Austenit - Austenite

Nesmí být zaměňována s Austinite.
Oceli
FagerstaRAÄ2.jpg
Mikrostruktury
Třídy
Ostatní materiály na bázi železa
Fázový diagram železo-uhlík, ukazující podmínky, za kterých austenit (γ) je stabilní v uhlíkové oceli.
Allotropy ze železa; alfa železo a gama železo

Austenit, také známý jako gama-železo (y-Fe), je kovový, nemagnetický allotrope železa nebo a pevný roztok z žehlička, s legování živel.[1] v obyčejná uhlíková ocel, austenit existuje nad kritickým eutektoid teplota 1000 K (727 ° C); ostatní slitiny z ocel mají různé teploty eutektoidů. Austenitový allotrope je pojmenován po Siru William Chandler Roberts-Austen (1843–1902);[2] existuje při pokojové teplotě v některých nerezových ocelích kvůli přítomnosti niklu stabilizujícího austenit při nižších teplotách.

Allotrope železa

Od 912 do 1394 ° C (1674 až 2541 ° F) alfa železo prochází a fázový přechod z centrovaný na tělo (BCC) do kubický střed (FCC) konfigurace gama železa, nazývaného také austenit. Je podobně měkký a tvárný, ale může rozpouštět podstatně více uhlíku (až 2,03% hmotnostních při 1146 ° C (2095 ° F)). Tato gama forma železa je přítomna v nejčastěji používaném typu nerezová ocel[Citace je zapotřebí ] pro výrobu nemocničních a stravovacích zařízení.

Materiál

Austenitizace znamená zahřát železo, kov na bázi železa nebo ocel na teplotu, při které mění krystalovou strukturu z feritu na austenit.[3] Otevřenější struktura austenitu je poté schopna absorbovat uhlík z karbidů železa v uhlíkové oceli. Neúplná počáteční austenitizace může zůstat nerozpuštěná karbidy v matici.[4]

U některých železných kovů, kovů na bázi železa a ocelí může během austenitizačního kroku dojít k přítomnosti karbidů. Termín běžně používaný pro toto je dvoufázová austenitizace.[5]

Austempering

Hlavní článek: Austempering

Austempering je proces kalení, který se používá na bázi železa kovy podporovat lepší mechanické vlastnosti. Kov se zahřívá do austenitické oblasti železocementit fázový diagram a poté se ochladí v solné lázni nebo jiném médiu pro extrakci tepla, které je mezi teplotami 300–375 ° C (572–707 ° F). Kov je v tomto teplotním rozmezí žíhán, dokud se austenit neobrátí na bainit nebo ausferrit (bainitický ferit + austenit s vysokým obsahem uhlíku).[6]

Změnou teploty pro austenitizaci může proces austempering poskytnout různé a požadované mikrostruktury.[7] Vyšší teplota austenitizace může produkovat vyšší obsah uhlíku v austenitu, zatímco nižší teplota produkuje rovnoměrnější rozdělení austempered struktury.[7] Byl stanoven obsah uhlíku v austenitu jako funkce doby austempering.[8]

Chování v prosté uhlíkové oceli

Jak austenit ochlazuje, uhlík difunduje z austenitu a vytváří na uhlík bohatý karbid železa (cementit) a zanechává za sebou uhlík chudý ferit. V závislosti na složení slitiny, vrstvení feritu a cementitu, tzv perlit, mohou tvořit. Pokud je rychlost ochlazování velmi rychlá, uhlík nemá dostatek času na difúzi a slitina se může setkat s velkým mříž zkreslení známé jako martenzitická transformace ve kterém se transformuje martenzit, a na tělo zaměřená tetragonální struktura (BCT). Rychlost ochlazování určuje relativní podíly martenzitu, feritu a cementitu, a proto určuje mechanické vlastnosti výsledné oceli, například tvrdost a pevnost v tahu.

Vysoká rychlost chlazení silných profilů způsobí v materiálu strmý teplotní gradient. Vnější vrstvy tepelně zpracované části rychleji zchladnou a více se smršťují, což způsobí, že je pod napětím a tepelně zbarven. Při vysokých rychlostech ochlazování se materiál transformuje z austenitu na martenzit, který je mnohem tvrdší a bude vytvářet trhliny při mnohem nižších deformacích. Změna objemu (martenzit je méně hustý než austenit)[9] může také generovat napětí. Rozdíl v rychlostech deformace vnitřní a vnější části dílu může způsobit vznik trhlin ve vnější části, což nutí použití pomalejších rychlostí kalení, aby se tomu zabránilo. Legováním oceli pomocí wolfram, je difúze uhlíku zpomalena a k transformaci na BCT alotrop dochází při nižších teplotách, čímž se zabrání praskání. O takovém materiálu se říká, že má zvýšenou kalitelnost. Popouštění následující kalení transformuje část křehkého martenzitu na temperovaný martenzit. Pokud se kalí nízko vytvrditelná ocel, bude v mikrostruktuře zadrženo značné množství austenitu, takže ocel bude mít vnitřní pnutí, které zanechá produkt náchylný k náhlému lomu.

Chování v litině

Topení bílé litina nad 727 ° C (1341 ° F) způsobuje tvorbu austenitu v krystalech primárního cementitu.[10] K této austenizaci bílého železa dochází v primárním cementitu na mezifázové hranici s feritem.[10] Když se zrna austenitu tvoří v cementitu, vyskytují se jako lamelární shluky orientované podél povrchu krystalové vrstvy cementitu.[10] Austenit vzniká difúzí atomů uhlíku z cementitu na ferit.[10][11]

Stabilizace

Přidání některých legujících prvků, jako je např mangan a nikl, může stabilizovat austenitickou strukturu, což usnadňuje tepelné zpracování nízkolegované oceli. V extrémním případě austenitická nerezová ocel díky mnohem vyššímu obsahu slitiny je tato struktura stabilní i při pokojové teplotě. Na druhou stranu, takové prvky jako křemík, molybden, a chrom mají tendenci de-stabilizovat austenit, zvyšovat teplotu eutektoidů.

Austenit je stabilní pouze nad 910 ° C (1670 ° F) ve formě sypkého kovu. Fcc přechodné kovy však lze pěstovat na a kubický střed (FCC) nebo diamant krychlový.[12] Epitaxní růst austenitu na čele diamantu (100) je proveditelný z důvodu těsné mřížkové shody a symetrie povrchu diamantu (100) je fcc. Lze pěstovat více než monovrstvu y-železa, protože kritická tloušťka napjaté vícevrstvy je větší než monovrstva.[12] Stanovená kritická tloušťka je v těsné shodě s teoretickou predikcí.[12]

Austenitická transformace a Curieův bod

V mnoha magnetických slitinách železa je Curie bod, teplota, při které se magnetické materiály přestanou chovat magneticky, nastává téměř při stejné teplotě jako austenitická transformace. Toto chování je přičítáno paramagnetické povaha austenitu, zatímco oba martenzit[13] a ferit[14][15] jsou silně feromagnetický.

Termooptická emise

V době tepelné zpracování, a kovář způsobuje fázové změny v systému železo-uhlík za účelem kontroly mechanických vlastností materiálu, často pomocí procesů žíhání, kalení a popouštění. V tomto kontextu barva světla, nebo „záření černého těla „“ vyzařovaný obrobkem je přibližný měřič teploty. Teplota se často měří sledováním teplota barvy práce, s přechodem ze sytě třešňově červené na oranžově červenou (815 ° C (1499 ° F) na 871 ° C (1600 ° F)), což odpovídá tvorbě austenitu ve středně a vysoce uhlíkové oceli. Ve viditelném spektru tato záře zvyšuje jas s rostoucí teplotou, a když je třešňově červená, záře se blíží své nejnižší intenzitě a nemusí být viditelná v okolním světle. Proto kováři obvykle austenitizují ocel za špatných světelných podmínek, aby pomohli přesně posoudit barvu záře.

Viz také

Reference

  1. ^ Reed-Hill R, Abbaschian R (1991). Principy fyzikální metalurgie (3. vyd.). Boston: PWS-Kent Publishing. ISBN  978-0-534-92173-6.
  2. ^ Gove PB, ed. (1963). Websterův sedmý nový vysokoškolský slovník. Springfield, Massachusetts, USA: G & C Merriam Company. str. 58.
  3. ^ Nichols R (červenec 2001). „Kalení a popouštění svařovaných trubek z uhlíkové oceli“.
  4. ^ Lambers HG, Tschumak S, Maier HJ, Canadinc D (duben 2009). „Role austenitizace a předdeformace v kinetice izotermické bainitické transformace“. Metall Mater Trans A. 40 (6): 1355–1366. Bibcode:2009MMTA..tmp ... 74L. doi:10.1007 / s11661-009-9827-z. S2CID  136882327.
  5. ^ „Austenitizace“.
  6. ^ Kilicli V, Erdogan M (2008). „Chování při kalení částečně austenitizovaných a austemperovaných tvárných litin s duálními maticovými strukturami“. J Mater Eng Perf. 17 (2): 240–9. Bibcode:2008JMEP ... 17..240 tis. doi:10.1007 / s11665-007-9143-r. S2CID  135484622.
  7. ^ A b Batra U, Ray S, Prabhakar SR (2003). „Vliv austenitizace na austempering tvárné litiny legované mědí“. Journal of Materials Engineering and Performance. 12 (5): 597–601. doi:10.1361/105994903100277120. S2CID  135865284.
  8. ^ Chupatanakul S, Nash P (srpen 2006). "Dilatometrické měření obohacení uhlíkem v austenitu během transformace bainitu". J Mater Sci. 41 (15): 4965–9. Bibcode:2006JMatS..41.4965C. doi:10.1007 / s10853-006-0127-3. S2CID  137527848.
  9. ^ Ashby MF, Hunkin-Jones DR (01.01.1986). Inženýrské materiály 2: Úvod do mikrostruktur, zpracování a designu. ISBN  978-0-080-32532-3.
  10. ^ A b C d Ershov VM, Nekrasova LS (leden 1982). "Transformace cementitu na austenit". Metal Sci Heat Treat. 24 (1): 9–11. Bibcode:1982MSHT ... 24 .... 9E. doi:10.1007 / BF00699307. S2CID  136543311.
  11. ^ Alvarenga HD, Van de Putte T, Van Steenberge N, Sietsma J, Terryn H (duben 2009). „Vliv karbidové morfologie a mikrostruktury na kinetiku povrchové dekarbonizace ocelí C-Mn“. Metall Mater Trans A. 46 (1): 123–133. Bibcode:2015MMTA ... 46..123A. doi:10.1007 / s11661-014-2600-r. S2CID  136871961.
  12. ^ A b C Hoff HA, Waytena GL, Glesener JW, Harris VG, Pappas DP (březen 1995). "Kritická tloušťka monokrystalického fcc železa na diamantu". Surf Sci. 326 (3): 252–66. Bibcode:1995SurSc.326..252H. doi:10.1016 / 0039-6028 (94) 00787-X.
  13. ^ M. Bigdeli Karimia, H. Arabib, A. Khosravania a J. Samei (2008). "Vliv valivého napětí na transformací vyvolanou plasticitu austenitu na martenzit ve vysoce legované austenitické oceli" (PDF). Journal of Technology Processing Technology. 203 (1–3): 349–354. doi:10.1016 / j.jmatprotec.2007.10.029. Citováno 4. září 2019.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  14. ^ Maranian, Peter (2009), Snižování křehkých a únavových poruch v ocelových konstrukcích, New York: Americká společnost stavebních inženýrů, ISBN  978-0-7844-1067-7.
  15. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-08-037941-8.