Wpływ powstawania austenitu na właściwości stali

I. Wielkość ziarna austenitu: podstawowy czynnik decydujący o "równoważeniu siły i wytrzymałości" stali

1Wpływ na siłę i twardość

• O masie nieprzekraczającej 10 kg: Uformowany przez wysoką gęstość nukleacji (np. poprzez sferoidowanie, wygrzewanie w niskich temperaturach), przekształca się wmartensyt cienkiego ośnika(lub szlachetnego perlitu w stali niskoemisyjnej) po ugotowaniu.Duża liczba granic ziaren w drobnym martensyte skutecznie utrudnia ruch wykształceń (granice ziaren działają jako "bariery" dla wykształceń), a tym samym znacząco zwiększa ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę ę wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość wydajności i twardość.
  Przykład: W przypadku stali 45* ( stalowej o średniej zawartości węgla) poddawanej "ogrzewaniu w temperaturze 850°C (50°C powyżej Ac3) + tłumieniu wodnym", ziarna austenitu są dobre (około klasy 10),i martensyt jest również w porządku., w wyniku czego twardość wynosi HRC 5558. Podczas podgrzewania do 1000°C (przegrzewania) ziarna austenitu stają się grubsze (około klasy 3), ugasiony martensyt staje się gruby,a twardość spada do HRC 50 ̊53.
• O gruboziarnistej zawartości austenitu: Nadmiernie wysokie temperatury ogrzewania lub długie okresy utrzymywania powodują, że ziarno robi się grubsze, co prowadzi do:martensyt lamelowy grubyPo ugaszeniu wykształcenia mają tendencję do gromadzenia się w grubo martensyte, a efekt bariery granic ziarna słabnie, co powoduje zmniejszenie wytrzymałości i twardości."przegrzane mikrostruktury" (e)W związku z tym, jak wynika z sprawozdania z oceny, w okresie objętym sprawozdaniem finansowym z 2004 r.

2Wpływ na twardość i elastyczność

• O masie nieprzekraczającej 10 kg: Następne produkty transformacji fazowej (szlachetny martensyt, szlachetny sorbit) mają granice ziarniste, które rozpraszają stężenia naprężenia.Rozprzestrzenianie pęknięć wymaga obejścia większej liczby granicy ziarna (dłuższa droga), znacząco poprawiającwytrzymałość uderzeniowa (αk), wytrzymałość na złamanie (KIC) i elastyczność (przerosenie, zmniejszenie powierzchni).
  Przykład: W przypadku stali ugotowanej i hartowanej (np. 40Cr) stosowanej w maszynach budowlanych, jeżeli ziarna austenitu są rafinowane do klasy 8 lub lepszej,wytrzymałość uderzeniowa po tłumieniu i hartowaniu w wysokiej temperaturze (500-600°C) może przekroczyć 80 J/cm2Jeżeli ziarna są grube do stopnia 5 lub większego, wytrzymałość uderzeniowa może spaść poniżej 40 J/cm2, co zwiększa ryzyko złamania na niskiej temperaturze.
• O gruboziarnistej zawartości austenitu: W grubach martensytach łatwo tworzą się pęknięcia międzyziarniste, a odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć jest niska, co prowadzi do gwałtownego spadku wytrzymałości.poniżej -20°C), może wystąpić "złamanie nieprzepuszczalne" (złamanie delikatne), które jest główną przyczyną awarii części mechanicznych.

II. Jednorodność austenitu: wpływ na stabilność właściwości stali i napięcia wewnętrzne

1. Wpływ na jednolitość twardości i wytrzymałości

• Uniform austenit: Węgiel i pierwiastki stopu całkowicie rozpraszają się w austenitycie, bez lokalnych różnic stężenia.wszystkie obszary synchronicznie tworzą martensyt (lub inne mikrostruktury transformacji fazowej), w wyniku czegojednolite rozkład twardości(np. różnica twardości ≤ 2 HRC w różnych częściach tego samego elementu) i minimalne wahania wytrzymałości.Zapewnia to równomierne rozkładanie naprężeń w komponentzie i unika lokalnego stężenia naprężeń.
  Przykład: Stal łożyskowa (GCr15) musi być podgrzana do 850°C przy wystarczającym czasie utrzymania, aby zapewnić równomierne dyfuzję węgla w austenitycie.który gwarantuje jednolite zużycie podczas pracy łożyska i wydłuża żywotność.
• Nienormalny austenit: Niewystarczające ogrzewanie (niska temperatura, krótki czas) lub gruba początkowa mikrostruktura prowadzi do niekompletnej dyfuzji węgla w austenitycie, co powoduje "regiony wzbogacone w węgiel" (np.w pobliżu pierwotnego cementytu) i "regiony zubożone węglem" (eW trakcie dalszego tłumienia:
  • Obszary bogate w węgiel: tworzą martensyt o wysokiej zawartości węgla, który ma niezwykle wysoką twardość, ale słabą wytrzymałość;
  • Obszary zubożone węglem: tworzą martensyt lub feryt o niskiej zawartości węgla, który ma niską twardość i słabą wytrzymałość.
    Ostatecznie powoduje to poważne nierówności w twardości i wytrzymałości stali.

2Wpływ na stres wewnętrzny

• Deformacja części (np. gięcie, wypaczanie) i zmniejszona dokładność wymiarowa;
• W ciężkich przypadkach: "pęknięcia po układzie" (np. łatwo tworzą się pęknięcia wzdłużne w stali narzędzia przy nierównomiernym podgrzaniu), które bezpośrednio powodują złomowanie części.

III. Zawartość węgla i pierwiastki stopu w austenie: regulacja stosunku twardości do wytrzymałości stali

1Wpływ zawartości węgla (najważniejszy czynnik)

• Austenit o wysokiej zawartości węgla(np. stal o wysokiej zawartości węgla o zawartości C > 0,6%):martensyt o wysokiej zawartości węglapo wygaszeniu (wysoka nadnasycenie węglem, poważne zniekształcenie siatki). Ma niezwykle wysoką twardość (HRC 60?? 65) i dobrą odporność na zużycie, ale słabą wytrzymałość (wytrzymałość uderzeniowa < 20 J/cm2).Jest odpowiedni do scenariuszy wymagających wysokiej twardości i niskiego uderzenia (np..g., narzędzia do cięcia, matryce, łożyska).
  Przykład: Stal T10 (C = 1,0%) jest austenityzowana (780°C - 800°C) i ugaszona, osiągając twardość HRC 62°C - 64, co czyni ją odpowiednią do produkcji ręcznych ostrzy piły.
• Austenit o średnim węglowodaniu(np. stal o średnim węglowym C = 0,25%·0,6%): Przetwarza się wmartensyt średniowęglowyPo hartowaniu (np. hartowanie wysokiej temperatury w temperaturze 500-600°C) przekształca się w "sorbit", który równoważy wysoką wytrzymałość (σb = 800-1200 MPa) i dobrą wytrzymałość (αk = 40-80 J/cm2).Jest to typowy stan stali konstrukcyjnej (eWyroby i wyroby, w tym:
  Przykład: 45# stal poddawana jest tłumieniu i hartowaniu (austenityzacja w temperaturze 840 °C + tłumienie + hartowanie w temperaturze 550 °C), osiągając wytrzymałość około 900 MPa i wytrzymałość uderzeniową około 60 J/cm2,co sprawia, że nadaje się do produkcji wrotów maszyn narzędziowych.
• Węglowodorowy austenit(np. stal o niskiej zawartości węgla o zawartości C < 0,25%): Po ugotowaniu przekształca się w martensyt o niskiej zawartości węgla.Ma niską twardość (HRC 30 ̊40), ale doskonałą wytrzymałość (αk > 100 J/cm2) i dobrą elastyczność (przedłużenie > 15%)Jest odpowiedni do scenariuszy wymagających wysokiej wytrzymałości i odporności na uderzenia (np. ramiona maszyn budowlanych, ramy samochodów).
  Przykład: Stal Q355 (C ≈ 0,18%) jest tłumiona po austenityzacji niskotemperaturowej (880 ≈ 920 °C) w celu uzyskania martensytu o niskiej zawartości węgla,o pojemności nieprzekraczającej 10 W,.

2Wpływ pierwiastków stopu

• Elementy do rafinacji ziaren (Ti, Nb, V): tworzą drobne węglowodany (np. TiC, NbC), które zapobiegają wzrostowi ziarna austenitu, co powoduje powstawanie austenitu o drobnym ziarnku.stali o wysokiej wytrzymałości Q690, który dodaje Nb do rafinowania ziaren, osiągając wytrzymałość ponad 690 MPa przy zachowaniu doskonałej wytrzymałości).
• Elementy zwiększające wytrzymałość (Ni): Ni obniża temperaturę przekształcenia martensytu (punkt M), zmniejsza kruchość martensytu,W tym celu wykorzystuje się węglowodorowe węglowodory, które są w stanie utrzymać wysoką twardość przy jednoczesnym zwiększeniu wytrzymałości..np. stalowa ciśnięta Cr12MoV z dodatkiem Ni, której wytrzymałość uderzeniowa wzrasta o ponad 30%).
• Elementy zwiększające odporność na zużycie (Cr, Mo): Cr i Mo tworzą węglowodany odporne na zużycie (np. Cr7C3, Mo2C).znacząco poprawić odporność stali na zużycie (Na przykład, stal odporna na zużycie NM450, która dodaje Cr i Mo, zmniejszając straty zużycia o 50% w porównaniu z zwykłą stalą).

IV. Stabilność austenitu: wpływ na stabilność wymiarową stali i przystosowanie się do procesu obróbki cieplnej

1Wpływ na stabilność wymiarową

• Wysoko stabilny austenitTendencja do tworzeniautrzymany austenitutrzymany austenit powoli przekształca się w martensyt w temperaturze pokojowej (wraz z rozszerzeniem objętości),powodując "deformację starzenia się" komponentów i zmniejszoną dokładność wymiarową (eNa przykład, w przypadku precyzyjnych matryc lub mierników z nadmierną ilością utrzymywanego austenitu może wystąpić wzrost wymiarowy o 0,1% ± 0,3% po kilku miesiącach użytkowania).
  Rozwiązanie: promowanie przekształcenia utrzymanego austenitu w martensyt za pomocą "obróbki kriogenicznej" (-80°C do -196°C),lub stabilizować utrzymany austenit poprzez "temperaturowe hartowanie niskiej temperatury" (150~200°C) w celu zminimalizowania późniejszych deformacji.
• Austenit o niskiej stabilności: Łatwo przekształca się całkowicie w martensyt podczas chłodzenia, z niską zawartością zachowanego austenitu (< 5%).,łożyska, przekładnie).

2Wpływ na adaptację procesu obróbki cieplnej

• Wysoko stabilny austenit(np. ze stali stopowej): krzywa C przesuwa się w prawo, zmniejszając krytyczną szybkość chłodzenia.zmniejszenie deformacji i pęknięć spowodowanych naprężeniem chłodzącym (eNa przykład, stal 40Cr może osiągnąć HRC 50 ̊55 poprzez tłumienie olejem, podczas gdy stal 45 ̊ wymaga tłumienia wodnym).
• Austenit o niskiej stabilności(np. stal o niskiej zawartości węgla, czyste żelazo): krzywa C przesunęta w lewo, co powoduje wysoki krytyczny współczynnik chłodzenia.do uzyskania martensytu)W przeciwnym razie łatwo tworzy się perlit (niskiej twardości).stal niskoemisyjna zwykle nie jest samodzielnie ugasiana i wymaga chemicznej obróbki cieplnej, takiej jak karburyzacja).

Wniosek: Formacja austenitu jest "kontrolem źródłowym" właściwości stali

• Dlarównowaga siły i twardości(np. składniki konstrukcyjne), należy kontrolować austenit średniowęglowy o drobnych ziarnach, jednorodny;
• Dlawysoka twardość i odporność na zużycie(np. narzędzia, matryce), należy kontrolować austenit o wysokiej zawartości węgla i drobnych ziarnach;
• Dlawysoka dokładność wymiarowa(np. precyzyjne części), austenit o niskiej zawartości zachowanego austenitu należy kontrolować.