Tác động của sự hình thành austenite đối với tính chất thép

I. Kích thước hạt Austenite: Điều quyết định cốt lõi của thép

1Tác động đến sức mạnh và độ cứng

• Austenit hạt mịn: Được hình thành thông qua mật độ hạt nhân cao (ví dụ, thông qua ủ cầu hoặc sưởi ấm ở nhiệt độ thấp), nó biến thànhMartensit acicular mịn(hoặc đá ngọc trai tinh tế trong thép carbon thấp) sau khi dập tắt.Số lượng lớn các ranh giới hạt trong martensite mịn có hiệu quả cản trở chuyển động luân chuyển (ranh giới hạt hoạt động như "rào cản" cho luân chuyển), do đó tăng đáng kể thépĐộ bền kéo, độ bền và độ cứng.
  Ví dụ: Đối với thép 45 # (thép carbon trung bình) chịu "nâng nhiệt ở 850 ° C (50 ° C trên Ac3) + làm nguội bằng nước", hạt austenite tốt (khoảng lớp 10),và martensite đã tắt cũng tốt, dẫn đến độ cứng của HRC 5558. Nếu được nung nóng đến 1000 ° C (nâng nhiệt quá mức), hạt austenite trở nên thô (khoảng lớp 3 4), martensite đã tắt trở nên thô,và độ cứng giảm xuống HRC 50 ∼53.
• Austenit hạt thô: Nhiệt độ sưởi quá cao hoặc thời gian giữ kéo dài làm cho ngũ cốc thô, dẫn đếnMartensit phẳng thôSau khi dập tắt, sự trục trặc có xu hướng tích tụ trong martensite thô, và hiệu ứng rào cản của ranh giới hạt suy yếu, dẫn đến giảm độ bền và độ cứng."các cấu trúc vi mô quá nóng" (e). ví dụ, cấu trúc Widmanstätten) có thể hình thành, làm suy giảm hơn nữa hiệu suất.

2. Tác động đến độ cứng và độ dẻo dai

• Austenit hạt mịn: Các sản phẩm chuyển đổi pha tiếp theo (martensit mịn, sorbit mịn) có ranh giới hạt phân tán nồng độ căng thẳng.Sự phổ biến của vết nứt đòi hỏi phải bỏ qua nhiều ranh giới ngũ cốc hơn (con đường dài hơn), do đó cải thiện đáng kểđộ dẻo dai tác động (αk), độ dẻo dai gãy (KIC) và độ dẻo dai (lớn hơn, giảm diện tích).
  Ví dụ: Đối với thép quen và gia cố (ví dụ, 40Cr) được sử dụng trong máy móc xây dựng, nếu hạt austenite được tinh chế đến lớp 8 hoặc tốt hơn,độ dẻo dai tác động sau khi dập và làm nóng ở nhiệt độ cao (500-600 °C) có thể vượt quá 80 J/cm2Nếu hạt thô đến lớp 5 hoặc thô hơn, độ dẻo dai của va chạm có thể giảm xuống dưới 40 J / cm2, làm tăng nguy cơ gãy giòn ở nhiệt độ thấp.
• Austenit hạt thô: Các vết nứt giữa các hạt dễ dàng hình thành trong martensite thô, và khả năng chống lan truyền vết nứt thấp dẫn đến sự giảm mạnh độ dẻo dai.dưới -20°C), có thể xảy ra "phá vỡ không mềm mại" (phá vỡ mỏng manh), đó là một nguyên nhân chính gây hỏng các thành phần cơ khí.

II. Tính đồng nhất Austenite: Ảnh hưởng đến tính ổn định của thép và căng thẳng bên trong

1- Tác động đến độ cứng và độ bền đồng nhất

• Austenit đồng nhất: Carbon và các yếu tố hợp kim phân tán hoàn toàn trong austenite, không có sự khác biệt nồng độ địa phương.tất cả các vùng đồng bộ tạo thành martensite (hoặc các cấu trúc siêu nhỏ chuyển đổi pha khác), dẫn đếnPhân phối độ cứng đồng đều(ví dụ, sự khác biệt độ cứng ≤ 2 HRC trên các bộ phận khác nhau của cùng một thành phần) và biến động độ bền tối thiểu.Điều này đảm bảo phân phối căng thẳng đồng đều trong thành phần và tránh nồng độ căng thẳng địa phương.
  Ví dụ: Thép xách (GCr15) phải được nung nóng đến 850 °C với thời gian giữ đủ để đảm bảo phân tán carbon đồng nhất trong austenite. Sau khi làm nguội, độ cứng bề mặt là đồng đều (HRC 60 ∼ 62),đảm bảo sự mòn đồng nhất trong quá trình vận hành vòng bi và kéo dài tuổi thọ.
• Austenit không đồng nhất: Nhiệt độ không đủ (nhiệt độ thấp, thời gian ngắn) hoặc cấu trúc vi mô ban đầu thô dẫn đến sự khuếch tán carbon không đầy đủ trong austenite, dẫn đến "các vùng giàu carbon" (ví dụ:gần xi măng nguyên bản) và "khu vực khan hiếm" (eTrong quá trình dập tắt tiếp theo:
  • Các khu vực giàu carbon: tạo thành martensit carbon cao, có độ cứng cực cao nhưng độ dẻo dai kém;
  • Các khu vực thiếu carbon: Tạo ra martensite hoặc ferrite carbon thấp, có độ cứng thấp và độ bền kém.
    Cuối cùng, điều này gây ra sự bất đồng nghiêm trọng về độ cứng và độ bền của thép. Các thành phần dễ bị mòn sớm ở các khu vực độ cứng thấp hoặc hình thành vết nứt ở các khu vực dễ vỡ độ cứng cao.

2Tác động đến căng thẳng nội bộ

• Sự biến dạng của thành phần (ví dụ như uốn cong, cong) và độ chính xác kích thước giảm;
• Các trường hợp nghiêm trọng: "Rạn nứt" (ví dụ, các vết nứt theo chiều dọc dễ hình thành trong thép công cụ với nhiệt không đồng đều), trực tiếp dẫn đến việc phá hủy thành phần.

III. Hàm lượng carbon và các nguyên tố hợp kim trong Austenite: Điều chỉnh "tỷ lệ độ cứng - độ dẻo dai" của thép

1Tác động của hàm lượng carbon (Điều yếu tố cốt lõi nhất)

• Austenit có hàm lượng carbon cao(ví dụ, thép carbon cao với C > 0,6%): Chuyển thànhmartensit carbon caoSau khi dập tắt (độ bão hòa quá cao carbon, biến dạng lưới nghiêm trọng). Nó có độ cứng cực cao (HRC 60 ̊65) và khả năng chống mòn tốt nhưng độ dẻo dai kém (sự dẻo dai tác động < 20 J/cm2).Nó phù hợp với các kịch bản đòi hỏi độ cứng cao và tác động thấp (e.g., công cụ cắt, đúc, vòng bi).
  Ví dụ: Thép T10 (C = 1,0%) được ủ cứng (780 ∼800 °C) và làm nguội, đạt độ cứng HRC 62 ∼64, làm cho nó phù hợp với việc sản xuất lưỡi cưa tay.
• Austenit carbon trung bình(ví dụ, thép carbon trung bình với C = 0,25% ∼ 0,6%): Chuyển thànhMartensit carbon trung bìnhSau khi làm nóng (ví dụ, làm nóng nhiệt độ cao ở 500 ≈ 600 ° C), nó chuyển thành "sorbit", cân bằng độ bền cao (σb = 800 ≈ 1200 MPa) và độ dẻo dai tốt (αk = 40 ≈ 80 J / cm2).Đây là trạng thái điển hình của thép cấu trúc (e.g., trục, bánh răng).
  Ví dụThép 45# trải qua quenching và tempering (austenitization ở 840 °C + quenching + tempering ở 550 °C), đạt được độ bền khoảng 900 MPa và độ dẻo dai tác động khoảng 60 J/cm2,làm cho nó phù hợp với việc sản xuất trục máy công cụ.
• Austenit carbon thấp(ví dụ, thép carbon thấp với C < 0,25%): Chuyển đổi thành ** martensit carbon thấp ** sau khi làm nguội.Nó có độ cứng thấp (HRC 30?? 40) nhưng độ dẻo dai tuyệt vời (αk > 100 J/cm2) và độ dẻo dai tốt (lớn hơn 15%)Nó phù hợp với các kịch bản đòi hỏi độ dẻo dai cao và khả năng chống va chạm (ví dụ: cánh tay máy xây dựng, khung ô tô).
  Ví dụ: Thép Q355 (C ≈ 0,18%) được làm nguội sau khi khử độc ở nhiệt độ thấp (880 ≈ 920 °C) để có được martensit carbon thấp,làm cho nó phù hợp để sản xuất các thành phần cấu trúc chịu tải trọng va chạm.

2. Tác động của các nguyên tố hợp kim

• Các yếu tố tinh chế ngũ cốc (Ti, Nb, V): tạo thành các cacbít mịn (ví dụ TiC, NbC) ngăn chặn sự phát triển hạt austenit, dẫn đến austenit hạt mịn. Sau khi quen, điều này cải thiện sức mạnh và độ dẻo dai của thép (ví dụ,thép cao độ cao hợp kim vi mô Q690, thêm Nb để tinh chế hạt, đạt được độ bền hơn 690 MPa trong khi duy trì độ dẻo dai tuyệt vời).
• Các yếu tố tăng độ dẻo dai (Ni): Ni làm giảm nhiệt độ chuyển đổi martensite (điểm M), làm giảm độ mỏng của martensite,và tinh chỉnh cấu trúc vi mô martensite ̇ cho phép thép carbon cao duy trì độ cứng cao trong khi cải thiện độ dẻo daiVí dụ, thép chết Cr12MoV với Ni thêm vào, độ dẻo dai tác động của nó tăng hơn 30%).
• Các yếu tố tăng cường khả năng chống mòn (Cr, Mo): Cr và Mo tạo thành các cacbua chống mòn (ví dụ: Cr7C3, Mo2C).cải thiện đáng kể sức đề kháng mòn thép (eVí dụ, thép chống mòn NM450, thêm Cr và Mo, giảm 50% so với thép thông thường).

IV. Sự ổn định Austenite: Ảnh hưởng đến sự ổn định kích thước của thép và khả năng thích nghi với quá trình xử lý nhiệt

1Tác động đến sự ổn định chiều

• Austenite ổn định cao: Có xu hướng hình thànhAustenite giữ lại(austenite không chuyển đổi thành martensite) trong quá trình làm mát.gây ra "sự biến dạng lão hóa" của các thành phần và giảm độ chính xác chiều (eVí dụ, đốm chính xác hoặc đồng hồ đo với lượng austenit bị giữ lại quá nhiều có thể tăng kích thước 0,1% ∼ 0,3% sau vài tháng sử dụng).
  Giải pháp: Thúc đẩy chuyển đổi austenite giữ lại thành martensite thông qua "nhiều liệu pháp lạnh" (-80 °C đến -196 °C),hoặc ổn định austenite được giữ lại thông qua "làm nóng ở nhiệt độ thấp" (150 ~ 200 °C) để giảm thiểu biến dạng tiếp theo.
• Austenit ổn định thấp: Dễ dàng chuyển đổi hoàn toàn thành martensite trong quá trình làm mát, với hàm lượng austenite giữ lại thấp (< 5%).,vòng bi, bánh răng).

2Tác động đến tính thích nghi của quy trình xử lý nhiệt

• Austenite ổn định cao(ví dụ: thép hợp kim): C-curve di chuyển sang bên phải, làm giảm tốc độ làm mát quan trọng. làm mát bằng dầu (thay vì làm mát bằng nước) có thể được sử dụng để đạt được làm cứng quen,giảm biến dạng và nứt do căng thẳng làm mát (eVí dụ, thép 40Cr có thể đạt đến HRC 5055 thông qua làm nguội dầu, trong khi thép 45% cần làm nguội nước).
• Austenit ổn định thấp(ví dụ: thép carbon thấp, sắt tinh khiết): C-curve di chuyển sang trái, dẫn đến tốc độ làm mát quan trọng cao.làm mát phun) là cần thiết để có được martensiteVì vậy, khả năng thích nghi quá trình của nó là kém (ví dụ:thép carbon thấp thường không được tắt một mình và đòi hỏi xử lý nhiệt hóa học như carburizing).

Kết luận: Sự hình thành austenite là "kiểm soát nguồn" của các tính chất thép

• Đối vớiCân bằng sức mạnh và độ cứng(ví dụ như các thành phần cấu trúc), hạt mịn, austenit carbon trung bình đồng đều phải được kiểm soát;
• Đối vớiđộ cứng cao và chống mòn(ví dụ như công cụ, đúc), cao carbon, austenite hạt mịn phải được kiểm soát;
• Đối vớiĐộ chính xác kích thước cao(ví dụ như các bộ phận chính xác), austenite với hàm lượng austenite giữ lại thấp phải được kiểm soát.