1. Efeito da composição química
De um modo geral, o ponto Ms depende principalmente da composição química do aço, da qual o teor de carbono tem o efeito mais significativo.
Com o aumento do teor de carbono no aço, a faixa de temperatura de transformação martensítica diminui, conforme mostrado na Figura 1.
Fig. 1 Efeito do teor de carbono em Ms e Mf
Com o aumento do teor de carbono, as mudanças do ponto Ms e do ponto Mf não são completamente consistentes, e o ponto Ms mostra um declínio contínuo relativamente uniforme;
Quando o teor de carbono é inferior a 0,6%, o ponto Mf diminui mais significativamente que o ponto Ms, ampliando assim a faixa de temperatura de transformação martensítica (Ms Mf).
No entanto, quando o teor de carbono é superior a 0,6%, o ponto Mf diminui lentamente e, como o ponto Mf caiu abaixo de 0 ℃, há mais austenita residual na estrutura à temperatura ambiente após a têmpera.
O efeito de N no ponto M é semelhante ao de C.
Assim como C, N forma solução sólida intersticial no aço, que tem efeito de fortalecimento da solução sólida na fase γ e na fase α, mas especialmente na fase α, aumentando assim a resistência ao cisalhamento da transformação martensítica e aumentando a força motriz da transformação.
Ao mesmo tempo, C e N também são elementos que estabilizam uma fase.
Eles reduzem a temperatura de equilíbrio T0 da transição de fase γ → α ', portanto reduzem fortemente o ponto Ms.
Os elementos de liga comuns no aço podem reduzir o ponto Ms, mas o efeito não é tão significativo quanto o do carbono.
Apenas Al e Co aumentam o ponto Ms (como mostrado na Fig. 2).
Fig. 2 Efeito dos elementos de liga no ponto Ms da ferroliga
Os elementos que reduzem o ponto Ms são organizados na ordem de intensidade de influência: Mn, Cr, Ni, Mo, Cu, W, V, Ti.
Entre eles, W, V, TI e outros elementos formadores de carbonetos fortes existem principalmente na forma de carbonetos em aço e raramente são dissolvidos em austenita durante a têmpera e o aquecimento, portanto, têm pouco efeito no ponto Ms.
A influência dos elementos de liga no ponto Ms depende principalmente da sua influência na temperatura de equilíbrio T0 e o efeito de fortalecimento na austenita.
Todos os elementos (como C) que reduzem drasticamente T0 temperatura e fortalecer a austenita reduzem drasticamente o ponto Ms.
Mn, Cr, Ni, etc. não apenas reduzem o T0 temperatura, mas também aumentam ligeiramente a resistência austenítica, de modo que também reduzem o ponto Ms.
Al, Co, Si, Mo, W, V, Ti, etc. todos aumentam o T0 temperatura, mas também aumenta a resistência da austenita em vários graus.
Então,
① Se o primeiro desempenhar um papel maior, o ponto Ms aumentará, como Al e Co;
② Se este último tiver um efeito maior, o ponto Ms será reduzido, como Mo, W, V, Ti;
③ Quando as duas funções são aproximadamente equivalentes, isso tem pouco efeito no ponto Ms, como Si.
Na verdade, a interação entre os elementos de liga no aço é muito complexa e o ponto Ms do aço depende principalmente do teste.
Acredita-se geralmente que todos os elementos de liga que reduzem o ponto Ms também reduzem o ponto Mf.
2. Efeito da deformação e tensão
Como mencionado anteriormente, a transformação martensítica será induzida quando a austenita for deformada plasticamente entre Md Ms.
Da mesma forma, a deformação plástica entre Ms Mf também pode promover a transformação martensítica e aumentar a transformação martensítica.
Em geral, quanto maior a deformação e menor a temperatura de deformação, mais variáveis de transformação da martensita induzidas pela deformação.
Como a transformação da martensita produzirá inevitavelmente expansão de volume, a tensão compressiva multidirecional impedirá a formação de martensita, reduzindo assim o ponto Ms.
No entanto, a tensão de tração ou a tensão de compressão unidirecional muitas vezes conduzem à formação de martensita, o que faz com que o ponto Ms suba.
3. Efeito das condições de austenitização
A influência da temperatura de aquecimento e do tempo de retenção no ponto Ms é complexa.
O aumento da temperatura de aquecimento e a extensão do tempo de retenção conduzem à dissolução adicional de elementos de carbono e liga em austenita, o que reduzirá o ponto Ms, mas, ao mesmo tempo, causará o crescimento de grãos de austenita, reduzirá seu cristal defeitos, e reduzir a resistência ao cisalhamento durante a formação da martensita, aumentando assim o ponto Ms.
Em geral, se não houver alteração na composição química, ou seja, na condição de austenitização completa, aumentar a temperatura de aquecimento e prolongar o tempo de espera aumentará o ponto Ms;
Sob a condição de aquecimento incompleto, aumentar a temperatura ou prolongar o tempo aumentará o teor de carbono e elementos de liga na austenita, levando à diminuição do ponto Ms.
Sob a condição de que a composição da austenita seja constante, a resistência da austenita aumentará e a resistência ao cisalhamento da transformação martensítica aumentará quando o grão for refinado, o que reduzirá o ponto Ms.
Contudo, quando o refinamento do grão não afeta significativamente a resistência ao cisalhamento, tem pouco efeito no ponto Ms.
4. Efeito da taxa de resfriamento de têmpera
A influência da taxa de resfriamento da têmpera no ponto Ms é mostrada na Fig.
Fig. 3 Efeito da velocidade de têmpera no ponto Ms do aço Fe-0,5% C-2,05% NI
Quando a velocidade de têmpera é baixa, o ponto Ms permanece constante, formando um degrau inferior, que equivale ao ponto Ms nominal do aço.
Quando a velocidade de têmpera é muito alta, ocorre outra etapa onde o ponto Ms permanece constante.
Entre as duas velocidades de têmpera acima, o ponto Ms aumenta com o aumento da velocidade de têmpera.
Os fenômenos acima podem ser explicados da seguinte forma:
Supõe-se que a distribuição de C na austenita durante a transformação de fase é desigual, e a segregação ocorre em defeitos como discordâncias, formando “massa de ar atômica C”.
O tamanho desta “massa de ar” está relacionado com a temperatura.
Sob alta temperatura, a capacidade de difusão atômica é forte e a tendência de segregação do átomo C é pequena, portanto o tamanho da “massa de ar” também é pequeno.
No entanto, quando a temperatura diminui, a difusividade atômica diminui, a tendência dos átomos de C se segregarem aumenta e o tamanho da “massa de ar” interna aumenta com a diminuição da temperatura.
Sob condições normais de têmpera, estas “massas de ar” podem atingir tamanho suficiente para fortalecer a austenita.
Porém, a velocidade de têmpera extremamente rápida inibe a formação de “massa de ar”, o que leva ao enfraquecimento da austenita e à redução da resistência ao cisalhamento durante a transformação martensítica, elevando assim o ponto Ms.
No entanto, quando a taxa de resfriamento é alta o suficiente, a flexão da “massa de ar” é restringida e o ponto Ms não aumenta mais com o aumento da taxa de têmpera.
5. Efeito do campo magnético
O teste mostra que quando o aço é temperado e resfriado no campo magnético, o campo magnético aplicado induzirá a transformação da martensita.
Comparado com aquele sem o campo magnético, o ponto Ms aumenta e a transformação da martensita na mesma temperatura aumenta.
No entanto, o campo magnético externo apenas faz o ponto Ms subir, mas não tem efeito no comportamento de transição de fase abaixo do ponto Ms.
Fig. 4 Efeito do campo magnético externo no processo de transformação da martensita
Como mostrado na Fig. 4, o campo magnético aplicado aumenta Ms para Ms' durante a têmpera e o resfriamento, mas a tendência crescente da variável rotacional é basicamente consistente com aquela sem campo magnético.
Quando o campo magnético aplicado é removido antes do término da transformação de fase, a transformação de fase retornará imediatamente ao estado em que o campo magnético não é aplicado e a quantidade final de transformação de martensita não mudará.
A razão pela qual o campo magnético externo afeta a transformação da martensita é que o campo magnético externo torna a fase martensita com a força máxima de saturação magnética mais estável.
Fig. 5 Diagrama termodinâmico do aumento do ponto Ms causado pelo campo magnético externo
Conforme mostrado na Figura 5, a energia livre da martensita diminui no campo magnético, enquanto o campo magnético tem pouco efeito sobre a energia livre da austenita não ferromagnética.
Portanto, a temperatura de equilíbrio bifásico T0 aumenta e o ponto Ms também aumenta. Também pode ser considerado que o campo magnético externo na verdade compensa parte da força motriz química com energia magnética, e a transformação martensítica pode ocorrer acima do ponto Ms devido à indução magnética.
Este fenômeno é muito semelhante à transformação martensítica induzida por deformação do ponto de vista termodinâmico.
6. Conclusão
Através da introdução desta questão, devemos ter clareza sobre os cinco fatores que afetam os pontos da Sra.
É claro que a revisão regular destes pontos de conhecimento também desempenhará um papel benéfico na nossa compreensão dos pontos de conhecimento.
