Austenización del acero

Principio de la austenización

• Principio de transformación de fase: Cuando el acero se calienta, las estructuras internas como la ferrita y la perlita se transformarán gradualmente en austenita a través de la redistribución de los átomos de carbono en la red cristalina de hierro.
• Influencia de la temperatura: La temperatura de austenización suele estar entre ac₁ (punto crítico inferior) y ac₃ (punto crítico superior). Sin embargo, la temperatura del punto crítico varía con la composición del acero. Por ejemplo, el contenido de carbono, los tipos y contenidos de elementos de aleación afectan al punto crítico.

Proceso de austenización (Tomando el acero eutectoide como ejemplo)

• Formación de núcleos de austenita: Los núcleos de austenita suelen formarse preferentemente en la interfaz de fase entre la ferrita y la cementita, porque la concentración de átomos de carbono en la interfaz de fase es desigual, y la energía es alta y la disposición atómica es irregular, lo que cumple fácilmente las condiciones de fluctuación de concentración, fluctuación de energía y fluctuación de estructura requeridas para la nucleación. Además, los límites de los dominios de perlita y los bloques de mosaico de ferrita también pueden ser sitios de nucleación.
• Crecimiento de los núcleos de austenita: Después de calentar a la región de fase de austenita, la velocidad de difusión de los átomos de carbono se acelera a alta temperatura, y los átomos de hierro y los átomos de aleación también pueden difundirse completamente. Los núcleos de austenita continúan creciendo hacia la ferrita y la cementita a través de la difusión de los átomos de carbono.
• Disolución de la cementita residual: Debido a que la composición y la estructura de la ferrita son más cercanas a la austenita, la ferrita desaparece primero durante el crecimiento de los núcleos de austenita, mientras que la cementita residual continúa disolviéndose con la extensión del tiempo de mantenimiento hasta que desaparece por completo.
• Homogeneización de la composición de la austenita: Después de que toda la cementita se disuelve, la concentración de carbono en la austenita no es uniforme, y el contenido de carbono en la región original de cementita es mayor. En este momento, es necesario someterse a un mantenimiento a largo plazo o continuar calentando para permitir que los átomos de carbono se difundan completamente, a fin de obtener austenita con una composición uniforme.

Austenización del acero hipoeutectoide e hipereutectoide

• Acero hipoeutectoide: Además del proceso básico de formación de austenita del acero eutectoide mencionado anteriormente, cuando se calienta por encima de la temperatura ac₁, la ferrita proeutectoide necesita disolverse gradualmente hasta que se calienta por encima de la temperatura ac₃ para transformarse completamente en austenita.
• Acero hipereutectoide: Cuando se calienta por encima de la temperatura ac₁, la cementita proeutectoide (cementita secundaria) necesita disolverse gradualmente, y solo cuando se calienta por encima de Accm (punto crítico superior del acero hipereutectoide) se puede disolver toda la cementita y obtener una estructura de austenita única.

Factores que afectan a la austenización

• Temperatura y tiempo de calentamiento: Cuanto mayor sea la temperatura de calentamiento, mayor será la velocidad de difusión atómica, mayor será la velocidad de austenización y menor será el tiempo requerido para la formación; A una cierta temperatura, cuanto mayor sea el tiempo de mantenimiento, más uniforme será la composición de la austenita, pero un tiempo de mantenimiento demasiado largo conducirá al crecimiento del grano.
• Velocidad de calentamiento: Cuanto mayor sea la velocidad de calentamiento, menor será el período de incubación, mayor será la temperatura a la que la austenita comienza a transformarse y termina de transformarse, y menor será el tiempo requerido para la transformación. Durante el calentamiento rápido, el aumento de la velocidad de nucleación de la austenita es mayor que la velocidad de crecimiento, y se pueden obtener granos finos de austenita.
• Elementos de aleación: Elementos como el cobalto y el níquel acelerarán el proceso de austenización; Elementos como el cromo, el molibdeno y el vanadio ralentizan el proceso de austenización; Elementos como el silicio, el aluminio y el manganeso básicamente no tienen ningún efecto en el proceso de austenización. Dado que la velocidad de difusión de los elementos de aleación es mucho más lenta que la del carbono, la temperatura de calentamiento del tratamiento térmico del acero aleado es generalmente más alta y el tiempo de mantenimiento es más largo.
• Estructura original: Cuando la cementita en la estructura original es laminar, la velocidad de formación de austenita es más rápida que la de la cementita granular; Cuanto menor sea el espaciamiento interlamelar de la cementita, más interfaces de fase, mayor será la velocidad de nucleación y más rápida será la velocidad de transformación; La perlita granular en el estado de recocido de esferoidización tiene pocas interfaces de fase, por lo que la velocidad de austenización es la más lenta.

Aplicación práctica de la austenización

• Tratamiento térmico: La austenización es un paso clave en el tratamiento térmico del acero. Diferentes métodos de enfriamiento posteriores (como el temple, la normalización, el recocido, el revenido, etc.) harán que la austenita se transforme en diferentes estructuras, a fin de obtener las propiedades mecánicas requeridas. Por ejemplo, templar el acero después de la austenización puede obtener una estructura de martensita y mejorar la dureza y la resistencia del acero; El tratamiento de normalización puede refinar los granos y mejorar la maquinabilidad del acero, etc.
• Procesamiento a presión: Los lingotes de acero, las palanquillas de acero y los productos de acero generalmente se calientan a más de 1100°C para la austenización. En este momento, la austenita tiene buena plasticidad y baja resistencia a la fluencia, lo que es conveniente para el procesamiento plástico como la forja y el laminado para fabricar piezas o productos terminados de diversas formas.