析出硬化と焼戻しマルテンサイトの違い

教科書「Materials Science and Engineering An Introduction」では、次のことに言及しています。

「析出硬化と焼戻しマルテンサイトを形成するための鋼の処理は、熱処理手順が類似していてもまったく異なる現象です。したがって、プロセスを混同しないでください。主な違いは、硬化と強化が達成されるメカニズムにあります。 」

両方の章を読みましたが、違いはわかりません。両方のプロセスは、異なる温度でAのBの溶解度の違いによって機能し、溶体が拡散するのを防ぐためにそれを急冷し、熱による老化プロセスを加速し、溶質の沈殿を可能にします（溶質またはマルテンサイト）を形成し、転位の動きを妨げ、それにより非常に硬くしますが、全体的な靭性を改善するかなり延性のあるマトリックス内にあります。2つの違いはどこですか？

要約：両方のプロセスは、高温と低温の溶媒相間の溶質の相対的溶解度に依存します。各プロセスが超顕微鏡スケールでどのように進行するかは非常に異なります。析出硬化は拡散が制限されていますが、マルテンサイトの形成は拡散がありません。

析出硬化は、拡散制限プロセスであり、（一般に置換）溶質原子が最初に共晶温度または共析温度以上の溶媒に溶解し、次に共晶温度または共析温度未満の溶液から強制的に沈殿します。沈殿は、核形成サイトへの溶質原子の拡散に依存する、二次相の核形成および成長プロセスの結果です。核形成と成長の相対速度は温度によって制御されます。二次相のサイズと分散は時間によって制御され、時間の経過とともに粗大化が発生します。

マルテンサイトは拡散のない結果です（一般的に侵入型）溶質原子が変換格子に閉じ込められ、格子歪みを引き起こすプロセス。鋼では、オーステナイトからフェライトに変換すると、格子がFCCからBCCに変化します。変換が十分に速い場合、炭素の拡散とその結果の核生成と二次セメンタイト相の成長に十分な時間がありません。炭素はFCCからBCCに変化すると格子に閉じ込められます。炭素がフェライトへの溶解限界を超えている場合、格子は最終的に体心正方（BCT）構成に変形します。マルテンサイトの形成の程度は、時間ではなく温度によって制御されます。温度が低いほど、形成されるマルテンサイトの割合が大きくなります。BCTへの格子変換は材料内の音速で発生するため、マルテンサイト形成の程度は拡散によって制御されません。固体中の拡散プロセスよりもはるかに高速です。

$A_3$$A_3$温度オーステナイトはフェライトに変化し始め、フェライトは安定した溶媒相になりました。鉄が変化すると、その炭素溶解度の限界は約0.75重量％から約0.02重量％に低下します（以下のFe-C相図を参照）。したがって、炭素は鉄から拡散し始めます。たとえば、600℃で保持している間にプロセスにかなりの時間がかかると、パーライトが形成されます。パーライトは、溶媒相であるフェライトと、炭素の重量で約6.7％の化学量論的化合物であるセメンタイトからなる層状の微細構造です。これは、本質的に、析出硬化です。多くの材料では、二次相が粒界に析出しますが、これは望ましくありません。そのため、一般的にソリューション化ステップが必要です。

$M_s$$M_f$$M_f$、室温まで冷却しただけでは、材料のすべてがマルテンサイトに変化するわけではありません。どれだけ長く室温に保持しても、マルテンサイトの量は変化しません。対照的に、材料を600℃で長時間保持した場合、パーリエットのセメンタイトは、球状化と呼ばれるプロセスで、拡散が進むにつれて粗くなり、最終的に球状粒子を形成する傾向があります。

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mit.eduオープンコースウェアから取得した画像。

基本的な違いは、析出硬化が母材の結晶構造内の合金原子の分布を伴うことです。これは軟鋼を含むほとんどの合金で発生します。ここでは、合金の原子（または複合材料の粒子）のサイズの違いが結晶構造に歪みを与え、転位の移動をより困難にします。

一方、鋼の硬化には、まったく新しい構造の作成が含まれます。これは、鉄が体心（フェライト）と面心立方晶（オーステナイト）の両方に存在する可能性があるためです。オーステナイトは高温でのみ安定であり、フェライトよりも高い炭素溶解度を持ちます。ゆっくりと冷却すると、オーステナイトはフェライトに戻り、過剰な炭素はセメンタイト（炭化鉄）を形成します...これは本質的に析出硬化（パーライトの形成）であり、高炭素鋼のデフォルト状態です。しかし、急冷によってオーステナイトが急速に冷却されると、セメンタイトが形成されるのに十分な時間がなく、溶存炭素が高応力構造（マルテンサイト）に閉じ込められます。これは、高炭素鋼が非常に高い硬度を達成できるようにするものです。

ほとんどの場合、得られた材料は硬すぎて脆すぎて有用ではなく、焼戻しはマルテンサイトの一部をパーライトに変換するために使用されます。

さらに複雑なことは、鋼のこれらのプロセスが特定の微細構造を生成することです（たとえば、マルテンサイトは顕微鏡下で針状の構造を示す場合があります）。

それだけでは不十分な場合は、中間温度まで急冷して一定時間保持することで形成されるベイナイトの形の追加の微細構造があります。ベイナイトは、本質的に、明確な層状構造を持つ、より歪みのある構造化されたパーライト（フェライトとセメンタイト）です。