Austenit

Az acél hőkezelése gyakran magában foglalja az alkatrésznek az ausztenit régióba (más néven ausztenit fázismezőbe) történő melegítését egy hőkezelés, például normalizálás, edzés, tokozás stb. elvégzése érdekében. De mi is az az ausztenit, hogyan alakul ki, és melyik hőmérséklettartomány a legkedvezőbb az általunk végzett folyamathoz? Tudjunk meg többet.

Mi az ausztenit?

1901-ben Floris Osmund, a metallográfia egyik korai francia úttörője javasolta, hogy az acél magas hőmérsékletű kristályszerkezetét Sir William Chandler Roberts-Austen, a fémek és ötvözeteik fizikai tulajdonságainak kutatásáról ismert kohász után nevezzük el.

Austenit (más néven gamma vas, g-Fe) a vas egy fémes, nem mágneses allotípusa (olyan anyag, amely a hőmérséklettől függően több kristályformában is létezhet). Az ausztenit olyan szilárd oldat, amely gyakran a vasat különböző ötvözőelemekkel (pl. szénnel) kombinálja. Elmondható, hogy az acélfeldolgozás tudománya a vas-vaskarbid fázisdiagramban (1. ábra) az ausztenit fázismező megértésén alapul.

Mint Krause megjegyzi, “az ausztenit szabályozott átalakulása más fázisokká hűtéskor felelős az acélok hőkezelésével elérhető mikroszerkezetek és tulajdonságok nagy változatosságáért.”

Austenit szemcsenövekedés

Az ausztenit mikroszerkezetek kialakulását (2. ábra) széles körben tanulmányozták. Sima széntartalmú acéloknál az ausztenit nagyon rövid idő alatt – 4-25 másodperc tartományban – gyöngyöktől vagy akár erősen szferoidos szerkezetből is kialakulhat, és 60 másodperc után teljes lehet, de ötvözött acéloknál ez az idő százszorosára vagy még többszörösére nőhet (ábra. 3), mivel az ötvözőelemeknek és a karbidoknak több időre van szükségük a diffúzióhoz.

Előzetes ausztenites szemcseméret és mechanikai tulajdonságok

Az ausztenit szemcsemérete azért fontos, mert befolyásolja a hűtés során kialakuló átalakulási termékeket, és mint ilyen, az edzhetőséggel és a mikroszerkezettel kapcsolatos tulajdonságokat. Az ausztenit szemcseméretét általában előzetes ausztenitszemcseméretnek nevezik, mivel a szobahőmérsékleten jelen lévő visszamaradt ausztenit nem befolyásolja a szülő ausztenitet. Az előzetes ausztenites szemcseméret jelentősen befolyásolhatja az olyan tulajdonságokat, mint a szívósság, amely a szemcseméret növekedésével csökken. Itt kell megjegyezni, hogy e szerkezet feltárása meglehetősen kifinomult maratási technikákat igényel (vö. “A szemcseméret és annak hatása az anyagtulajdonságokra”).

A bizonyos ötvözőelemek (Nb, V, Ti) kis mértékű (0,1%-os nagyságrendű) hozzáadása karbidokat, karbonitrideket vagy nitrideket eredményez; befolyásolja a szemcseméret-szabályozást és az erősítést; és a mikroötvözött acélok alapját képezi. A finoman diszpergált mikroötvöző részecskék késleltetik az ausztenites szemcsenövekedést, különösen magasabb hőmérsékleten (a szemcsehatárok ún. piningje révén).

Austenitizáló hőmérséklet – gyakorlati megközelítés

A gyakorlatban a lehető legrövidebb ideig a legalacsonyabb austenitizáló hőmérsékleten akarunk üzemelni, hogy korlátozzuk a szemcsenövekedést, minimalizáljuk a kúszás és a nem kívánt felületi hatások hatását (pl., oxidáció, IGO/IGA), csökkenteni a karbantartást, meghosszabbítani a hőkezelő kemencék élettartamát, csökkenteni az ötvözet rögzítési költségeit, és minimalizálni a torzulást az alkatrész hőmérséklete és az oltóközeg közötti hőmérsékletkülönbség csökkentésével.

Az austenitizáló hőmérséklet megválasztása mind a szén-, mind az ötvözettartalomtól függ – egy alacsonyabb széntartalmú acél magasabb hőmérsékletet igényel, mint egy magas széntartalmú acél. Az ötvözettartalom is szerepet játszik, mivel befolyásolja az ausztenitmező határait (vö. “Az ötvözőelemek hatása az ausztenitfázismezőre”).

Az ötvözött karbidok emellett gyakran magasabb hőmérsékletet igényelnek az oldáshoz és a diszperzióhoz, mivel a diffúzió sebessége alacsonyabb, mint a széné. Ezenkívül az austenitizáló hőmérsékletre történő hevítés sebességének változtatása befolyásolja a jelen lévő különböző ötvözőelemek átalakulási és oldódási sebességét (4. ábra). A 4. ábrán például a jobbról számított harmadik görbe kb. 3˚C (5˚F) percenkénti fűtési sebességet jelent.

A vas-szén egyensúlyi diagram a vasak és acélok ausztenit fázismezőjét vázolja fel. A széntartalom növekedésével az A3 hőmérséklet (az ausztenitmező alsó határa) csökken, amíg el nem éri az eutektoid összetételt – 725˚C (1340˚F) 0,80% C-nál. 0,40%-os széntartalmú acél esetében az ausztenitfázismező 915˚C-nél (1500˚F) kezdődik. Ezzel szemben a tiszta vasban az ausztenit fázismező 912˚C-on (1674˚F) kezdődik és 1394˚C-on (2541˚F) ér véget.

Hőmegmunkálás

Végül meg kell jegyezni, hogy az acélok megmunkálhatósága (pl., hengerlés, kovácsolás) ausztenites állapotukban fokozódik, a meleg megmunkálásra alakváltozással, helyreállással, átkristályosodással és szemcsenövekedéssel reagálnak. Az ausztenites szemcseméret a melegmegmunkálási hőmérséklet csökkentésével csökken.

Következtetés

Az ausztenit egyedülálló szerepet játszik az acélok hőkezelésében, és a téma az itt bemutatottnál mélyebb megértést igényel. A felsorolt hivatkozások rengeteg jó információt tartalmaznak az ausztenitről, és az olvasót arra ösztönözzük, hogy mélyebben tanulmányozza ezt a témát.