L'impatto della formazione di austenite sulle proprietà dell'acciaio

I. Dimensione del grano di austenite: il fattore determinante fondamentale dell'"equilibrio forza-durezza" dell'acciaio

1Impatto sulla forza e sulla durezza

• Austenite a grana fine: Formato mediante elevata densità di nucleazione (ad es. mediante ricottura a sferoidizzazione o riscaldamento a bassa temperatura), si trasforma inMartensite fine acicolare(o perlite fine in acciaio a basso tenore di carbonio) dopo l'estinguimento.Il gran numero di bordi di grano nella martensite fine ostacola efficacemente il movimento della dislocazione (i bordi di grano agiscono come "barriere" alle dislocazioni), aumentando così in modo significativo l'acciaioresistenza alla trazione, resistenza alla resa e durezza.
  Esempio: per l'acciaio 45° (acciaio a carbonio medio) sottoposto a "riscaldamento a 850°C (50°C sopra l'Ac3) + raffreddamento con acqua", i grani di austenite sono buoni (circa grado 10),E la martensite estinta va bene.Se riscaldata a 1000°C (sovr riscaldamento), i grani di austenite si grossolano (circa grado 3 ̊4), la martensite spegnata diventa grossolana,e la durezza scende a HRC 50 ̊53.
• Austenite a grana grossolana: Temperature di riscaldamento eccessivamente elevate o tempi di conservazione prolungati causano l'arrovimento del grano, con conseguenteMartensite lamellare grossolanaDopo l'estinguimento, le dislocazioni tendono ad accumularsi nella martensite grossolana e l'effetto barriera dei confini dei grani si indebolisce, con conseguente riduzione della resistenza e della durezza."microstrutture surriscaldate" (e).per esempio, la struttura di Widmanstätten) si potrebbero formare, peggiorando ulteriormente le prestazioni.

2Impatto sulla durezza e sulla duttilità

• Austenite a grana fine: i prodotti di trasformazione di fase successiva (martensite fine, sorbita fine) presentano confini di grana che disperdono le concentrazioni di stress.La propagazione della crepa richiede di aggirare più confini del grano (percorso più lungo), migliorando in tal modo significativamenteresistenza all'urto (αk), resistenza alla frattura (KIC) e duttilità (allungamento, riduzione della superficie).
  Esempio: per l'acciaio temperato e temperato (ad es. 40Cr) utilizzato nelle macchine per la costruzione, se i grani di austenite sono raffinati fino al grado 8 o inferiore,la resistenza all'urto dopo smorzamento e temperazione ad alta temperatura (500-600°C) può superare gli 80 J/cm2Se i chicchi diventano grossolani fino al grado 5 o più grossolani, la resistenza all'urto può scendere sotto i 40 J/cm2, aumentando il rischio di frattura fragile a bassa temperatura.
• Austenite a grana grossolana: le fessure intergranulari si formano facilmente nella martensite grossolana e la resistenza alla propagazione delle fessure è bassa, con conseguente forte diminuzione della resistenza.sotto -20°C), può verificarsi una "frattura non duttile" (frattura fragile), che è una delle principali cause di guasto dei componenti meccanici.

II. Uniformità dell'Austenite: influenza della stabilità delle proprietà dell'acciaio e dello stress interno

1. Impatto sull'uniformità della durezza e della resistenza

• Austenite uniforme: Il carbonio e gli elementi di lega si diffondono completamente nell'austenite, senza differenze di concentrazione locali.tutte le regioni formano sincronicamente martensite (o altre microstrutture di trasformazione di fase), con conseguentedistribuzione uniforme della durezza(ad esempio, differenza di durezza ≤ 2 HRC tra parti diverse dello stesso componente) e fluttuazioni minime di resistenza.Questo garantisce una distribuzione uniforme delle sollecitazioni nel componente ed evita la concentrazione di sollecitazioni locali.
  Esempio: L'acciaio da cuscinetto (GCr15) deve essere riscaldato a 850°C con un tempo di tenuta sufficiente per garantire una diffusione uniforme del carbonio nell'austenite.che garantisce un'usura uniforme durante il funzionamento del cuscinetto e prolunga la durata di vita.
• Austenite non uniforme: Il riscaldamento insufficiente (basse temperature, breve tempo) o la microstruttura iniziale grossolana portano a una diffusione incompleta del carbonio nell'austenite, con conseguente formazione di "regioni arricchite di carbonio" (ad es.In particolare, le regioni più povere (e più povere) sono quelle situate nei pressi della cementita originaria e delle "regioni povere di carbonio".Durante la successiva estinzione:
  • Regioni arricchite di carbonio: formano martensite ad alto contenuto di carbonio, che ha una durezza estremamente elevata ma una scarsa robustezza;
  • Regioni povere di carbonio: formano martensite o ferrite a basso contenuto di carbonio, che hanno una bassa durezza e una scarsa resistenza.
    In ultima analisi, ciò provoca gravi disuguaglianze nella durezza e nella resistenza dell'acciaio, i componenti sono soggetti a usura prematura nelle regioni a bassa durezza o alla formazione di crepe nelle regioni fragili ad alta durezza.

2Impatto sullo stress interno

• Deformazione dei componenti (ad esempio, piegatura, deformazione) e ridotta precisione dimensionale;
• Casi gravi: "fessure di rinforzo" (ad esempio, le fessure longitudinali si formano facilmente nell'acciaio utensile con riscaldamento irregolare), con conseguente demolizione diretta dei componenti.

III. Contenuto di carbonio e elementi di lega nell'austenite: regolazione del "ratio d'indurità/durezza" dell'acciaio

1Impatto del tenore di carbonio (il fattore più importante)

• Austenite ad alto tenore di carbonio(ad es. acciaio ad alto tenore di carbonio con C > 0,6%):Martensite ad alto tenore di carboniodopo smorzamento (alta sovrasaturazione di carbonio, grave distorsione del reticolo), ha una durezza estremamente elevata (HRC 60 ̊65) e una buona resistenza all'usura, ma una scarsa robustezza (robustezza da impatto < 20 J/cm2).È adatto a scenari che richiedono una alta durezza e un basso impatto (.g. utensili da taglio, matrici, cuscinetti).
  Esempio: L'acciaio T10 (C = 1,0%) viene austenitizzato (780°C) e smorzato, raggiungendo una durezza di HRC 62°64, che lo rende adatto alla fabbricazione di lame da sega a mano.
• Austenite a carbonio medio(ad es. acciaio a carbonio medio con C = 0,25%·0,6%): si trasforma inMartensite a carbonio medioDopo la temperazione (ad esempio, temperazione ad alta temperatura a 500-600°C), si trasforma in "sorbita", che bilancia l'elevata resistenza (σb = 800-1200 MPa) e la buona robustezza (αk = 40-80 J/cm2).Questo è lo stato tipico dell'acciaio strutturale (e.p. es. alberi, ingranaggi).
  EsempioL'acciaio 45° viene sottoposto a scaldamento e temperatura (austenitazione a 840°C + scaldamento + temperatura a 550°C), raggiungendo una resistenza di circa 900 MPa e una resistenza agli urti di circa 60 J/cm2,che lo rende adatto per la fabbricazione di fusioni di macchine utensili.
• Austenite a basse emissioni di carbonio(ad es. acciaio a basso tenore di carbonio con C < 0,25%): Trasforma in martensite a basso tenore di carbonio** dopo raffreddamento.Ha una bassa durezza (HRC 30 ̊40) ma un'eccellente robustezza (αk > 100 J/cm2) e una buona duttilità (allungamento > 15%)È adatto a scenari che richiedono una elevata resistenza alle distensioni e agli urti (ad es. braccia di macchine da costruzione, cornici di automobili).
  Esempio: l'acciaio Q355 (C ≈ 0,18%) viene smorzato dopo austenitizzazione a bassa temperatura (880 ≈ 920 °C) per ottenere martensite a basso tenore di carbonio,con una tensione di 20 V o più, ma non superiore a 50 V.

2. Impatto degli elementi leganti

• Elementi di raffinazione dei grani (Ti, Nb, V): formano carburi fini (ad esempio, TiC, NbC) che impediscono la crescita del grano di austenite, con conseguente austenite a grano fine.acciaio ad alta resistenza microlegato Q690, che aggiunge Nb ai grani raffinati, raggiungendo una resistenza superiore a 690 MPa mantenendo un'eccellente robustezza).
• Elementi che aumentano la durezza (Ni): Ni abbassa la temperatura di trasformazione della martensite (punto M), riduce la fragilità della martensite,L'acciaio ad alto tenore di carbonio ha una durezza elevata e una resistenza elevata..per esempio, acciaio cromato Cr12MoV con aggiunta di Ni, la cui robustezza di urto aumenta di oltre il 30%).
• Elementi che aumentano la resistenza all'usura (Cr, Mo): Cr e Mo formano carburi resistenti all'usura (ad esempio, Cr7C3, Mo2C).L'acciaio ha un'efficienza elevata e una resistenza all'usura molto elevata.- ad esempio, acciaio resistente all'usura NM450, che aggiunge Cr e Mo, riducendo la perdita di usura del 50% rispetto all'acciaio ordinario).

IV. Stabilità dell'Austenite: influenza della stabilità dimensionale dell'acciaio e dell'adattabilità al trattamento termico

1Impatto sulla stabilità dimensionale

• Austenite altamente stabile: tendono a formarsiaustenite mantenuta(austenite non trasformata in martensite) durante il raffreddamento. L'austenite trattenuta si trasforma lentamente in martensite a temperatura ambiente (accompagnata da espansione del volume),causando "deformazione da invecchiamento" dei componenti e ridotta precisione dimensionale (e. per esempio, le matrici di precisione o i calibri con un'eccessiva conservazione di austenite possono subire un aumento dimensionale dello 0,1%/0,3% dopo diversi mesi di utilizzo).
  Soluzione: promuovere la trasformazione dell'austenite trattenuta in martensite mediante un "trattamento criogenico" (-80°C a -196°C),o stabilizzare l'austenite trattenuta mediante "temperatura bassa" (150 ∼ 200 °C) per ridurre al minimo la deformazione successiva.
• Austenite a bassa stabilità: si trasforma facilmente in martensite durante il raffreddamento, con un basso contenuto di austenite mantenuta (< 5%).,cuscinetti, ingranaggi).

2- Impatto sull'adattabilità del processo di trattamento termico

• Austenite altamente stabile(ad esempio, acciaio legato): la curva C si sposta a destra, riducendo la velocità di raffreddamento critica.riducendo le deformazioni e le crepe causate dallo stress di raffreddamento (ePer esempio, l'acciaio 40Cr può raggiungere l'HRC 50 ̊55 mediante raffreddamento a olio, mentre l'acciaio 45 ̊ richiede raffreddamento ad acqua).
• Austenite a bassa stabilità(ad es. acciaio a basso tenore di carbonio, ferro puro): la curva C si sposta a sinistra, con conseguente elevata velocità critica di raffreddamento.per ottenere la martensite è necessario un raffreddamento a spruzzo)In caso contrario, la perlite (di bassa durezza) si forma facilmente.L'acciaio a basso tenore di carbonio di solito non viene spento da solo e richiede un trattamento termico chimico come la carburizzazione).

Conclusione: la formazione di austenite è il "controllo della fonte" delle proprietà dell'acciaio

• Perbilanciamento resistenza-durezza(ad es. componenti strutturali), austenite a carbonio medio a grana fine e uniforme deve essere controllata;
• Peralta durezza e resistenza all'usura(ad es. utensili, stampi), l'austenite ad alto tenore di carbonio e a grana fine deve essere controllata;
• Peralta precisione dimensionale(ad es. parti di precisione), austenite con basso contenuto di austenite mantenuto deve essere controllato.