La formation d'austénite est le "lien de source" dans le traitement thermique de l'acier. C'est une phase instable à température ambiante (généralement transformée en martensite, perlite,ou d'autres microstructures par changement de phase pendant le refroidissement)Cependant, sonqualité de formation (taille du grain, homogénéité, teneur en carbone/éléments alliants et stabilité)Il détermine directement la microstructure des produits de transformation de phase ultérieurs, ce qui à son tour influence fondamentalement les acierspropriétés mécaniques(résistance, dureté, ténacité, ductilité),capacité de traitement(mécanique, réponse au traitement thermique) etperformance du serviceLes impacts spécifiques sont ventilés en fonction des dimensions clés ci-dessous:
La taille des grains d'austénite est essentielle à la finesse des microstructures de transformation de phase ultérieures (par exemple, martensite, sorbite).Relation entre Hall et Petch(grains fins → résistance/dureté accrue tout en améliorant la ténacité; grains grossiers → résistance/dureté réduite et détérioration significative de la ténacité).
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Auténite à grains fins: formé par une forte densité de nucléation (par exemple, par recuit sphéroïde ou chauffage à basse température), il se transforme enMartensite aciculaire fine(ou perlite fine dans l'acier à faible teneur en carbone) après étanchéité.Le grand nombre de bordures de grains dans la martensite fine empêche efficacement le mouvement des dislocations (les bordures de grains agissent comme des "barrières" aux dislocations), ce qui entraîne une augmentation significative de l'acierrésistance à la traction, résistance au rendement et dureté.
Exemple: pour l'acier 45° (acier à carbone moyen) soumis à "chauffage à 850°C (50°C au-dessus de l'ac3 + refroidissement à l'eau", les grains d'austénite sont fins (grade approximativement 10),et la martensite éteinte est aussi bonneSi elles sont chauffées à 1000°C (surchauffement), les grains d'austénite s'épaississent (environ de grade 3°4), la martensite éteinte devient grossière,et la dureté tombe à HRC 50 ̊53.
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Auténite grossière: Des températures de chauffage trop élevées ou des délais de conservation prolongés provoquent une grossièreté du grain, ce qui entraîne:Martensite lamellaire grossièreLes dislocations ont tendance à s'accumuler dans la martensite grossière et l'effet barrière des bordures des grains s'affaiblit, ce qui entraîne une résistance et une dureté réduites."microstructures surchauffées" (eLes résultats de l'analyse de la situation financière de la Banque centrale allemande (par exemple, la structure de Widmanstätten) sont susceptibles de se former, ce qui entraînera une détérioration supplémentaire des performances.
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Auténite à grains fins: Les produits de transformation de phase ultérieurs (martensite fine, sorbite fine) ont des limites de grains qui dispersent les concentrations de contraintes.La propagation des fissures nécessite de contourner davantage de limites de grains (chemin plus long), améliorant ainsi sensiblementrésistance à l'impact (αk), résistance à la fracture (KIC) et ductilité (allongement, réduction de la surface).
Exemple: pour l'acier trempé et trempé (par exemple, 40Cr) utilisé dans les machines de construction, si les grains d'austénite sont raffinés à la qualité 8 ou plus fine,résistance à l'impact après séchage et trempage à haute température (500 à 600 °C) peut dépasser 80 J/cm2Si les grains sont grossiers jusqu'à un degré 5 ou plus, la ténacité au choc peut descendre en dessous de 40 J/cm2, ce qui augmente le risque de fracture fragile à basse température.
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Auténite grossière: Les fissures intergranulaires se forment facilement dans la martensite grossière, et la résistance à la propagation des fissures est faible, ce qui entraîne une forte diminution de la ténacité.inférieure à -20°C), une "fracture non ductile" (fracture fragile) peut se produire, ce qui est une cause majeure de défaillance des composants mécaniques.
L'uniformité de l'austénite se réfère à lala consistance de sa composition chimique (principalement la concentration en carbone) et la répartition de sa microstructureIl affecte directement la "synchronisation" des transformations de phase ultérieures, influençant ainsi la stabilité des performances.:
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Auténite uniforme: le carbone et les éléments alliants sont complètement diffus dans l'austénite, sans différence de concentration locale.toutes les régions forment simultanément de la martensite (ou d'autres microstructures de transformation de phase), ce qui entraîne:répartition uniforme de la dureté(par exemple, différence de dureté ≤ 2 HRC entre différentes parties du même composant) et fluctuation minimale de la résistance.Cela assure une répartition uniforme des contraintes dans le composant et évite la concentration locale des contraintes.
Exemple: l'acier de roulement (GCr15) doit être chauffé à 850°C avec une durée de conservation suffisante pour assurer une diffusion uniforme du carbone dans l'austénite.qui garantit une usure uniforme pendant le fonctionnement du roulement et prolonge la durée de vie.
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Auténite non uniforme: Un chauffage insuffisant (faible température, courte durée) ou une microstructure initiale grossière entraînent une diffusion incomplète du carbone dans l'austénite, ce qui entraîne des "régions enrichies en carbone" (par exemple,Dans le cas des régions où les concentrations de carbone sont très faibles, les concentrations de carbone sont plus élevées que dans les régions où les concentrations de carbone sont très faibles.Au cours de l'extinction ultérieure:
- Régions enrichies en carbone: Forment de la martensite à haute teneur en carbone, qui a une dureté extrêmement élevée mais une faible ténacité;
- Régions pauvres en carbone: Forment de la martensite ou de la ferrite à faible teneur en carbone, qui a une faible dureté et une faible résistance.
En fin de compte, cela provoque de graves inégalités de dureté et de résistance de l'acier.
Autres causes de l'austénitevariations de volume incohérentes entre les régionspendant la transformation de phase ultérieure (par exemple, la martensite à haute teneur en carbone a un volume spécifique plus important que la martensite à faible teneur en carbone), générant une "stress structurelle".Une distribution de température inégale (si le chauffage n'est pas uniforme) induit un "stress thermique"La superposition de ces deux contraintes conduit à:
- Les caractéristiques suivantes sont utilisées:
- Dans les cas graves: "Fractures de rétrécissement" (par exemple, des fissures longitudinales se forment facilement dans l'acier d'outil avec un chauffage inégal), entraînant directement la démolition des composants.
La teneur en carbone et les éléments d'alliage (par exemple, Cr, Ni, Mo, Mn) de l'austénite déterminent directement la "composition et la structure" des produits de transformation de phase suivants,Il s'agit d'un procédé qui permet de réguler avec précision les propriétés essentielles de l'acier (dureté) et de l'acier (durabilité)., ténacité, résistance à l'usure, etc.):
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Auténite à haute teneur en carbone(par exemple, acier à haute teneur en carbone avec C > 0,6%):Martensite à haute teneur en carboneIl présente une dureté extrêmement élevée (HRC 60?? 65) et une bonne résistance à l'usure, mais une faible ténacité (ténacité à l'impact < 20 J/cm2).Il convient aux scénarios nécessitant une dureté élevée et un faible impact (e.g., outils de coupe, matrices, roulements).
Exemple: L'acier T10 (C = 1,0%) est austénisé (780°C à 800°C) et trempé, atteignant une dureté de 62°C à 64°C, ce qui le rend adapté à la fabrication de lames de scie manuelle.
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Auténite à carbone moyen(par exemple, acier à carbone moyen avec C = 0,25% ∼0,6%):Martensite à carbone moyenaprès étanchéité. Après tempérage (par exemple, tempérage à haute température à 500 à 600 °C), il se transforme en "sorbite", ce qui équilibre une résistance élevée (σb = 800 à 1200 MPa) et une bonne ténacité (αk = 40 à 80 J/cm2).C'est l'état typique de l'acier structurel (e.par exemple, des arbres, des engrenages).
Exemple: l'acier 45° est soumis à l'austénitisation et au trempage (austénitisation à 840°C + trempage + trempage à 550°C), atteignant une résistance d'environ 900 MPa et une ténacité d'impact d'environ 60 J/cm2,le rendant adapté à la fabrication de fuseaux de machines-outils.
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Auténite à faible teneur en carbone(par exemple, acier à faible teneur en carbone avec C < 0,25%): se transforme en martensite à faible teneur en carbone après étanchement.Il a une dureté faible (HRC 30 ∼ 40), mais une excellente ténacité (αk > 100 J/cm2) et une bonne ductilité (allongement > 15%)Il convient aux scénarios nécessitant une grande ténacité et une résistance aux chocs (par exemple, bras de machines de construction, châssis d'automobile).
Exemple: l'acier Q355 (C ≈ 0,18%) est éteint après austénitisation à basse température (880 ≈ 920 °C) pour obtenir de la martensite à faible teneur en carbone,pour la fabrication de composants structurels soumis à des charges d'impact.
Les éléments d'alliage optimisent les propriétés indirectement en modifiant la stabilité de l'austénite, en raffinant les grains ou en formant des carbures avec du carbone:
- Éléments de raffinage des grains (Ti, Nb, V): Forment des carbures fins (par exemple, TiC, NbC) qui empêchent la croissance des grains d'austénite, ce qui donne une austénite à grains fins. Après séchage, cela améliore la résistance et la ténacité de l'acier (par exemple,acier à haute résistance microallié Q690, qui ajoute du Nb aux grains raffinés, atteignant une résistance de plus de 690 MPa tout en conservant une excellente ténacité).
- Éléments améliorant la ténacité (Ni): Ni abaisse la température de transformation de la martensite (point M), réduit la fragilité de la martensite,Il améliore la microstructure de la martensite, permettant à l'acier à haute teneur en carbone de maintenir une dureté élevée tout en améliorant la ténacité (e.par exemple, l'acier à trituration Cr12MoV avec Ni ajouté, dont la ténacité aux chocs augmente de plus de 30%).
- Éléments améliorant la résistance à l'usure (Cr, Mo): Cr et Mo forment des carbures résistants à l'usure (par exemple, Cr7C3, Mo2C).amélioration significative de la résistance à l'usure de l'acier (Par exemple, l'acier résistant à l'usure NM450, qui ajoute du Cr et du Mo, réduisant la perte d'usure de 50% par rapport à l'acier ordinaire).
La stabilité de l'austénite se réfère à sa "capacité à résister à la transformation de phase pendant le refroidissement" (c'est-à-dire la stabilité de l'austénite sous-refroidie, déterminée par la position de la courbe C).Il est principalement influencé par les éléments alliants (eLes effets spécifiques sont les suivants:
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Austenite hautement stable: tend à se formerAuténite conservéeL'austénite retenue se transforme lentement en martensite à température ambiante (accompagnée d'une expansion du volume),provoquant une "déformation par vieillissement" des composants et une précision dimensionnelle réduite (ePar exemple, les matrices de précision ou les jauges avec une rétention excessive d'austénite peuvent présenter une augmentation dimensionnelle de 0,1% à 0,3% après plusieurs mois d'utilisation).
Solution: favoriser la transformation de l'austénite retenue en martensite par un "traitement cryogénique" (-80°C à -196°C),ou stabiliser l'austénite retenue par "témperature basse" (150~200°C) afin de minimiser la déformation ultérieure.
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Auténite à faible stabilité: se transforme facilement en martensite lors du refroidissement, avec une faible teneur en austénite conservée (< 5%).,les roulements, les engrenages).
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Austenite hautement stable(par exemple, acier allié): la courbe C se déplace vers la droite, réduisant le taux de refroidissement critique.réduire les déformations et les fissurations causées par la contrainte de refroidissementPar exemple, l'acier 40Cr peut atteindre un HRC de 50 ‰ 55 par trempage à l'huile, tandis que l'acier 45 ‰ nécessite un trempage à l'eau).
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Auténite à faible stabilité(par exemple, acier à faible teneur en carbone, fer pur): la courbe C se déplace vers la gauche, ce qui entraîne un taux de refroidissement critique élevé.Un refroidissement par pulvérisation est nécessaire pour obtenir de la martensite.La perlite (faible dureté) se forme donc facilement, sa capacité d'adaptation au procédé étant faible (par exemple,l'acier à faible teneur en carbone n'est généralement pas éteint seul et nécessite un traitement thermique chimique tel que la carburation).
L'austénite elle-même ne détermine pas directement les propriétés à température ambiante de l'acier, mais elle "pose les bases" pour les transformations de phase ultérieures (extinction, trempage, normalisation, etc.).) à travers ses quatre caractéristiques:taille du grain, homogénéité, composition (éléments de carbone et d'alliage) et stabilitéLes propriétés de toutes les microstructures ultérieures (par exemple, dureté de la martensite, dureté de la sorbite) sont déterminées par l'état de l'austénite.
- Pouréquilibre résistance-durabilité(par exemple, composants structurels), l'austénite à carbone moyen à grains fins et uniforme doit être contrôlée;
- Pourhaute dureté et résistance à l'usure(par exemple, outils, matrices), l'austénite à haute teneur en carbone et à grains fins doit être contrôlée;
- Pourhaute précision dimensionnelle(par exemple, pièces de précision), l'austénite ayant une faible teneur en austénite retenue doit être contrôlée.
La régulation précise de la formation d'austénite est la clé technique de base pour réaliser la "personnalisation des performances à la demande" pour l'acier.
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