Martensitic Stainless Steel의 경화 메커니즘은 무엇입니까?

재료 과학 및 야금 공학, Martensitic Stainless Steel 독특한 경화 능력에 대해 상당한 관심을 끌었습니다. 재료 특성을 최적화하고 열처리 공정을 안내하는 데 경화 메커니즘을 이해하는 것이 중요합니다. Martensitic Stainless Steel의 경화는 본질적으로 적극성 오스테 나이트가 급속한 냉각 (담금질) 동안 과포화 된 고체 용액, 즉 Martensite로 확산되지 않는 상 변환을 겪는 복잡한 공정입니다.

오스테 나이트 : 담금질 전 준비
담금질 과정은 가열로 시작됩니다. Martensitic Stainless Steel은 내부 구조를 완전히 또는 크게 변형시키기 위해 충분히 높은 온도, 일반적으로 850 ° C에서 1050 ° C 사이로 가열됩니다. 오스테 나이트는 얼굴 중심 입방 (FCC) 구조를 갖는 견고한 용액이다. 이 고온에서, 합금의 탄소 및 크롬 원자는 오스테 나이트 격자에 완전히 용해된다. 오스테 나이트는 가소성이 좋지만 경도가 상대적으로 낮아서 후속 담금질을위한 구조를 준비합니다.

담금질 : 중요한 위상 변환
담금질은 경도를 달성하는 핵심 단계입니다. 오스테 니트 온도에서 강철이 빠르게 냉각 될 때, 탄소 원자는 결정 격자에서 확산하기에 충분한 시간이 없다. 온도가 급격히 떨어지면서 오스테 나이트의 얼굴 중심 입방 (FCC) 격자가 불안정해진다. 저온 조건에 적응하려면 격자가 변형되어야합니다. 그러나, 탄소 원자는 새로운 격자 구조에서 확산되어 "갇히게"될 수 없다. 이 빠르고 확산이없는 격자 구조 조정은 오스테 나이트를 마르텐 사이트로 변형시킨다.
Martensite는 신체 중심 정각 (BCT) 격자 구조를 가지고 있습니다. 오스테 나이트의 FCC 구조와 비교하여, BCT 격자는 C- 축을 따라 탄소 원자에 의해 "뻗어있다"고 A- 및 B 축을 따라 압축된다. 이 격자 왜곡은 상당한 내부 스트레스를 만들어 마르텐 사이트의 높은 경도의 근본적인 이유입니다. 현미경 수준에서 수많은 갇힌 탄소 원자가 손톱처럼 작용하여 격자 층 사이의 움직임을 방지하여 재료의 경도와 강도를 크게 증가 시킨다고 상상해보십시오.

Martensitic 변환의 특성 및 영향 요인
Martensitic 변환에는 몇 가지 주목할만한 특성이 있습니다.
확산이없는 것 : 이것은 마르텐 사이트 변환과 전통적인 확산 유형 위상 변환 사이의 가장 근본적인 차이입니다. 탄소 및 합금 원자는 거의 장거리 확산을 거치지 않아서 1 초 이내에 완전한 상 기간 변형을 초래합니다.
전단 메커니즘 : 위상 변환은 원자 층의 조정 된 전단을 통해 발생합니다. 격자 재구성은 한 쌍의 가위처럼 작용하며, 하나의 원자 층 슬라이딩 및 인접한 원자 층과 함께 인접한 원자 층을 잡아 당깁니다. 이 전단 과정은 마르텐 사이트에 고유 한 라멜라 또는 플라키 구조를 만듭니다.
시간 독립적 인 위상 형질 전환 : 마르텐 사이트 변환 온도 (MS) 및 마르텐 사이트 마감 온도 (MF)는 위상 변환이 발생하는지 여부를 결정하는 데 중요한 요소입니다. 위상 변환은 MS 포인트 바로 아래에서 시작하여 MF 지점 아래로 끝납니다. 위상 형질 전환의 정도는 최종 냉각 온도에만 의존하며 해당 온도에서의 위상 변환 지속 시간과 무관합니다.

많은 요인들이 경화 효과에 영향을 미치지 만 두 가지는 가장 중요합니다.
탄소 함량 : 탄소는 Martensitic Stainless Steel에서 가장 중요한 경화 요소입니다. 탄소 함량이 높을수록 켄칭 후 마르텐 사이트의 격자 왜곡이 커지고 경도가 높아집니다. 예를 들어, 440C 스테인레스 스틸은 탄소 함량이 높기 때문에 경도가 매우 높습니다.
합금 요소 : 탄소 외에도 크롬, 몰리브덴 및 바나듐과 같은 합금 요소도 중요합니다. 그들은 마르텐 사이트 변환 온도 (MS)를 낮추고 경화성을 증가시킵니다. 강화 가능성은 켄칭 동안 표면에서 코어로 마르텐 사이트를 형성하는 강철의 능력을 말합니다. 오스테 나이트로 용해시킴으로써, 이들 합금 요소는 펄라이트 및 베이 나이트와 같은 확산 단계의 형성을 지연시켜 마르텐 사이트 변환을위한 더 긴 "창"을 제공한다.

템퍼링 : 경도와 강인 균형
담금질 후의 마르텐 사이트는 매우 어렵지만 상당한 내부 응력과 높은 비작성을 나타내므로 직접 사용하기가 어렵습니다. 그러므로 템퍼링이 필요합니다. 템퍼링은 담금질 된 강철을 MS 포인트 아래의 온도로 재가열하고 일정 기간 동안 그 온도에서 유지하는 것을 포함합니다. 템퍼링의 목적은 높은 경도를 유지하면서 내부 응력을 방출하고 재료의 인성을 향상시키는 것입니다. 템퍼링 공정 동안, 과포화 된 탄소 원자는 마르텐 사이트 격자로부터 침전되어 페라이트 매트릭스 전체에 분산 된 미세한 탄화물을 형성한다. 이 강화 강화 메커니즘은 재료가 강도를 유지하면서 강인성을 향상시킬 수있게합니다. 다른 템퍼링 온도는 다른 미세 구조와 특성을 생성합니다. 예를 들어, 저온 템퍼링 (약 150-250 ° C)은 주로 높은 경도를 유지하는 반면, 고온 템퍼링 (약 500-650 ° C)은 인성과 연성을 크게 향상 시키지만 경도를 줄입니다.