Austenită

Tratamentul termic al oțelului implică adesea încălzirea unei părți componente în regiunea austenită (aka câmpul de fază austenită) pentru a efectua un tratament termic, cum ar fi normalizarea, călirea, călirea etc. Dar ce este austenita, cum se formează și ce interval de temperatură este cel mai propice pentru procesul pe care îl executăm? Să aflăm mai multe.

Ce este austenita?

În 1901, Floris Osmund, un pionier francez timpuriu în metalografie, a propus să numească structura cristalină de înaltă temperatură a oțelului după Sir William Chandler Roberts-Austen, un metalurgist cunoscut pentru cercetările sale privind proprietățile fizice ale metalelor și ale aliajelor lor.

Austenitul (cunoscut și ca fier gama, g-Fe) este un alotrop metalic, nemagnetic (un material care poate exista în mai multe forme cristaline în funcție de temperatură) al fierului. Austenitul este o soluție solidă care combină adesea fierul cu diverse elemente de aliere (de exemplu, carbon). Se poate spune că știința prelucrării oțelului se bazează pe înțelegerea câmpului de faze de austenită din diagrama de faze fier-carbură de fier (Fig. 1).

După cum observă Krause, „transformarea controlată a austenitei în alte faze la răcire este responsabilă pentru o mare varietate de microstructuri și proprietăți care pot fi obținute prin tratamentul termic al oțelurilor.”

Creșterea granulelor austenitice

Formarea austenitei în microstructuri (Fig. 2) a fost studiată pe larg. În cazul oțelurilor simple cu carbon, austenita se poate forma din perlit sau chiar dintr-o structură puternic sferoidizată într-o perioadă de timp foarte scurtă – în intervalul 4-25 secunde și să fie completă după 60 de secunde – dar în cazul oțelurilor aliate timpul poate crește de o sută de ori sau mai mult (Fig. 3) deoarece elementele de aliere și carburile necesită mai mult timp pentru ca difuzia să aibă loc.

Dimensiunea grăuntelui austenitic anterior și proprietățile mecanice

Dimensiunea grăuntelui de austenită este importantă deoarece influențează produsele de transformare formate la răcire și, ca atare, proprietățile legate de călire și microstructură. Dimensiunea grăuntelui de austenită este denumită în mod obișnuit dimensiunea grăuntelui de austenită anterioară, deoarece austenita reținută prezentă la temperatura camerei nu influențează austenita mamă. Dimensiunea anterioară a grăuntelui austenitic poate influența în mod semnificativ proprietăți precum duritatea, care scade pe măsură ce dimensiunea grăuntelui crește. Trebuie menționat aici că dezvăluirea acestei structuri implică tehnici de decapare destul de sofisticate (cf. „Grain Size and Its Influence on Material Properties”).

Adații mici (de ordinul a 0,1%) de anumite elemente de aliere (Nb, V, Ti) produc carburi, carbonitride sau nitruri; influențează controlul dimensiunii grăunților și întărirea; și constituie baza pentru oțelurile microaliate. Particulele de microaliaj fin dispersate întârzie creșterea granulației austenitice, în special la temperaturi mai ridicate (prin așa-numita fixare a limitelor de grăunți).

Temperatura de austenitizare – o abordare practică

În termeni practici, se dorește să se lucreze la cea mai mică temperatură de austenitizare pentru o perioadă cât mai scurtă de timp, pentru a limita creșterea granulației, a minimiza influența fluajului și a efectelor de suprafață nedorite (de ex, oxidare, IGO/IGA), să se reducă întreținerea, să se prelungească durata de viață a cuptoarelor de tratament termic, să se reducă costurile de fixare a aliajelor și să se minimizeze deformarea prin reducerea diferenței de temperatură între temperatura piesei și cea a mediului de stingere.

Alegerea temperaturii de austenitizare depinde atât de conținutul de carbon, cât și de cel de aliaj – un oțel cu conținut mai scăzut de carbon necesită o temperatură mai mare decât un oțel cu conținut ridicat de carbon. Conținutul de aliaj joacă un rol, de asemenea, prin faptul că influențează limitele câmpului de austenită (cf. „Influența elementelor de aliere asupra câmpului de fază austenită”).

În plus, carburile de aliaj necesită adesea temperaturi mai ridicate pentru a se dizolva și a se dispersa, din cauza vitezelor de difuzie mai mici decât cele ale carbonului. În plus, variația vitezei de încălzire până la temperatura de austenitizare influențează rata de transformare și dizolvare a diverșilor constituenți de aliere prezenți (Fig. 4). În Fig. 4, de exemplu, a treia curbă din dreapta reprezintă o viteză de încălzire de aproximativ 3˚C (5˚F) pe minut.

Diagrama de echilibru fier-carbon conturează câmpul de fază austenită pentru fier și oțeluri. Pe măsură ce conținutul de carbon crește, temperatura A3 (limita inferioară a câmpului de austenită) scade până când se atinge compoziția eutectoidă – 725˚C (1340˚F) la 0,80% C. Pentru un oțel cu 0,40% carbon, câmpul de fază austenită începe la 915˚C (1500˚F). Prin contrast, câmpul de fază austenită în fierul pur începe la 912˚C (1674˚F) și se termină la 1394˚C (2541˚F).

Lucrare la cald

În cele din urmă, trebuie remarcat faptul că lucrabilitatea oțelurilor (de ex, laminare, forjare) este îmbunătățită în starea lor austenitică, răspunzând la prelucrarea la cald prin deformare, recuperare, recristalizare și creștere a grăunților. Dimensiunea grăuntelui austenitic scade pe măsură ce temperaturile de lucru la cald sunt reduse.

Concluzie

Austenita joacă un rol unic în tratamentul termic al oțelului, iar subiectul necesită o înțelegere mai profundă decât cea prezentată aici. Referințele enumerate conțin o multitudine de informații bune despre austenită, iar cititorul este încurajat să studieze acest subiect mai în profunzime.

.