การเข้าใจเกี่ยวกับออสเทนไนต์ มาร์เทนไซต์ และเพิร์ไรต์

ออกส์เทไนต์:

สารละลายของแข็งที่เกิดจากคาร์บอนและธาตุโลหะผสมที่ถูกละลายใน γ-Fe ซึ่งยังคงโครงสร้างผลึกแบบลูกบาศก์หน้ากลาง (face-centered cubic lattice) ของ γ-Fe โครงสร้างนี้โดยทั่วไปจะมีอยู่ที่อุณหภูมิสูง โดยออกส์เทไนต์จะเริ่มสลายตัวที่อุณหภูมิ 200-300°C เมื่ออุณหภูมิการให้ความร้อนเพิ่มขึ้น ขนาดเกรนจะค่อยๆ ใหญ่ขึ้น ที่อุณหภูมิคงที่ใดๆ ยิ่งเวลานำมาอบไว้นานเท่าไร เกรนของออกส์เทไนต์ก็จะหยาบมากขึ้นเท่านั้น ขอบเขตของเกรนมีลักษณะตรง จัดเป็นรูปหลายเหลี่ยมปกติ; ไม่มีแม่เหล็ก มีความเหนียวดี แรงต้านทานต่ำ และมีความทนทานในระดับหนึ่ง ในเหล็กที่ผ่านการชุบแข็งแล้ว ออกส์เทไนต์ที่เหลือจะกระจายตัวอยู่ในช่องว่างระหว่างเข็มมาร์เทนไซต์

ออกส์เทไนต์เย็นเกิน (Supercooled austenite):

ออกส์เทไนต์ที่มีอยู่ต่ำกว่าอุณหภูมิ A1 ซึ่งไม่เสถียรและกำลังจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง

เฟอร์ไรต์:

สารละลายแข็งของคาร์บอนและธาตุผสมที่ละลายอยู่ใน α-Fe โดยมีโครงผลึกแบบลูกบาศก์กลางลูกรี (body-centered cubic lattice) และมีความสามารถในการละลายคาร์บอนต่ำมาก; ลักษณะ: มีความเหนียวและความยืดหยุ่นที่ดี; มีโครงสร้างเม็ดผลึกเป็นรูปหลายเหลี่ยมเรียบแสง; ปรากฏอยู่ที่อุณหภูมิสูงเกิน 1400℃ จึงเรียกว่าเฟอร์ไรต์ที่อุณหภูมิสูงหรือสารละลายแข็ง δ และใช้สัญลักษณ์แทนด้วย δ; ในเหล็กไฮโปิวเทกตอยด์ (hypoeutectoid steel) เฟอร์ไรต์ที่เย็นตัวลงช้าจะมีลักษณะเป็นเม็ดแข็งรูปก้อน โดยมีขอบเขตเม็ดที่ค่อนข้างเรียบ หากปริมาณคาร์บอนเข้าใกล้ส่วนประกอบยูเทกตอยด์ (0.77% คาร์บอน) เฟอร์ไรต์จะตกตะกอนตามแนวขอบเม็ดผลึก (ยูเทกตอยด์: การเปลี่ยนแปลงเฟสที่ซึ่งเฟสใหม่สองเฟสหรือมากกว่าตกตะกอนพร้อมกันจากเฟสแม่)

มาร์เทนไซต์:

สารละลายอิ่มตัวเกินของคาร์บอนที่ละลายอยู่ใน α-Fe ซึ่งมีโครงสร้างแบบลูกบาศก์กลางหน้า (body-centered tetragonal); รูปร่างทั่วไปของมาร์เทนไซต์ ได้แก่ โครงสร้างแบบแท่งยาวและแบบแผ่น; รูปร่างของมาร์เทนไซต์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เกิดขึ้นเป็นหลัก ซึ่งโดยลำดับขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนและองค์ประกอบโลหะผสมในออกสเทนไนต์; สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน เมื่อปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้น ปริมาณมาร์เทนไซต์แบบแท่งยาวจะลดลงอย่างสัมพัทธ์ และปริมาณมาร์เทนไซต์แบบแผ่นจะเพิ่มขึ้นอย่างสัมพัทธ์; คุณสมบัติ: ความแข็งแรงสูงและความแข็งสูง; เกิดจากการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว (การดับ) ของออกสเทนไนต์ ไม่ใช่โครงสร้างสมดุล และเสถียรภาพต่ำเมื่อให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 80–200°C จะสลายตัวได้ง่าย

มาร์เทนไซต์แบบแท่งยาว

เกิดขึ้นในเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและปานกลางรวมทั้งเหล็กกล้าไร้สนิม ประกอบด้วยชุดของแท่งยาวที่จัดเรียงขนานกัน รูปร่างในเชิงสามมิติแบนและยืดยาว และหนึ่งเกรนของออกสเทนไนต์สามารถเปลี่ยนแปลงกลายเป็นหลายชุดของแท่งยาว (โดยทั่วไป 3 ถึง 5 ชุด)

มาร์เทนไซต์แบบแท่งยาว (มาร์เทนไซต์แบบเข็ม)

สิ่งนี้มักพบในเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางและสูง และโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลที่มีนิกเกิลสูง เมื่อแผ่นมาร์เทนไซต์ขนาดใหญ่ที่สุดมีขนาดเล็กเกินกว่าจะมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสง จะเรียกว่ามาร์เทนไซต์ผลึกจุลภาค (cryptocrystalline martensite) มาร์เทนไซต์ที่ได้จากการชุบแข็งตามปกติในการผลิตโดยทั่วไปคือ มาร์เทนไซต์ผลึกจุลภาค

มาเทนไซต์ที่ผ่านการอบคืนตัว:

โครงสร้างจุลภาคชนิดนี้เกิดขึ้นจากการอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำ (150–250°C) และประกอบด้วยมาเทนไซต์ที่มีภาวะซูเปอร์เซทูเรชันต่ำลงและคาร์ไบด์ที่มีขนาดละเอียดมาก การสลายตัวของมาเทนไซต์เกิดขึ้นระหว่าง 80 ถึง 200°C เมื่อเหล็กกล้าถูกให้ความร้อนจนประมาณ 80°C ความสามารถในการเคลื่อนที่ของอะตอมภายในจะเพิ่มขึ้น และคาร์บอนที่อยู่ในภาวะซูเปอร์เซทูเรชันในมาเทนไซต์จะเริ่มตกตะกอนออกมาในรูปของคาร์ไบด์อย่างค่อยเป็นค่อยไป ระดับความซูเปอร์เซทูเรชันของคาร์บอนในมาเทนไซต์จะลดลงอย่างต่อเนื่อง จึงทำให้เกิดโครงสร้างผสมของมาเทนไซต์ที่มีภาวะซูเปอร์เซทูเรชันต่ำลงและคาร์ไบด์ที่มีขนาดละเอียดมาก

ซีเมนไตต์:

สารประกอบของคาร์บอนและเหล็ก Fe3C; คุณลักษณะ: มีคาร์บอน 6.67% มีโครงสร้างผลึกแบบออร์โธโรห์มบิกซับซ้อน; แข็งมาก เปราะสูง เกือบไม่มีความเหนียวและดัดแปลงได้;

เพิร์ไลท์:

ส่วนผสมเชิงกลของเฟอไรต์และเซเมนไทด์ในชั้นบางสลับกัน ซึ่งเกิดจากการทำปฏิกิริยาไอวเทกทอยด์ในโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอน; คุณลักษณะ: มีประกายเป็นมันวาวคล้ายไข่มุก; สมบัติทางกลอยู่ระหว่างเฟอไรต์และเซเมนไทด์ มีความแข็งแรงสูง ความแข็งปานกลาง และมีความเหนียวและความยืดหยุ่นที่ดี;

เพิร์ไลท์แบบชั้นบาง

ส่วนผสมของเฟอร์ไรต์และซีเมนไตท์ที่เกิดจากการทับซ้อนกันเป็นชั้นบางๆ แบบสลับกัน; โดยพิจารณาจากขนาดของระยะห่างระหว่างชั้น (lamellar spacing) สามารถแบ่งได้ดังนี้: เพิร์ลไลต์ (ระยะห่างระหว่างชั้น 450–150 นาโนเมตร อุณหภูมิการเกิด A1–650℃ มองเห็นได้ชัดเจนภายใต้กล้องจุลทรรศน์แสง), ซอร์ไบต์ (ระยะห่างระหว่างชั้น 150–80 นาโนเมตร อุณหภูมิการเกิด 650–600℃ มองเห็นได้เฉพาะภายใต้กล้องจุลทรรศน์แสงกำลังขยายสูง), และทรูสไบท์ (ระยะห่างระหว่างชั้น 80–30 นาโนเมตร อุณหภูมิการเกิด 600–550℃ มองเห็นได้เฉพาะด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน);

เพิร์ลไลต์แบบเม็ด

ส่วนผสมที่ซีเมนไตท์มีอยู่ในรูปแบบเม็ดภายในแมทริกซ์ของเฟอร์ไรต์; เพิร์ลไลต์แบบเม็ดโดยทั่วไปได้มาจากการอบอ่อนให้เป็นรูปทรงกลม (spheroidizing annealing); (การอบอ่อนให้เป็นรูปทรงกลม: การอบอ่อนที่ทำขึ้นเพื่อเปลี่ยนคาร์ไบด์ในเหล็กให้มีลักษณะกลม);

เบนไซต์ตอนบน:

ส่วนผสมที่เกิดจากเฟอไรต์แอซิคูลาร์เหนืออิ่มตัวและเซเมนไตต์ เมื่ออุณหภูมิลดลงอยู่ในช่วง 550–350℃ โดยมีเซเมนไตต์อยู่ระหว่างเข็มเฟอไรต์; ลักษณะ: มีลักษณะคล้ายขนนก เปราะ ความแข็งสูง; โดยทั่วไปสามารถระบุได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แสงกำลังขยาย 500 เท่า ไบไนต์ระดับสูง

ส่วนผสมที่เกิดจากเฟอไรต์แอซิคูลาร์เหนืออิ่มตัวและเซเมนไตต์ เมื่ออุณหภูมิลดลงอยู่ในช่วง 350–230℃ แต่เซเมนไตต์จะกระจายตัวอยู่ภายในเข็มเฟอไรต์; ลักษณะ: ปรากฏเป็นโครงสร้างรูปเข็มสีดำหรือคล้ายใบไม้ไผ่

ไบไนต์แบบเม็ด

ส่วนผสมที่ประกอบด้วยเฟอไรต์ก้อนหยาบค่อนข้างใหญ่และออกเทนไซต์ที่มีคาร์บอนสูง

ไบไนต์ไร้คาร์ไบด์

โครงสร้างจุลภาคที่ประกอบด้วยเฟสเดียวในรูปแถบคล้ายแลธ์ (lath-like ferrite) หรือที่เรียกว่า เฟอไรติกไบไนต์; ลักษณะ: ไบไนต์ไร้คาร์ไบด์โดยทั่วไปพบในเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ

โครงสร้างวิดแมนสตัตเท่น

โครงสร้างจุลภาคแบบหลายเฟสในเหล็ก ซึ่งเฟสโปริวเทกตอยด์มีลักษณะเป็นรูปเข็มหรือแผ่นผสมอยู่กับเพิร์ร์ไลท์แบบชั้นบาง พบได้เมื่อเกรนออกส์เทไนต์ค่อนข้างหยาบและอัตราการเย็นลงเหมาะสม ลักษณะเฉพาะ: เกรนหยาบ มีรูปร่างเป็นแผ่น คล้ายขนนก หรือรูปสามเหลี่ยม