eğrisi büyük ölçüde daha küçük boyutlu çıtalara doğru eğimlidir. Bununla birlikte, çıtaların küçük bir kısmı 1 ila 2μm genişliğe sahiptir.

Şekil 7, daha büyük çıtaların genellikle çıta demeti boyunca dağıldığını göstermektedir, bu da çıta demeti mikroyapısının temel bir özelliğidir.

Şekil 7 Fe-0.2% C alaşımında lath martensitin mikroyapısı (geçirimli elektron mikrografı)

Deneysel sonuçlar, östenitleme sıcaklığının değiştirilmesinin östenit tane boyutunu değiştirdiğini ancak çıtanın genişlik dağılımı üzerinde minimum etkiye sahip olduğunu göstermektedir.

Bununla birlikte, östenit tane boyutu arttıkça çıta grubunun boyutu artarken, ikisi arasındaki oran yaklaşık olarak sabit kalır. Böylece, bir östenitik tanede üretilen çıta gruplarının sayısı tipik olarak değişmeden kalır.

İnce film elektron mikroskobu ölçümleri, birim martenzit hacmindeki çıta sınırı alanının yaklaşık 65000 cm²/cm³ olduğunu göstermektedir.

Çıta demetindeki küçük açılı kristal sınırlarının alanı, büyük açılı kristal sınırlarının yaklaşık 5 katıdır.

18-8 paslanmaz çelik bazlı Fe-Cr-Ni alaşımında, hem lath martensit hem de ε'-martensit (yakın paketlenmiş altıgen kafes) üretilebilir, bu da Şekil 8'de gösterildiği gibi Fe-C alaşımından önemli ölçüde farklı bir mikroyapıya neden olur.

Şekil 8 Fe-15% Cr-12&Ni (Ms=- 90°) alaşım çıta martenzitinin mikroyapısı (aqua regia, gliserin korozyonu)

Yapı, çıta grupları veya sempozyum demetleri içermez; bunun yerine, bir ε'-martensit tabakasını çevreleyen ince bir çıta grubu olarak oluşturulur (şekildeki paralel şeritlerde gösterildiği gibi).

Bununla birlikte, bu lath martensitin elektron mikroskobik yapısı Fe-C ve Fe-Ni alaşımlarında bulunanla aynıdır.

2. Pul martensit

Demir serisi alaşımlardaki bir diğer tipik martenzit yapısı, su verilmiş yüksek ve orta karbonlu çeliklerde ve yüksek Ni Fe Ni alaşımlarında yaygın olarak bulunan lamelli martenzittir.

Tipik lamelli martenzit yapısı yüksek karbonlu çelik Şekil 9'da gösterilmiştir.

Şekil 9 T12A çelik 400X'in aşırı ısıtılmış su verme yapısı (1000 ℃'de ısıtılmış, su verilmiş)

Bu özel martenzit türü, bikonveks mercek benzeri şekli nedeniyle merceksi martenzit gibi çeşitli isimlerle bilinir. Asiküler martenzit veya bambu yaprağı martenziti olarak da adlandırılır, çünkü numunenin taşlama yüzeyi ile kesişen bir mikroskop altında gözlemlendiğinde, iğne benzeri veya bambu yaprağı şeklinde yapılar olarak görünür.

Lamel martenzitin alt yapısı esas olarak ikizlerden oluşur ve bu nedenle ikiz martenzit olarak da adlandırılır. Lamel martenzitin mikroyapısı, lamellerin birbirine paralel olmaması ile karakterize edilir.

Tek tip bileşime sahip bir östenitik tane Ms'den biraz daha düşük bir sıcaklığa soğutulduğunda, ilk oluşan martenzit tüm östenitik tane boyunca ilerleyecek ve onu iki yarıya bölecektir. Bu durum, daha sonra oluşan martenzitin boyutunu sınırlandırarak farklı boyutlarda lamelli martenzit oluşmasına neden olur. Şekil 10'da gösterildiği gibi, daha sonra oluşan martenzit pulları daha küçük olma eğilimindedir.

Şekil 10 Lamel martenzitin mikroyapısı

Pulların boyutu neredeyse tamamen östenitin tane boyutuna bağlıdır.

Pul pul martensit genellikle belirgin orta çıkıntı ile görülebilir (bkz. Şekil 11).

Şekil 11 Pul martensit (belirgin orta çıkıntı ile, T12 çeliği 5 saat boyunca 1200 ℃'de karbonlanmış ve 180 ℃'de söndürülmüştür)

Şu anda, orta sırtların oluşum kuralı iyi tanımlanmamıştır.

Lamel martenzitin alışkanlık düzlemi ya (225) γ ya da (259) γ'dır. Ana faz ile oryantasyon ilişkisi ya Kurdjumov-Sachs (K-S) ilişkisi ya da Xishan ilişkisidir.

Şekil 12'de gösterildiği gibi, martenzit, dönüşüm Luan kristalleri olan çok sayıda ince çizgi içerirken, orta eklem kısmındaki bantlı ince kaburgalar orta çıkıntılardır.

Şekil 12 Lamel martenzitin TEM yapısı

Dönüşüm Lüders kristalinin varlığı, lamelli martensitin önemli bir özelliğidir.

Lüders kristallerinin aralığı yaklaşık 50 Å'dur ve genellikle martensit sınırına kadar uzanmaz.

Tabakanın kenarı, genellikle [111] α´ yönünde düzenli olarak düzenlenmiş vida dislokasyonları olduğuna inanılan karmaşık bir dislokasyon dizisine sahiptir.

Lamel martensitindeki dönüşüm Lüders kristali genellikle (112)α´ Lüders kristalidir.

Bununla birlikte, Fe-1.82% C (c/a=1.08) alaşımında, bir (110) Lüders kristali bir (112)α´ Lüders kristali ile karışacaktır.

Lamel martensitin iç alt yapısına bağlı olarak, orta çıkıntıyı merkez alan dönüşüm ikiz alanına (orta kısım) ve ikizsiz alana (lamelin çevresindeki kısımda çıkıklar vardır) bölünebilir.

İkiz bölgelerin oranı alaşım bileşimine göre değişir.

Fe-Ni alaşımlarında, Ni içeriği arttıkça (Ni içeriği azaldıkça) Bayan nokta), ikiz bölge ne kadar büyükse.

Fe-Ni-C alaşımı üzerine yapılan araştırmalara göre, aynı bileşime sahip bir alaşım için bile, ikiz bölgenin oranı Ms noktasının azalmasıyla artar (örneğin östenitleme sıcaklığının değişmesinden kaynaklanır).

Bununla birlikte, dönüşüm ikizlerinin yoğunluğu neredeyse hiç değişmez ve ikizlerin kalınlığı yaklaşık 50 Å olarak kalır.

Lath martensit ve lamellar martensit, çelik ve alaşımdaki en temel iki martensit morfolojisidir.

Morfolojik ve kristalografik özellikleri Tablo 1'de listelenmiştir.

Tablo 1 Demir Karbon Alaşımlarında Martenzit Türleri ve Özellikleri

3. Diğer martensit morfolojisi

3.1 Kelebek martensit

Fe Ni alaşımlarında veya Fe Ni C alaşımlarında, belirli bir sıcaklık aralığında martenzit oluştuğunda, Şekil 13'te gösterildiği gibi özel morfolojiye sahip martenzit ortaya çıkacaktır.

Şekil 13 Çanak Martensitin Mikroyapısı

Bu martensitin üç boyutlu şekli ince bir çubuktur ve kesiti kelebek şeklindedir, bu nedenle kelebek martensit olarak adlandırılır.

Fe-31% Ni veya Fe-29% Ni-0.26% C alaşımında 0 ila -60 ℃ sıcaklık aralığında kelebek martenzit oluştuğu keşfedilmiştir.

Elektron mikroskobu çalışmaları, iç yapısının yüksek yoğunluklu dislokasyonlardan oluştuğunu ve ikizlerin görünmediğini doğrulamıştır.

Ana faz ile kristalografik ilişki genellikle K-S ilişkisine bağlıdır. Kelebek martensit öncelikle 0 ila -20 ℃ arasında oluşur ve -20 ila -60 ℃ arasında lamelli martensit ile bir arada bulunur.

Yukarıda bahsedilen iki alaşım sistemi için, kelebek martenzitin oluşum sıcaklık aralığının, çıta martenzit ve lamel martenzitin oluşum sıcaklık aralığı arasında yer aldığı gözlemlenebilir.

Kelebek martensitin iki kanadının birleşimi, lamelli martensitin orta sırtına çok benzer. Buradan farklı yönelimler boyunca iki tarafa doğru büyüyen martenzitin (muhtemelen ikizlenme) kelebek şekli göstereceği varsayılmaktadır.

Kelebek martensitin eklem kısmı, bir patlamayla oluşan iki martensit parçasının eklem kısmına benzer, ancak levha martensitten farklı olan herhangi bir ikiz yapı içermez.

İç yapı ve mikroyapı açısından kelebek martenzit, çıta martenzite benzer, ancak sıralar halinde oluşmaz.

Şu an itibariyle, kelebek martenzitin birçok yönü hala net değildir. Bununla birlikte, morfolojisi ve özellikleri lath martensit ile lamellar martensit arasında yer alır ve bu da onu keşfedilmesi gereken ilginç bir konu haline getirir.

3.2 Pul pul martenzit

Bu martensit, son derece düşük Ms noktası sergileyen bir Fe-Ni-C alaşımında keşfedilmiştir. Şekil 14c'de gösterildiği gibi, üç boyutlu formda çok ince bir bant olarak görünür, bantlar birbirini keser ve kıvrımlar, dallar ve diğer benzersiz şekiller sergiler.

Şekil 14 Ms Noktasına Kadar Soğutulmuş Fe-Ni-C Alaşımı

Aynı sıcaklıkta oluşan martenzitin mikroyapısı

Bu martenzitin elektron mikroskobik yapısı Şekil 15'te gösterilmiştir.

 Şekil 15 Lamel martenzitin elektron mikroskobik yapısı (Fe-31%, Ni0.23% C, Ms=- 190 ℃, - 196 ℃'ye soğutulmuş)

İncelenen malzeme, onu lamelli martenzitten ayıran merkezi bir çıkıntısı olmayan (112) α´ Luan kristallerinden oluşan tam bir Luan martenzittir.

Fe-Ni-C sistem martenzitinin morfolojisinin, oluşum sıcaklığı düştükçe merceksi yapıdan lamelli yapıya doğru değiştiği gözlemlenmiştir.

Karbon içeriği yaklaşık 0,25% ve Ms = -66 ℃ olan Fe-Ni-C alaşımında, yapı Şekil 14a'da gösterildiği gibi patlayıcı lamelli martensittir.

Ms -150 ℃'ye düştükçe, Şekil 14b'de gösterildiği gibi az miktarda lamelli martensit ortaya çıkmaya başlar.

Ms'nin -171 ℃'ye düştüğü noktada, tüm yapı lamelli martenzitten oluşur (bkz. Şekil 14c).

Karbon içeriğinin artmasıyla mercek tabakadan ince tabakaya geçiş sıcaklığının arttığı tespit edilmiştir.

Karbon içeriği 0,8%'ye ulaştığında, lamelli martensit oluşum bölgesi -100 ℃'nin altındadır.

Dönüşüm sıcaklığı düştükçe, lamelli martenzit dönüşümü sırasında, sadece sürekli yeni martenzit tabakaları oluşumu değil, aynı zamanda eski martenzit tabakalarının kalınlaşması da söz konusudur.

Eski martensit tabakalarının kalınlaşması lamelli martensitte görülmez.

3.3 ε' Martensit

Yukarıda bahsedilen tüm martenzitler ya gövde merkezli kübik (α') ya da gövde merkezli kare yapıya sahiptir.

Östenitte düşük istifleme hatası enerjisine sahip alaşımlarda, yoğun hekzagonal kafes ε' martensit de oluşabilir.

Bu tür martensit, yüksek Mn-Fe-C alaşımlarında yaygındır.

Bununla birlikte, Fe-Cr-Ni alaşımları tarafından temsil edilen 18-8 paslanmaz çelik genellikle α'-martensit ile bir arada bulunur.

ε' martensiti de Şekil 16'da gösterildiği gibi incedir.

(111) γ yüzeyi boyunca, widmanstatten çok sayıda istifleme fayı ile karakterize edilen bir alt yapı ile oluşum gözlenir.

Şekil 16 Fe-16.4% Mn Alaşımının Martenzit Mikroyapısı (Nitrat Alkol ile Korozyon)

2. Kimyasal bileşim ile martenzit morfolojisi ve alaşımların iç yapısı arasındaki ilişki

Çelikteki alaşım elementlerinin varlığı martenzitin şekli üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir.

Yaygın bir örnek, Fe-C ve Fe-Ni alaşımlarındaki martenzit şeklinin alaşım içeriği arttıkça çıtadan pul şekline kaymasıdır. Örneğin, Fe-C alaşımında 0,3% karbonun altında martenzit çıta şeklindeyken, 1% karbonun üzerinde pul şekline dönüşür. 0.3% ila 1.0% karbon aralığında, her iki martenzit formu da mevcut olabilir.

Bununla birlikte, farklı kaynaklar çıtadan lamelli martenzite geçişi tetikleyen tutarsız konsantrasyonlar gösterebilir. Bu değişkenlik, su verme hızının etkisiyle bağlantılıdır; daha yüksek bir su verme hızı, ikiz martenzit oluşumu için gereken minimum karbon konsantrasyonunun daha düşük olmasına yol açar.

Şekil 17'de karbon içeriğinin martenzit tipi, Ms noktası ve martenzit miktarı üzerindeki etkisi gösterilmektedir. tutulmuş östenit Fe-C alaşımlarında.

Şekil 17 Karbon içeriğinin Ms noktası, lata martenzit içeriği ve tutulmuş östenit içerik (oda sıcaklığına kadar su verilmiş karbon çeliği)

Şekil, 0,4%'den daha düşük karbon içeriğine sahip çeliğin neredeyse hiç tutulmuş östenit içermediğini göstermektedir.

Karbon içeriği arttıkça, Luan kristal martenzit ve tutulan östenit miktarı artarken Ms noktası azalır.

Tablo 2, martenzit morfolojisi ile ikili demir alaşımlarının bileşimi arasındaki ilişkiyi özetlemektedir.

Tablo 2 Fe İkili Alaşımlarının Martenzit Morfolojisi

Tablo, γ bölgesindeki tüm alaşım elementlerinin lath martensite dönüştüğünü göstermektedir.

Genişletilmiş P bölgesindeki alaşım elementlerinin konsantrasyonu arttıkça, martenzit morfolojisindeki bir değişiklikle birlikte genel Ms noktası önemli ölçüde azalır.

Örneğin, Fe-C, Fe-N, Fe-Ni, Fe-Pt ve diğerleri gibi ikili alaşımlarda, martenzit morfolojisi alaşım elementi içeriğinin artmasıyla çıtadan pul haline dönüşür.

Bununla birlikte, Mn, Ru ve Ir ilavesi östenitin yığılma hatası enerjisini büyük ölçüde azaltabilir, bu da ikili demir alaşımlarında alaşım elementi içeriğinin artmasıyla martensit morfolojisinin çıtadan ε´ martensite değişmesine neden olur.

Fe-Cu ve Fe-Co alaşımları, genişletilmiş γ-bölgesindeki elementler arasında istisnadır.

Cu genişleyen Y bölgesi elementinin bir parçası olmasına rağmen, Fe'deki az miktarda katı çözelti nispeten kararlı bir Ms noktasına yol açar ve bu nedenle daralan Y bölgesi alaşımları ile aynı eğilimi gösterir.

Fe-Co alaşımı diğer alaşımlara kıyasla benzersizdir. Co içeriğindeki artışla birlikte Ms noktası artar ve bu da onu özel bir durum haline getirir.

Genel olarak, çeşitli alaşım türleri vardır çelik elemanlarAncak Fe-C veya Fe-Ni alaşımına üçüncü bir element eklenirse, küçük bir miktar martenzit morfolojisini ikili alaşımınkinden önemli ölçüde değiştirmeyecektir.

Daha önce de belirtildiği gibi, Fe-Ni-C alaşımları lata, kelebek, mercek levha ve ince levha martenzit oluşturabilir. Bu dört martenzit formunun oluşum sıcaklığı ile karbon içeriği ve Ms noktası arasındaki ilişki Şekil 18'de gösterilmiştir.

Şekil 18 Fe-Ni-C alaşımının martenzit morfolojisi, karbon içeriği ve Ms noktası arasındaki ilişki

Şekil, karbon içeriği arttıkça merceksi ve lamelli martenzit oluşum sıcaklığının arttığını göstermektedir.

Şekil ayrıca kelebek martenzitin oluşum alanını taralı bir alanla vurgulamaktadır.

Tablo 3, demir bazlı alaşımlarda martenzitin morfolojisi, alt yapısı ve kristalografik özellikleri arasındaki ilişkiyi özetlemektedir.

Tablo 3 Fe Sistem Martenzitinin Özellikleri

Çelikte, karbon içeriği 0.20%'den az olan martenzitin genellikle gövde merkezli kübik kafes yapısına sahip olduğu kabul edilir. Karbon içeriği 0.20%'den fazla olan martenzitin gövde merkezli tetragonal kafes yapısına sahip olduğu kabul edilir.

Genellikle düşük karbonlu çeliklerde gövde merkezli kübik martenzitin dislokasyon martenzitine, gövde merkezli tetragonal martenzitin ise yüksek karbonlu ikiz martenzite eşdeğer olduğuna inanılır. Ancak Fe-Ni alaşımlarında ikiz martenzit, gövde merkezli kübik bir yapıya da sahip olabilir.

Sonuç olarak, kristal yapı ve alt yapı arasındaki ilişki belirsizliğini korumaktadır.

3. Martenzitin morfolojisini ve alt yapısını etkileyen faktörler

Yukarıdaki tartışma, alaşım bileşimindeki bir değişikliğe bağlı olarak martenzit morfolojisindeki değişim yasasını kapsamaktadır.

Halihazırda, bu değişimi etkileyen faktörler üzerinde çok fazla tartışma vardır ve net bir fikir birliği yoktur.

Morfolojik değişikliklerin esasen alt yapıdaki değişiklikler olduğuna yaygın olarak inanılmaktadır ve yaygın bakış açıları şunları içermektedir:

1. Bayan nokta

Bu görüşün savunucuları martenzit morfolojisinin Ms sıcaklığına bağlı olduğuna inanmaktadır.

Fe-C alaşımlarında, karbon içeriğindeki artışın Ms sıcaklığında bir düşüşe neden olduğunu iddia etmektedirler.

Belirli bir aralığın (300-320°C) altındaki sıcaklıklarda, dönüşüm ikizleri ve bunun sonucunda lamelli martensit oluşumu kolaylaşır.

Tablo 4, martenzit morfolojisi ve karbon çeliğinin kristal özellikleri ile karbon içeriği ve Ms sıcaklığı arasındaki ilişkiyi özetlemektedir.

Tablo 4 Karbon çeliğinin martenzit morfolojisi ve kristalografik özellikleri ile çeliğin karbon içeriği ve Ms noktası arasındaki ilişki

Ms noktası azaldıkça martenzit morfolojisinin çıtadan pul haline dönüşmesi şu şekilde açıklanabilir:

Tablo 4, alışkanlık yüzeyi ile martenzit morfolojisi arasında bir korelasyon olduğunu göstermektedir. Düşük karbonlu martenzitin oluşum sıcaklığının genellikle yüksek olduğuna ve (111) γ düzleminin büyük kayma nedeniyle alışkanlık düzlemi olduğuna inanılmaktadır. Bu yüksek sıcaklıklarda, kayma ikizlenmeden daha kolaydır ve yüz merkezli kübik kafeste daha az (111) γ kristal sistemi vardır, bu da martensit oluşumu için sınırlı sayıda ilk yönelimle sonuçlanır ve aynı östenit içinde kümelenmiş martensit oluşumuna yol açar.

Ms noktasının sıcaklığı düştükçe, ikizlenmenin gerçekleşmesi kaymadan daha kolay hale gelir ve alışkanlık düzlemi (225) γ veya (259) γ'ya kayar. Bu kayma, martenzit oluşumu için artan sayıda kristal sistemi ve ilk yönelimle sonuçlanır ve aynı östenit içinde birbirine paralel olmayan bitişik tabakalarla Li kristal lamelli martenzit oluşumuna yol açar.

Östenit önemli ölçüde güçlendirilmiş olsa bile, yüksek sıcaklıkta martenzit oluşumunun ikiz lamelli martenzit ile sonuçlanamayacağı tespit edilmiştir. Fe-Ni-C alaşımlarındaki Ms noktası, östenitleme sıcaklığı değiştirilerek değiştirilebilir ve aynı alaşım içinde farklı Ms noktalarının elde edilmesine izin verir.

Soğutma sıcaklığı karşılık gelen Ms noktasından biraz daha düşük olduğunda, martenzit morfolojisinde kelebek şeklinden levha şekline doğru bir değişim gözlemlenebilir. Ek olarak, oluşum sıcaklığındaki düşüş, dönüşüm ikiz bölgesinde bir artışa yol açar.

Aynı alaşımda Ms noktasının üzerindeki çeşitli sıcaklıklarda oluşan deformasyon kaynaklı martenzitin morfolojisi de incelenmiş ve martenzit morfolojisinin deformasyon sıcaklığındaki (yani deformasyon kaynaklı martenzitin oluşum sıcaklığı) değişimle değiştiği ortaya çıkmıştır. Bu bulgular, bu tür bir alaşımın martenzit morfolojisinin ve iç yapısının yalnızca Ms noktasıyla ilişkili olduğunu doğrulamaktadır.

Ayrıca, yüksek basınç ve azalan Ms noktası altında, dönüşüm ikizlerinin meydana gelmesi daha olası hale gelir ve Şekil 19'da gösterildiği gibi martenzit morfolojisinde çıtadan tabakaya doğru bir değişime yol açar. Bu deneysel kanıt Ms noktasının önemini desteklemektedir.

Şekil 19 4000MPa Basıncın Ferromanyetik Alaşımın Ms Noktası ve Martenzit Alt Yapısı Üzerindeki Etkisi

Gerçek oluşum sürecinde, Ms ve Mf noktaları arasında değişen sıcaklıklarda art arda birden fazla martenzit üretilir.

Her martensit kristalinin oluştuğu sıcaklık benzersizdir, dolayısıyla her martensit kristalinin iç yapısı ve morfolojisi de farklıdır.

Bu nedenle, Ms noktasından ziyade oluşum sıcaklığının martenzitin morfolojisini ve iç yapısını etkilediğini belirtmek daha doğrudur.

2. Östenitin istifleme hatası enerjisi

Kelly ve diğerlerine göre, östenitin istifleme hatası enerjisi ne kadar düşükse, beynit kristallerine dönüşümün o kadar zorlaştığını ve çıta martensitinin oluşma olasılığının o kadar yüksek olduğunu belirten bir hipotez önermektedirler.

Hem 18-8 paslanmaz çelik hem de Fe-8% Cr-1.1% C alaşımı düşük yığılma hatası enerjilerine sahiptir. Sıvı nitrojen sıcaklığında dislokasyon martensiti oluşur. Bu fenomeni Ms Noktası hipotezini kullanarak açıklamak zordur, ancak bu hipotez ile açıklanabilir.

Ayrıca, Fe-30~33% Ni alaşımının lamelli martenzitinde, Ni içeriği arttıkça dönüşüm ikiz bölgesi de artmaktadır. Ni'nin östenitin yığılma hatası enerjisini arttırdığı bilindiğinden, bu deneysel olgu hipotezi desteklemektedir.

Ni, Ms Noktasını azalttığından, bu deneysel olgunun Ms Noktası teorisi ile de açıklanabileceğini belirtmek gerekir.

3. Östenit ve martenzit mukavemeti

Yakın zamanda Davis ve Magee, östenitin mukavemeti ile martenzitin morfolojisi arasındaki ilişkiye dair bir hipotez öne sürmüştür. Östenitin mukavemetini değiştirmek için bir alaşımlama yöntemi kullandılar ve martensit morfolojisinde ortaya çıkan değişiklikleri incelediler.

Sonuçlar, martenzit morfolojisinin östenitik malzemenin mukavemetine bağlı olarak değiştiğini ortaya koymuştur. akma dayanımı Ms noktasında yaklaşık 206MPa'dır. Bu sınırın üzerinde, {259} γ alışkanlık düzlemine sahip lamelli martenzit oluşur. Bu sınırın altında, ya {111} γ alışkanlık düzlemine sahip çıta martensit ya da {225} γ alışkanlık düzlemine sahip lamelli martensit oluşur.

Sonuç olarak Davis ve Magee, östenitin mukavemetinin martenzitin morfolojisini etkileyen ana faktör olduğuna inanmaktadır. Ayrıca martenzitin mukavemetini de araştırmışlardır. Östenitin mukavemeti 206MPa'dan düşük olduğunda, ortaya çıkan martenzitin mukavemeti yüksekse, {225}γ martenzit olarak oluşur. Eğer martenzitin mukavemeti düşükse, {111}γ martenzit oluşur.

Bu hipotez, alaşım bileşimindeki veya Ms noktasındaki değişikliklerden kaynaklanan morfolojik değişiklikleri, özellikle Fe Ni alaşımlarında {111}γ'nın {225}γ'ya ve Fe-C alaşımlarında {111}γ'nın {225}γ'ya {259}γ'ya dönüşümünü açıklamak için uygulanabilir.

Ayrıca hipotez, geçmişte iyi tanımlanmamış olan {225}γ martensit oluşumunun net bir şekilde anlaşılmasını sağlar. Zayıf östenit güçlü martenzite dönüştüğünde oluşur.

Karbonun östenitin güçlenmesi üzerinde sınırlı etkisi varken, martenzitin güçlenmesi üzerinde önemli bir etkisi vardır. {225}γ martensit çoğunlukla yüksek karbon içeriğine sahip alaşım sistemlerinde meydana gelir.

Bu hipotez aşağıdakilere dayanmaktadır:

Martenzitteki dönüşüm gerilmesinin gevşemesi yalnızca ikizlenme deformasyonu yoluyla gerçekleşirse, ortaya çıkan martenzit {259} γ alışkanlık düzlemine sahip olacaktır.

Dönüşüm gerilmesinin gevşemesi kısmen östenitte kayma modu ve kısmen martenzitte ikizlenme modu yoluyla gerçekleştiğinde, martenzit {225} γ alışkanlık düzlemine sahip olacaktır.

Eğer martensit de kayma moduna girerse, alışkanlık düzlemi {111} γ olacaktır.

Deneysel sonuçlar bu hipotezin kısmen doğru olduğunu göstermektedir, ancak gelecekte daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır.

Bu hipotezde özetlenen östenit ve martenzit mukavemetinin alaşım bileşimi, türü, Ms noktası, östenitik istifleme hatası enerjisi ve diğerleri gibi çeşitli faktörlerle yakından ilişkili olduğu unutulmamalıdır. Bu nedenle, bu hipotez izole olarak değerlendirilemez.

4. Martenzit kayması ve ikiz deformasyonun kritik kayma gerilmesi

Bu hipotez, martenzitin iç yapısının öncelikle kayma veya ikiz kritik kayma gerilimi tarafından kontrol edilen dönüşüm sırasındaki deformasyon modu tarafından belirlendiğini vurgulamaktadır.

Şekil 20, martenzit kayması veya ikizinin kritik kayma gerilmesinin ve Ms ve Mf sıcaklığının martenzit morfolojisinin oluşumu üzerindeki etkisini göstermektedir.

Şekil 20 Kritik Kesme Gerilmesi ve Ms Mf Sıcaklığının Martensit Kayması veya İkizinin Neden Olduğu Martensit Morfolojisi Üzerindeki Etkisinin Şematik Diyagramı

Şekildeki oklar, alaşım bileşimindeki değişikliklerin neden olduğu ilgili çizgiler için potansiyel hareket yönlerini temsil etmektedir. Çizgilerin hareketi, kayma ikiz eğrilerinin kesişme noktasının hareketine yol açar.

Şekilden, düşük karbonlu çelik için (Ms ve Mf noktalarının her ikisinin de yüksek olduğu), kayma için gereken kritik kayma gerilmesinin ikizlenme için gerekenden daha az olduğu ve bunun da yüksek dislokasyon yoğunluğuna sahip çıta martenzit oluşumuyla sonuçlandığı gözlemlenebilir. Tersine, yüksek karbonlu çelik için (Ms ve Mf noktalarının her ikisinin de düşük olduğu), ikizlenme için gereken kritik kayma gerilimi küçüktür ve bu da çok sayıda ikiz ile lamelli martensit oluşumuna neden olur.

Orta karbon içeriği durumunda, Ms ve Mf noktaları şekilde gösterildiği gibidir. Martenzitik dönüşüm sırasında önce lamel martenzit, ardından lamel martenzit oluşur. Bu, her iki martenzit türünün karışık bir yapısıyla sonuçlanır.

Bu görüş temelde doğru gibi görünse de, kayma geriliminde değişikliklere neden olan faktörler ve alaşım bileşiminin veya Ms noktasının martensitik kayma veya ikizlenme için kritik kayma gerilimini nasıl etkilediği hala net değildir.

Bazıları dönüşüm itici kuvvetindeki artışın lamelli martensite dönüşüme yol açtığına inanmaktadır. Fe-C alaşımları için martenzit morfolojisindeki değişimin itici gücünün sınırı 1318 J/mol, Fe-Ni alaşımları için ise 1255 ila 1464 J/mol arasında değişmektedir. Diğerleri, martenzitteki C ve N içeriğindeki artışın, sıralanmaya neden olarak morfolojik dönüşümle yakından ilişkili olduğuna inanmaktadır.

4. Fe-C alaşımında lamelli martenzit mikro çatlaklarının oluşumu

Yüksek karbonlu çelik su verildiğinde, martenzit içinde mikro çatlakların oluşmasına yatkındır.

Önceleri, bu mikro çatlakların martenzitik dönüşüm sırasında hacmin genişlemesinden kaynaklanan mikro gerilmenin bir sonucu olduğu düşünülüyordu.

Ancak son zamanlarda yapılan metalografik gözlemler, mikro çatlak oluşumunun aslında Şekil 21'de gösterildiği gibi büyüyen martensitin çarpışmasından kaynaklandığını ortaya koymuştur.

Şekil 21. İki Fe-C martenzit tabakasının çarpışmasıyla oluşan mikro çatlakların şematik diyagramı. (A-A kesiti, iki martenzit tabakasına yayılmış olan bir martenzit tabakasının kesitini temsil etmektedir).

Martensit oluşumu hızla gerçekleşir. Martenzit tabakaları birbirleriyle veya bir östenit tane sınırıyla çarpıştığında, çarpma nedeniyle önemli bir gerilim alanı oluşur.

Yüksek karbonlu martensit son derece kırılgan olduğundan ve kayma veya ikiz deformasyon yoluyla rahatlatılamadığından, darbe çatlakları oluşturmaya eğilimlidir.

Bu doğal kusur, yüksek karbonlu martenzit çeliğin kırılganlığını artırır.

Termal stres ve yapısal stres gibi diğer stres faktörlerinin etkisi altında mikro çatlaklar büyüyerek makro çatlaklara dönüşecektir.

Mikro çatlakların varlığı da bileşenlerin yorulma ömrünü önemli ölçüde azaltacaktır.

Fe-C alaşımının lamelli martenzitindeki mikro çatlaklar genellikle Şekil 22'de gösterildiği gibi birkaç radyal martenzit iğnesinin birleştiği yerde veya martenzit iğnelerinin içinde meydana gelir.

Şekil 22 Fe-1.39% C alaşımının martenzitindeki mikro çatlakların optik mikroskobik özellikleri

Martenzitte mikro çatlak oluşumunun hassasiyeti genellikle martenzitin birim hacmi başına mikro çatlakların alanı (Sv) cinsinden ifade edilir.

Deneysel kanıtlar, martenzitin mikro çatlak oluşumuna duyarlılığının aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden etkilendiğini göstermektedir:

1. Su verme soğutma sıcaklığının etkisi

Su verme soğutma sıcaklığındaki düşüşle birlikte, su verilmiş çelik yapıdaki tutulan östenit miktarı (γR ile temsil edilir) azalır, bu da Şekil 23'te gösterildiği gibi martenzit miktarında ve mikro çatlak oluşumuna duyarlılıkta artışa neden olur.

Şekil 23 Fe-C martenzit oluşumu mikro çatlak hassasiyeti ile su verme sıcaklığı arasındaki ilişki (1.39% C, 1200 ℃'de 1 saat ısıtılmış)

2. Martenzit dönüşüm miktarının etkisi

Şekil 24, martenzit dönüşüm miktarı ile mikro çatlak oluşumuna yatkınlık arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

Şekil 24 Fe-1.86% C alaşımında martenzit oluşumunun mikro çatlak hassasiyeti (SV) ile her bir martenzit parçasının ortalama hacmi (V), birim hacimdeki martenzit tabaka sayısı (NV) ve martenzit dönüşümü arasındaki ilişki:

Şekle göre, martenzit dönüşüm değişkeninin artmasıyla mikro çatlak oluşumuna karşı hassasiyet (Sv) artmakta, ancak dönüşüm fraksiyonu (f) 0,27'yi aştığında Sv artmaya devam etmemektedir.

Birim hacimdeki martenzit sayısı (Nv) artmasına rağmen, bir martenzit parçasının ortalama hacmi (V) ile temsil edilen oluşan martenzit tabakasının boyutu, östenitin sürekli bölünmesi nedeniyle azalır.

Bu nedenle, martenzit tabakasının boyutu (V) mikro çatlak oluşumuna karşı hassasiyeti (Sv) etkileyen kritik bir değere sahip olabilir. V bu kritik değeri aşarsa, mikro çatlak oluşumuna karşı hassasiyet (Sv) dönüşüm fraksiyonunun artmasıyla birlikte artar.

Sonuç olarak, çatlakların oluşumu ağırlıklı olarak martenzit tabakalarının boyutu tarafından belirlenmektedir. Çatlakların toplam sayısı ve alanı martenzit dönüşüm değişkeninin artmasıyla artabilirken, erken aşamada oluşan büyük martenzit pulları, çatlakların çoğunun dönüşümün erken aşamalarında oluşmasına neden olur.

3. Martensit tabaka uzunluğunun etkisi

Deney, martensit tabakasının uzunluğu arttıkça (yani tabakanın maksimum boyutu büyüdükçe), Şekil 25'te gösterildiği gibi martensitin mikro çatlak oluşumuna duyarlılığının da arttığını göstermektedir.

Şekil 25 Mikro çatlak oluşumunun hassasiyeti ile martenzit tabakasının uzunluğu arasındaki ilişki (noktanın yanındaki sayı martenzit içeriğidir%)

Uzun martenzit levhalar, boyutları nedeniyle diğer martenzit levhalardan gelen darbelere karşı daha hassastır. Ayrıca, östenit taneleri ile kesişme eğilimindedirler ve tane sınırlarıyla karşılaşma olasılığını artırırlar.

Deneyler, mikro çatlakların ağırlıklı olarak kaba martenzitte oluştuğunu, ince martenzitin ise nadiren mikro çatlak oluşumuna neden olduğunu göstermiştir.

Sonuç olarak, martenzitte mikro çatlakların oluşması için muhtemelen kritik bir martenzit boyutu vardır. Benzer şekilde, östenit bileşimi nispeten tekdüze ise, altında mikro çatlakların oluşmayacağı kritik bir östenit tane boyutu olacaktır.

İnce östenit tanelerinin su verilmiş yüksek karbonlu çelikte mikro çatlakları azaltabileceği fikri üretimde uygulanmıştır. Bununla birlikte, mikro çatlaklara karşı hassasiyetin martenzit tabakasının boyutuna mı yoksa kritik boyuttaki martenzit tabakalarının büyümesiyle oluşan gerilme alanına mı bağlı olduğu belirsizliğini korumaktadır.

4. Östenit tane boyutunun etkisi

Homojen östenit durumunda, ilk aşamada oluşan martenzit tabakalarının uzunluğu östenit tanelerinin boyutuyla bağlantılıdır. Kaba östenit taneleri, mikro çatlak oluşumuna daha yatkın olan kaba martenzit oluşumuna neden olur.

Şekil 26'da gösterilen deneysel sonuçlar bu fikri desteklemektedir. Sonuçlar, yüksek karbonlu çeliğin daha yüksek sıcaklıklarda su verildiğinde çatlamaya daha yatkın olduğunu göstermektedir.

Bu nedenle, yüksek karbonlu çeliğin sudan geçirilmesi için genellikle daha düşük bir sudan geçirme sıcaklığı seçilmesi önerilir.

Şekil 26 Karbon Çeliğinin (1.22% C) Östenit Tane Boyutunun Alan Mikro Çatlak Hassasiyeti Üzerindeki Etkisi

5. Martenzitteki karbon içeriğinin etkisi

Karbon içeriğinin martenzitte mikro çatlak oluşumu üzerindeki etkisi Şekil 27'de gösterilmektedir.

Şekil 27 Martenzitteki karbon içeriğinin mikro çatlak duyarlılığı üzerindeki etkisi

Şekil 27'den martenzitteki karbon içeriği arttıkça mikro çatlak oluşumu olasılığının arttığı görülebilir.

Bununla birlikte, östenitteki karbon içeriği 1.4%'den büyükse, mikro çatlak oluşumuna duyarlılık azalır. Bu, martenzitik dönüşüm sırasında kristalin alışkanlık düzlemi ile ilgilidir.

Çelikteki karbon içeriği 1.4%'yi aştığında, martensitin şekli değişir. Levhalar kalınlaşır ve kısalır, martensit levhalar arasındaki açı küçülür ve darbe kuvveti ve gerilimi azalır. Sonuç olarak, mikro çatlak oluşumuna karşı hassasiyet azalır.

Tablo 5, 1.39% karbon çeliğinde mikro çatlak oluşumuna karşı hassasiyetin martenzitteki karbon içeriğinin azalmasıyla önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Veriler 3 tane boyutu için sunulmuştur.

Metalografik analiz, mikro çatlak hassasiyetindeki azalmanın, mikro yapıda daha fazla paralel büyüyen çıta martensitinin varlığıyla ilişkili olduğunu göstermektedir.

Çıta martensiti yüksek plastisite ve tokluğa sahiptir ve çıta martensitinin paralel büyümesi nedeniyle karşılıklı darbe riski azalır, bu da mikro çatlaklara karşı düşük hassasiyete yol açar.

Daha önce de belirtildiği gibi, yüksek karbonlu çelik, kaba östenit tane yapısı ve martenzitteki yüksek karbon içeriği nedeniyle çatlamaya karşı hassastır. Bunu hafifletmek için, üretim süreci martenzitteki karbon içeriğini azaltmak ve daha ince taneler elde etmek için daha düşük ısıtma sıcaklıkları ve daha kısa bekletme süreleri kullanma eğilimindedir.

Genel olarak, eksik su verme işlemine tabi tutulan hiperötektoid çelikler, mikro çatlamaya daha az eğilimli olan kriptokristalin martensit üretir. Bu nedenle mükemmel genel özelliklere sahiptirler.