Формирование аустенита является "источником связи" в тепловой обработке стали. Он по своей сути является нестабильной фазой при комнатной температуре (обычно преобразуется в мартензит, перлит,или других микроструктур в результате изменения фазы при охлаждении)Однако егокачество формирования (размер зерна, однородность, содержание углерода/легирующих элементов и стабильность)непосредственно определяет микроструктуру последующих продуктов фазовой трансформации, что, в свою очередь, фундаментально влияет на стальныемеханические свойства(прочность, твердость, прочность, пластичность),обрабатываемость(работоспособность, реакция на тепловую обработку) ипроизводительность обслуживанияСпецифические воздействия разделены на основные измерения ниже:
Размер зерна аустенита имеет решающее значение для тонкости микроструктур последующей фазовой трансформации (например, мартенсита, сорбита).Отношения Холла и Петча(мелкие зерна → более высокая прочность/жесткость при улучшении жесткости; грубые зерна → снижение прочности/жесткости и значительное ухудшение жесткости).
-
Мелкозернистый аустенит: Образуется с помощью высокой плотности нуклеации (например, с помощью сфероидальной отжига или низкотемпературного нагрева).тонкий ацикулярный мартенцит(или тонкий перлит в низкоуглеродной стали) после охлаждения.Большое количество границ зерна в тонком мартензите эффективно препятствует движению вывихов (границы зерна действуют как "барьеры" для вывихов), тем самым значительно увеличивая объемы производства сталипрочность на растяжение, прочность на удаление и твердость.
Пример: Для 45# стали (средней углеродистой стали), подвергнутой "нагреву при 850°C (50°C выше Ac3) + охлаждению водой", зерна аустенита хороши (приблизительно класс 10),и отключенный мартензит тоже в порядке.При нагревании до 1000°С (перегрев) зерна аустенита грубоваты (приблизительно 3°4), затемненный мартензит становится грубым,и твердость падает до HRC 50 ‰ 53.
-
Аустенит грубозернистый: Чрезмерно высокие температуры нагрева или длительные сроки хранения приводят к грубости зерна, что приводит кмартенцит грубой ламельной формыПосле обесцвечивания вывихы, как правило, накапливаются в грубом мартенците, и барьерный эффект границ зерна ослабевает, что приводит к снижению прочности и твердости."перегретые микроструктуры" (e).г., структура Widmanstätten) могут сформироваться, что приведет к дальнейшему ухудшению показателей.
-
Мелкозернистый аустенит: Продукты последующей фазовой трансформации (мелкий мартензит, мелкий сорбит) имеют границы зерна, которые рассеивают концентрации напряжения.Распространение трещин требует обхода большего количества границ зерна (длиннее пути), что значительно улучшаетпрочность при ударе (αk), прочность при переломе (KIC) и пластичность (удлинение, уменьшение площади).
Пример: для гашеной и закаленной стали (например, 40Cr), используемой в строительных машинах, если зерна аустенита очищены до 8 класса или более тонкого,устойчивость к ударам после охлаждения и высокотемпературной закаливания (500-600°C) может превышать 80 J/cm2Если зерна грубые до 5 или более грубых, прочность при ударе может упасть ниже 40 J/cm2, что увеличивает риск низкотемпературного ломкости.
-
Аустенит грубозернистый: Межзернистые трещины легко образуются в грубом мартензите, а сопротивление распространению трещин низкое, что приводит к резкому снижению прочности.ниже -20°C), может возникнуть "невязкий перелом" (хрупкий перелом), который является основной причиной отказа механических компонентов.
Однородность аустенита относитсясогласованность его химического состава (преимущественно концентрация углерода) и микроструктурного распределенияЭто напрямую влияет на "синхронизацию" последующих фазовых преобразований, тем самым влияя на стабильность производительности.:
-
Одинаковый аустенит: Углерод и легирующие элементы полностью диффузны в аустените без локальных различий концентрации.все области синхронно образуют мартензит (или другие микроструктуры фазовых преобразований), в результате чегоравномерное распределение твердости(например, разница в твердости ≤ 2 HRC между различными частями одного и того же компонента) и минимальные колебания прочности.Это обеспечивает равномерное распределение напряжения в компоненте и избегает локальной концентрации напряжения.
Пример: Подшипниковая сталь (GCr15) должна нагреваться до 850°C с достаточным временем хранения для обеспечения равномерной диффузии углерода в аустените.который гарантирует равномерное износ во время работы подшипника и продлевает срок службы.
-
Неравномерный аустенит: Недостаточное нагревание (низкая температура, короткое время) или грубая начальная микроструктура приводит к неполной диффузии углерода в аустените, что приводит к "областям, обогащенным углеродом" (например,вблизи оригинального цементита) и "области с низким содержанием углерода" (eПри последующем охлаждении:
- Обогащенные углеродом области: образуют высокоуглеродный мартенцит, который имеет чрезвычайно высокую твердость, но слабую прочность;
- Области с низким содержанием углерода: образуют мартензит или феррит с низким содержанием углерода, который имеет низкую твердость и плохую прочность.
В конечном итоге это вызывает серьезное неравномерность в твердости и прочности стали.
Неравномерные причины австенитанесовместимые изменения объема в разных регионахво время последующей фазовой трансформации (например, мартенцит с высоким содержанием углерода имеет больший удельный объем, чем мартенцит с низким содержанием углерода), создавая "структурное напряжение".Неравномерное распределение температуры (если отопление неравномерно) вызывает "тепловое напряжение"Суперпозиция этих двух напряжений приводит к:
- Деформация компонента (например, изгиб, деформация) и снижение точности измерений;
- Тяжелые случаи: "Разрывы при сжатии" (например, продольные трещины легко образуются в стале инструмента при неравномерном нагревании), что напрямую приводит к разборке компонента.
Содержание углерода и легирующих элементов (например, Cr, Ni, Mo, Mn) в аустените напрямую определяет "состав и структуру" последующих продуктов фазовой трансформации.Таким образом, точно регулируя основные свойства стали (жесткость, прочность, износостойкость и т.д.):
-
Высокоуглеродный аустенит(например, высокоуглеродистая сталь с содержанием C > 0,6%): превращается ввысокоуглеродный мартензитпосле охлаждения (высокая перенасыщенность углеродом, сильное искажение решетки). имеет чрезвычайно высокую твердость (HRC 60 ̊65) и хорошую износостойкость, но слабую прочность (прочность при ударе < 20 J/cm2).Он подходит для сценариев, требующих высокой твердости и малого воздействия (e.g., режущие инструменты, штампы, подшипники).
Пример: Сталь T10 (C = 1,0%) аустенизирована (780-800°C) и охлаждена, достигая твердости HRC 62-64, что делает ее подходящей для изготовления лезвиев ручной пилы.
-
Среднеуглеродный аустенит(например, среднеуглеродистая сталь с C = 0,25%·0,6%): превращается вмартенцит среднего углеродаПосле закаливания (например, при высокотемпературном закаливании при температуре 500-600°С) он превращается в "сорбит", который балансирует высокую прочность (σb = 800-1200 МПа) и хорошую прочность (αk = 40-80 J/cm2).Это типичное состояние конструкционной стали (e(например, валы, редукторы).
Пример: 45# сталь подвергается охлаждению и закаливанию (аустенизация при 840°C + охлаждение + закаливание при 550°C), достигая прочности около 900 МПа и устойчивости к ударам примерно 60 J/cm2,что делает его подходящим для производства шпинделей станков-инструментов.
-
Аустенит с низким содержанием углерода(например, низкоуглеродистая сталь с содержанием C < 0,25%): превращается в мартензит с низким содержанием углерода после охлаждения.Имеет низкую твердость (HRC 30 ̊40) но отличную прочность (αk > 100 J/cm2) и хорошую пластичность (удлинение > 15%)Он подходит для сценариев, требующих высокой прочности и устойчивости к ударам (например, ручки строительных машин, автомобильные каркасы).
Пример: сталь Q355 (C ≈ 0,18%) охлаждается после низкотемпературной аустенизации (880 ≈ 920 °C) для получения мартенсита с низким содержанием углерода,изделие, предназначенное для изготовления конструктивных компонентов, подвергающихся ударным нагрузкам.
Элементы легирования оптимизируют свойства косвенно, изменяя стабильность аустенита, очищая зерна или образуя карбиды с углеродом:
- Элементы для переработки зерна (Ti, Nb, V): Формируют мелкие карбиды (например, TiC, NbC), которые предотвращают рост зерна аустенита, в результате чего получается мелкозернистый аустенит.микросплавная высокопрочная сталь Q690, который добавляет Нб для очистки зерен, достигая прочности более 690 МПа при сохранении отличной прочности).
- Элементы, повышающие прочность (Ni): Ni снижает температуру преобразования мартенсита (точка M), уменьшает ломкость мартенсита,и усовершенствует микроструктуру мартенсита, что позволяет высокоуглеродной стали сохранять высокую твердость при одновременном повышении прочности (eНапример, сталь Cr12MoV с добавлением Ни, устойчивость к ударам которой увеличивается более чем на 30%).
- Элементы повышающие износостойкость (Cr, Mo): Cr и Mo образуют износостойкие карбиды (например, Cr7C3, Mo2C).значительное улучшение износостойкости стали (Например, износостойкая сталь NM450, которая добавляет Cr и Mo, уменьшая потерю износа на 50% по сравнению с обычной сталью).
Стабильность аустенита относится к его "способности противостоять фазовой трансформации во время охлаждения" (т. е. стабильность недостаточно охлажденного аустенита, определяемая положением кривой С).На него в основном влияют легирующие элементы (e.g., Cr, Mo, Si) и процессов аустенизации.
-
Высокоустойчивый аустенит: имеет тенденцию к формированиюсохранившийся аустенитЗадержанный аустенит медленно превращается в мартензит при комнатной температуре (с увеличением объема),вызывая "деформацию старения" компонентов и снижение точности измерений (eНапример, точные пробы или приборы для измерения с чрезмерным содержанием аустенита могут иметь увеличение размеров на 0,1% ± 0,3% после нескольких месяцев использования).
Решение: способствует преобразованию удерживаемого аустенита в мартензит посредством "криогенной обработки" (-80°C - -196°C),или стабилизировать удерживаемый аустенит путем "низкотемпературного закаливания" (150~200°C) для минимизации последующей деформации.
-
Аустенит низкой устойчивости: легко превращается в мартензит при охлаждении, с низким содержанием аустенита (< 5%).,подшипники, редукторы).
-
Высокоустойчивый аустенит(например, сплавная сталь): кривая C смещается вправо, уменьшая критическую скорость охлаждения.уменьшение деформации и трещин, вызванных охлаждением (eНапример, сталь 40Cr может достичь HRC 50 ‰ 55 с помощью огнетушения маслом, в то время как сталь 45 ‰ требует огнетушения водой).
-
Аустенит низкой устойчивости(например, низкоуглеродистая сталь, чистое железо): кривая C смещается влево, что приводит к высокой критической скорости охлаждения.для получения мартенсита требуется распыленное охлаждениеВ противном случае перлиты (низкой твердости) легко образуются.низкоуглеродистая сталь обычно не гасится сама по себе и требует химической тепловой обработки, такой как карбуризация).
Сам по себе аустенит не определяет непосредственно свойства стали при комнатной температуре, но он "закладывает основу" для последующих фазовых преобразований (угасения, закаливания, нормализации и т.д.).) через свои четыре основные характеристики:размер зерна, однородность, состав (углерод и сплавные элементы) и стабильностьСвойства всех последующих микроструктур (например, твердость мартенсита, прочность-жесткость сорбита) определяются состоянием аустенита.
- Длябаланс прочности и жесткости(например, конструктивные компоненты), должны контролироваться мелкозернистые, равномерные среднеуглеродные аустениты;
- Длявысокая твердость и износостойкость(например, инструменты, штампы), высокоуглеродный, мелкозернистый аустенит должен контролироваться;
-
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!