Austénitisation de l'acier

Principe de l'austénitisation

• Principe de transformation de phase: Lorsque l'acier est chauffé, les structures internes telles que la ferrite et la perlite se transformeront progressivement en austénite grâce à la redistribution des atomes de carbone dans le réseau cristallin de fer.
• Influence de la température: La température d'austénitisation se situe généralement entre ac₁ (point critique inférieur) et ac₃ (point critique supérieur). Cependant, la température du point critique varie en fonction de la composition de l'acier. Par exemple, la teneur en carbone, les types et les teneurs en éléments d'alliage affectent tous le point critique.

Processus d'austénitisation (Prenant l'acier eutectoïde comme exemple)

• Formation de noyaux d'austénite: Les noyaux d'austénite se forment généralement préférentiellement à l'interface de phase entre la ferrite et la cémentite, car la concentration d'atomes de carbone à l'interface de phase est inégale, et l'énergie est élevée et l'arrangement atomique est irrégulier, ce qui répond facilement aux conditions de fluctuation de concentration, de fluctuation d'énergie et de fluctuation de structure requises pour la nucléation. De plus, les limites des domaines de perlite et des blocs en mosaïque de ferrite peuvent également être des sites de nucléation.
• Croissance des noyaux d'austénite: Après chauffage dans la région de phase austénitique, la vitesse de diffusion des atomes de carbone s'accélère à haute température, et les atomes de fer et les atomes d'alliage peuvent également se diffuser complètement. Les noyaux d'austénite continuent de croître vers la ferrite et la cémentite grâce à la diffusion des atomes de carbone.
• Dissolution de la cémentite résiduelle: Parce que la composition et la structure de la ferrite sont plus proches de l'austénite, la ferrite disparaît en premier pendant la croissance des noyaux d'austénite, tandis que la cémentite résiduelle continue de se dissoudre avec l'extension du temps de maintien jusqu'à ce qu'elle disparaisse complètement.
• Homogénéisation de la composition de l'austénite: Après la dissolution de toute la cémentite, la concentration de carbone dans l'austénite n'est pas uniforme, et la teneur en carbone dans la région de la cémentite d'origine est plus élevée. À ce stade, il est nécessaire de subir un maintien à long terme ou de continuer à chauffer pour permettre aux atomes de carbone de se diffuser complètement, afin d'obtenir une austénite de composition uniforme.

Austénitisation de l'acier hypo-eutectoïde et de l'acier hyper-eutectoïde

• Acier hypo-eutectoïde: En plus du processus de base de formation d'austénite de l'acier eutectoïde mentionné ci-dessus, lorsqu'il est chauffé au-dessus de la température ac₁, la ferrite pro-eutectoïde doit se dissoudre progressivement jusqu'à ce qu'il soit chauffé au-dessus de la température ac₃ pour être complètement transformé en austénite.
• Acier hyper-eutectoïde: Lorsqu'il est chauffé au-dessus de la température ac₁, la cémentite pro-eutectoïde (cémentite secondaire) doit se dissoudre progressivement, et ce n'est que lorsqu'il est chauffé au-dessus de Accm (point critique supérieur de l'acier hyper-eutectoïde) que toute la cémentite peut se dissoudre et qu'une structure austénitique unique peut être obtenue.

Facteurs affectant l'austénitisation

• Température et durée de chauffage: Plus la température de chauffage est élevée, plus la vitesse de diffusion atomique est rapide, plus la vitesse d'austénitisation est rapide et plus le temps requis pour la formation est court ; À une certaine température, plus le temps de maintien est long, plus la composition de l'austénite est uniforme, mais un temps de maintien trop long entraînera une croissance des grains.
• Vitesse de chauffage: Plus la vitesse de chauffage est rapide, plus la période d'incubation est courte, plus la température à laquelle l'austénite commence à se transformer et se termine à se transformer est élevée, et plus le temps requis pour la transformation est court. Lors d'un chauffage rapide, l'augmentation de la vitesse de nucléation de l'austénite est supérieure à la vitesse de croissance, et des grains d'austénite fins peuvent être obtenus.
• Éléments d'alliage: Des éléments tels que le cobalt et le nickel accéléreront le processus d'austénitisation ; Des éléments tels que le chrome, le molybdène et le vanadium ralentissent le processus d'austénitisation ; Des éléments tels que le silicium, l'aluminium et le manganèse n'ont fondamentalement aucun effet sur le processus d'austénitisation. Étant donné que la vitesse de diffusion des éléments d'alliage est beaucoup plus lente que celle du carbone, la température de chauffage du traitement thermique de l'acier allié est généralement plus élevée et le temps de maintien est plus long.
• Structure d'origine: Lorsque la cémentite dans la structure d'origine est lamellaire, la vitesse de formation d'austénite est plus rapide que celle de la cémentite granulaire ; Plus l'espacement interlamellaire de la cémentite est petit, plus il y a d'interfaces de phase, plus la vitesse de nucléation est élevée et plus la vitesse de transformation est rapide ; La perlite granulaire dans l'état de recuit de sphéroïdisation a peu d'interfaces de phase, de sorte que la vitesse d'austénitisation est la plus lente.

Application pratique de l'austénitisation

• Traitement thermique: L'austénitisation est une étape clé du traitement thermique de l'acier. Différentes méthodes de refroidissement ultérieures (telles que la trempe, la normalisation, le recuit, le revenu, etc.) feront que l'austénite se transforme en différentes structures, afin d'obtenir les propriétés mécaniques requises. Par exemple, la trempe de l'acier après austénitisation peut obtenir une structure de martensite et améliorer la dureté et la résistance de l'acier ; Le traitement de normalisation peut affiner les grains et améliorer l'usinabilité de l'acier, etc.
• Transformation par pression: Les lingots d'acier, les billettes d'acier et les produits en acier sont généralement chauffés à plus de 1100°C pour l'austénitisation. À ce stade, l'austénite a une bonne plasticité et une faible limite d'élasticité, ce qui est pratique pour la transformation plastique telle que le forgeage et le laminage pour fabriquer des pièces ou des produits finis de diverses formes.