Austenitizzazione dell'acciaio

Principio di austenitizzazione

• Principio di trasformazione di fase: Quando l'acciaio viene riscaldato, le strutture interne come la ferrite e la perlite si trasformeranno gradualmente in austenite attraverso la ridistribuzione degli atomi di carbonio nel reticolo cristallino del ferro.
• Influenza della temperatura: La temperatura di austenitizzazione è solitamente compresa tra ac₁ (punto critico inferiore) e ac₃ (punto critico superiore). Tuttavia, la temperatura del punto critico varia a seconda della composizione dell'acciaio. Ad esempio, il contenuto di carbonio, i tipi e i contenuti degli elementi di lega influenzano tutti il punto critico.

Processo di austenitizzazione (prendendo l'acciaio eutettoide come esempio)

• Formazione di nuclei di austenite: I nuclei di austenite si formano solitamente preferenzialmente all'interfaccia di fase tra ferrite e cementite, perché la concentrazione di atomi di carbonio all'interfaccia di fase è irregolare e l'energia è alta e la disposizione atomica è irregolare, il che soddisfa facilmente le condizioni di fluttuazione della concentrazione, fluttuazione dell'energia e fluttuazione della struttura richieste per la nucleazione. Inoltre, i bordi dei domini di perlite e dei blocchi a mosaico di ferrite possono anche essere siti di nucleazione.
• Crescita dei nuclei di austenite: Dopo il riscaldamento nella regione di fase austenitica, la velocità di diffusione degli atomi di carbonio accelera ad alta temperatura e anche gli atomi di ferro e gli atomi di lega possono diffondersi completamente. I nuclei di austenite continuano a crescere verso ferrite e cementite attraverso la diffusione degli atomi di carbonio.
• Dissoluzione della cementite residua: Poiché la composizione e la struttura della ferrite sono più vicine all'austenite, la ferrite scompare per prima durante la crescita dei nuclei di austenite, mentre la cementite residua continua a dissolversi con l'estensione del tempo di mantenimento fino a quando non scompare del tutto.
• Omogeneizzazione della composizione dell'austenite: Dopo che tutta la cementite si è dissolta, la concentrazione di carbonio nell'austenite non è uniforme e il contenuto di carbonio nella regione originale della cementite è più alto. In questo momento, è necessario subire un mantenimento a lungo termine o continuare a riscaldare per consentire agli atomi di carbonio di diffondersi completamente, in modo da ottenere austenite con una composizione uniforme.

Austenitizzazione dell'acciaio ipoeutettoide e dell'acciaio ipereutettoide

• Acciaio ipoeutettoide: Oltre al processo di base di formazione dell'austenite dell'acciaio eutettoide menzionato sopra, quando riscaldato al di sopra della temperatura ac₁, la ferrite proeutettoide deve dissolversi gradualmente fino a quando non viene riscaldata al di sopra della temperatura ac₃ per essere completamente trasformata in austenite.
• Acciaio ipereutettoide: Quando riscaldato al di sopra della temperatura ac₁, la cementite proeutettoide (cementite secondaria) deve dissolversi gradualmente e solo quando riscaldato al di sopra di Accm (punto critico superiore dell'acciaio ipereutettoide) è possibile dissolvere tutta la cementite e ottenere una singola struttura austenitica.

Fattori che influenzano l'austenitizzazione

• Temperatura e tempo di riscaldamento: Più alta è la temperatura di riscaldamento, più veloce è la velocità di diffusione atomica, più veloce è la velocità di austenitizzazione e più breve è il tempo necessario per la formazione; A una certa temperatura, più lungo è il tempo di mantenimento, più uniforme è la composizione dell'austenite, ma un tempo di mantenimento troppo lungo porterà alla crescita dei grani.
• Velocità di riscaldamento: Più veloce è la velocità di riscaldamento, più breve è il periodo di incubazione, più alta è la temperatura alla quale l'austenite inizia a trasformarsi e termina di trasformarsi e più breve è il tempo necessario per la trasformazione. Durante il riscaldamento rapido, l'aumento della velocità di nucleazione dell'austenite è maggiore della velocità di crescita e si possono ottenere grani di austenite fini.
• Elementi di lega: Elementi come cobalto e nichel accelereranno il processo di austenitizzazione; Elementi come cromo, molibdeno e vanadio rallentano il processo di austenitizzazione; Elementi come silicio, alluminio e manganese fondamentalmente non hanno alcun effetto sul processo di austenitizzazione. Poiché la velocità di diffusione degli elementi di lega è molto più lenta di quella del carbonio, la temperatura di riscaldamento del trattamento termico dell'acciaio legato è generalmente più alta e il tempo di mantenimento è più lungo.
• Struttura originale: Quando la cementite nella struttura originale è lamellare, la velocità di formazione dell'austenite è più veloce di quella della cementite granulare; Più piccolo è lo spazio interlamellare della cementite, più interfacce di fase, più alta è la velocità di nucleazione e più veloce è la velocità di trasformazione; La perlite granulare nello stato di ricottura di sferoidizzazione ha poche interfacce di fase, quindi la velocità di austenitizzazione è la più lenta.

Applicazione pratica dell'austenitizzazione

• Trattamento termico: L'austenitizzazione è un passaggio chiave nel trattamento termico dell'acciaio. Diversi metodi di raffreddamento successivi (come tempra, normalizzazione, ricottura, rinvenimento, ecc.) faranno sì che l'austenite si trasformi in strutture diverse, in modo da ottenere le proprietà meccaniche richieste. Ad esempio, la tempra dell'acciaio dopo l'austenitizzazione può ottenere la struttura della martensite e migliorare la durezza e la resistenza dell'acciaio; Il trattamento di normalizzazione può raffinare i grani e migliorare la lavorabilità dell'acciaio, ecc.
• Lavorazione a pressione: I lingotti di acciaio, i billette di acciaio e i prodotti in acciaio vengono generalmente riscaldati a temperature superiori a 1100°C per l'austenitizzazione. In questo momento, l'austenite ha una buona plasticità e una bassa resistenza allo snervamento, il che è conveniente per la lavorazione plastica come la forgiatura e la laminazione per realizzare parti o prodotti finiti di varie forme.