El proceso de temple de la bainita inferior

I. Principio básico del temple de bainita inferior

II. Pasos del proceso y parámetros del temple de bainita inferior

1. Etapa de austenización (calentamiento y mantenimiento)

• Propósito: Disolver completamente los carburos en el acero y obtener una estructura austenítica uniforme y fina, sentando las bases para la transformación posterior.
• Parámetros del proceso:
  • Temperatura de austenización: Determinada por la composición del acero, generalmente 30~50°C por encima de Ac3 (para aceros hipoeutectoides) o entre Ac1 y Ac3 (para aceros hipereutectoides, para evitar carburos en red). Por ejemplo:
    • Aceros de medio carbono (por ejemplo, acero 45): 820~860°C;
    • Aceros de baja aleación de medio carbono (por ejemplo, 40Cr): 840~880°C;
    • Aceros de alto carbono (por ejemplo, acero T8): 780~820°C (para evitar granos gruesos por sobrecalentamiento).
  • Tiempo de mantenimiento: Determinado por el grosor de la pieza de trabajo y la capacidad de carga para asegurar la homogeneización de la austenita. Típicamente 1~3 horas (más corto para piezas de trabajo pequeñas, hasta 30 minutos; más largo para piezas de trabajo grandes), evitando el subcalentamiento (austenización incompleta) o el sobrecalentamiento (granos gruesos, lo que lleva a una reducción del rendimiento).

2. Etapa de enfriamiento rápido (evitando las zonas de perlita/bainita superior)

• Propósito: Enfriar rápidamente la pieza de trabajo austenizada al rango de temperatura de transformación de bainita inferior (200~350°C), evitando la transformación prematura en las zonas de perlita (500~600°C) o bainita superior (350~500°C), asegurando la transformación "direccional" de la austenita en bainita inferior.
• Parámetros del proceso:
  • Medio de enfriamiento: Debe proporcionar una velocidad de enfriamiento suficiente (que exceda la velocidad de enfriamiento crítica del acero). Los medios comunes incluyen:
    • Sales fundidas (por ejemplo, baños de nitrato-nitrito, con bajos puntos de fusión y fácil control de la temperatura);
    • Aceites minerales (adecuados para piezas de trabajo pequeñas, con un enfriamiento ligeramente más lento que las sales fundidas);
    • Soluciones de polímeros (por ejemplo, soluciones de alcohol polivinílico, con capacidad de enfriamiento ajustable).
  • Punto final de enfriamiento: Enfríe rápidamente la pieza de trabajo a 200~350°C (temperatura específica determinada por la curva TTT del acero; por ejemplo, 250~300°C para aceros de baja aleación).

3. Etapa de transformación isotérmica (paso clave)

• Propósito: Mantener a la baja temperatura establecida para transformar completamente la austenita en bainita inferior (minimizando la austenita retenida).
• Parámetros del proceso:
  • Temperatura isotérmica: Generalmente 200~350°C (rango característico para la bainita inferior). Las temperaturas más bajas producen láminas de bainita inferior más finas, lo que aumenta la resistencia y la dureza, pero ralentiza la transformación (requiriendo una sujeción más larga); las temperaturas más altas (cerca de 350°C) pueden formar bainita superior parcial, lo que reduce la tenacidad.
  • Tiempo isotérmico: Determinado por la curva TTT del acero para asegurar la transformación completa de la austenita. Ejemplos:
    • Acero 40Cr a 280°C: ~2~4 horas;
    • Acero para muelles 60Si2Mn a 250°C: ~3~5 horas.
  • Criterios de juicio: Inspección microestructural (la bainita inferior aparece como estructuras oscuras en forma de aguja/lamelar sin perlita ni martensita) o fórmulas empíricas (por ejemplo, extender el tiempo en 0,5~1 hora por cada 10 mm de grosor).

4. Enfriamiento posterior a la isotérmica

• Después de la sujeción isotérmica, la pieza de trabajo se puede enfriar al aire a temperatura ambiente (no es necesario un enfriamiento rápido continuo). La austenita ya se ha transformado completamente en bainita inferior, por lo que el enfriamiento al aire evita la formación de martensita u otras estructuras adversas y previene el agrietamiento por tensión debido a las tasas de enfriamiento excesivas.

III. Grados de acero adecuados

• Aceros de medio carbono: 45, 50, etc.;
• Aceros de baja aleación de medio carbono: 40Cr, 42CrMo, 35CrMo, etc.;
• Aceros para muelles: 60Si2Mn, 50CrVA, etc.;
• Aceros para rodamientos: GCr15 (controlar la temperatura de austenización para evitar granos gruesos).

IV. Características de rendimiento y aplicaciones

• Ventajas de rendimiento: La bainita inferior tiene una dureza de HRC45~55 (cercana a la martensita) pero una tenacidad al impacto (αk) de 2 a 3 veces mayor que la martensita (por ejemplo, 40Cr después del temple de bainita inferior tiene αk≥80J/cm² frente a 30~50J/cm² para el temple martensítico), con excelente resistencia a la fatiga y resistencia al desgaste.
• Aplicaciones: Piezas que requieren "equilibrio resistencia-tenacidad", como engranajes, ejes de transmisión, bielas, muelles y anillos de rodamiento.

V. Puntos clave del proceso y precauciones

1. Control de austenización: Las temperaturas excesivamente altas causan granos de austenita gruesos y bainita inferior rugosa, lo que reduce la tenacidad; las bajas temperaturas conducen a una austenización incompleta, con carburos residuales que perjudican la uniformidad de la transformación.
2. Velocidad de enfriamiento: Debe pasar rápidamente por la zona de perlita (500~600°C); de lo contrario, se forma perlita, lo que reduce drásticamente la resistencia (seleccione medios con la capacidad de enfriamiento adecuada, por ejemplo, baños de sales fundidas, para asegurar que las tasas excedan los valores críticos).
3. Parámetros isotérmicos: Siga estrictamente las curvas TTT para la temperatura y el tiempo: las desviaciones causan un exceso de austenita retenida (dureza reducida) o bainita superior parcial (tenacidad reducida).
4. Geometría de la pieza de trabajo: Para piezas grandes o complejas, controle las tasas de calentamiento/enfriamiento para evitar el agrietamiento por tensión (use calentamiento escalonado o pre-enfriamiento a temperaturas más altas antes de la sujeción isotérmica).