O tratamento térmico do aço é o mecanismo mais poderoso para influenciar sua estrutura e propriedades. Baseia-se em modificações de redes cristalinas dependendo do jogo de temperaturas. Ferrite, perlita, cementita e austenita podem estar presentes em uma liga ferro-carbono sob várias condições. Este último desempenha um papel importante em todas as transformações térmicas no aço.
Definição
Aço é uma liga de ferro e carbono, na qual o teor de carbono é de até 2,14% teoricamente, mas tecnologicamente aplicável contém em uma quantidade não superior a 1,3%. Assim, todas as estruturas que se formam sob a influência de influências externas também são variedades de ligas.
Teoria apresenta sua existência em 4 variações: uma solução sólida de penetração, uma solução sólida de exclusão, uma mistura mecânica de grãos ou um composto químico.
Austenita é uma solução sólida de penetração de átomos de carbono na rede cristalina cúbica de ferro de face centrada, referida como γ. O átomo de carbono é introduzido na cavidade da rede γ do ferro. Suas dimensões ultrapassam os poros correspondentes entre os átomos de Fe, o que explica a passagem limitada deles pelas "paredes" da estrutura principal. Formado em processostransformações de temperatura de ferrita e perlita com calor crescente acima de 727˚С.
Tabela de ligas ferro-carbono
Um gráfico chamado diagrama de estado ferro-cementita, construído experimentalmente, é uma demonstração clara de todas as opções possíveis para transformações em aços e ferros fundidos. Valores de temperatura específicos para uma certa quantidade de carbono na liga formam pontos críticos nos quais ocorrem mudanças estruturais importantes durante os processos de aquecimento ou resfriamento, eles também formam linhas críticas.
A linha GSE, que contém os pontos Ac3 e Acm, representa o nível de solubilidade do carbono à medida que os níveis de calor aumentam.
| Tabela de solubilidade de carbono na austenita versus temperatura | |||||
| Temperatura, ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| Solubilidade aproximada de C em austenita, % | 0, 2 | 0, 5 | 0, 8 | 1, 3 | 2, 14 |
Características da educação
Austenita é uma estrutura que se forma quando o aço é aquecido. Ao atingir a temperatura crítica, a perlita e a ferrita formam uma substância integral.
Opções de aquecimento:
- Uniforme, até atingir o valor requerido, exposição curta,resfriamento. Dependendo das características da liga, a austenita pode ser totalmente formada ou parcialmente formada.
- Aumento lento da temperatura, longo período de manutenção do nível de calor alcançado para obter austenita pura.
Propriedades do material aquecido resultante, bem como o que ocorrerá como resultado do resfriamento. Muito depende do nível de calor alcançado. É importante evitar o superaquecimento ou superaquecimento.
Microestrutura e propriedades
Cada uma das fases características das ligas ferro-carbono tem sua própria estrutura de reticulados e grãos. A estrutura da austenita é lamelar, tendo formas próximas tanto a acicular quanto a escamosa. Com a completa dissolução do carbono em γ-ferro, os grãos apresentam forma clara sem a presença de inclusões escuras de cementita.
A dureza é 170-220 HB. A condutividade térmica e elétrica é uma ordem de grandeza menor que a da ferrita. Sem propriedades magnéticas.
Variantes de resfriamento e sua velocidade levam à formação de várias modificações do estado "frio": martensita, bainita, troostita, sorbita, perlita. Eles têm uma estrutura acicular semelhante, mas diferem na dispersão de partículas, tamanho de grão e partículas de cementita.
Efeito do resfriamento na austenita
A decomposição da austenita ocorre nos mesmos pontos críticos. Sua eficácia depende dos seguintes fatores:
- Taxa de resfriamento. Afeta a natureza das inclusões de carbono, a formação de grãos, a formação domicroestrutura e suas propriedades. Depende do meio usado como refrigerante.
- A presença de um componente isotérmico em um dos estágios de decomposição - quando reduzido a um determinado nível de temperatura, o calor estável é mantido por um determinado período de tempo, após o qual o resfriamento rápido continua ou ocorre junto com um dispositivo de aquecimento (forno).
Assim, distingue-se uma transformação contínua e isotérmica da austenita.
Características do caráter das transformações. Gráfico
Gráfico em forma de C, que mostra a natureza das mudanças na microestrutura do metal no intervalo de tempo, dependendo do grau de mudança de temperatura - este é o diagrama de transformação da austenita. O resfriamento real é contínuo. Apenas algumas fases de retenção forçada de calor são possíveis. O gráfico descreve condições isotérmicas.
Personagem pode ser difusão e não difusão.
Em taxas padrão de redução de calor, o grão de austenita muda por difusão. Na zona de instabilidade termodinâmica, os átomos começam a se mover entre si. Aqueles que não têm tempo de penetrar na rede de ferro formam inclusões de cementita. Eles são unidos por partículas de carbono vizinhas liberadas de seus cristais. A cementita é formada nos limites dos grãos em decomposição. Cristais de ferrite purificados formam as placas correspondentes. Uma estrutura dispersa é formada - uma mistura de grãos, cujo tamanho e concentração dependem da rapidez do resfriamento e do conteúdocarbono da liga. Perlita e suas fases intermediárias também são formadas: sorbita, troostita, bainita.
Em taxas significativas de diminuição de temperatura, a decomposição da austenita não tem caráter de difusão. Ocorrem distorções complexas de cristais, dentro das quais todos os átomos são simultaneamente deslocados em um plano sem alterar sua localização. A f alta de difusão contribui para a nucleação da martensita.
Influência do endurecimento nas características de decomposição da austenita. Martensita
O endurecimento é um tipo de tratamento térmico, cuja essência é o aquecimento rápido a altas temperaturas acima dos pontos críticos Ac3 e Acm, seguido de resfriamento rápido. Se a temperatura for reduzida com a ajuda da água a uma taxa de mais de 200˚С por segundo, forma-se uma fase acicular sólida, chamada martensita.
É uma solução sólida supersaturada de penetração do carbono no ferro com uma rede cristalina do tipo α. Devido aos poderosos deslocamentos dos átomos, é distorcido e forma uma rede tetragonal, que é a causa do endurecimento. A estrutura formada tem um volume maior. Como resultado, os cristais delimitados pelo plano são comprimidos, nascendo placas em forma de agulha.
Martensita é forte e muito dura (700-750 HB). Formado exclusivamente como resultado de têmpera em alta velocidade.
Endurecimento. Estruturas de difusão
Austenita é uma formação a partir da qual podem ser produzidas artificialmente bainita, troostita, sorbita e perlita. Se o resfriamento do endurecimento ocorrer emvelocidades mais baixas, as transformações de difusão são realizadas, seu mecanismo é descrito acima.
Troostita é perlita, que se caracteriza por um alto grau de dispersão. É formado quando o calor diminui 100˚С por segundo. Um grande número de pequenos grãos de ferrita e cementita é distribuído por todo o plano. A cementita “endurecida” é caracterizada por uma forma lamelar, e a troostita obtida como resultado do revenimento posterior tem uma visualização granular. Dureza - 600-650 HB.
Bainita é uma fase intermediária, que é uma mistura ainda mais dispersa de cristais de ferrita de alto carbono e cementita. Em termos de propriedades mecânicas e tecnológicas, é inferior à martensita, mas supera a troostita. É formado em faixas de temperatura em que a difusão é impossível, e as forças de compressão e movimento da estrutura cristalina para transformação em martensítica não são suficientes.
Sorbitol é uma variedade de fases de perlita em forma de agulha grossa quando resfriada a uma taxa de 10˚С por segundo. As propriedades mecânicas são intermediárias entre a perlita e a troostita.
Perlita é uma combinação de grãos de ferrita e cementita, que podem ser granulares ou lamelares. Formado como resultado do decaimento suave da austenita com uma taxa de resfriamento de 1˚C por segundo.
Beitita e troostita estão mais relacionadas a estruturas de endurecimento, enquanto sorbita e perlita também podem ser formadas durante o revenimento, recozimento e normalização, cujas características determinam a forma dos grãos e seu tamanho.
Efeito do recozimento emcaracterísticas de decaimento de austenita
Praticamente todos os tipos de recozimento e normalização são baseados na transformação recíproca da austenita. O recozimento completo e incompleto é aplicado a aços hipoeutetóides. As peças são aquecidas no forno acima dos pontos críticos Ac3 e Ac1 respectivamente. O primeiro tipo é caracterizado pela presença de um longo período de retenção, que garante uma transformação completa: ferrita-austenita e perlita-austenita. Isto é seguido pelo resfriamento lento das peças no forno. Na saída, obtém-se uma mistura finamente dispersa de ferrita e perlita, sem tensões internas, plásticas e duráveis. O recozimento incompleto consome menos energia e apenas altera a estrutura da perlita, deixando a ferrita praticamente in alterada. A normalização implica uma maior taxa de diminuição da temperatura, mas também uma estrutura mais grosseira e menos plástica na saída. Para ligas de aço com teor de carbono de 0,8 a 1,3%, no resfriamento, como parte da normalização, a decomposição ocorre na direção: austenita-perlita e austenita-cementita.
Outro tipo de tratamento térmico baseado em transformações estruturais é a homogeneização. É aplicável para peças grandes. Implica a obtenção absoluta do estado de grão grosso austenítico em temperaturas de 1000-1200 ° C e exposição no forno por até 15 horas. Os processos isotérmicos continuam com resfriamento lento, o que ajuda a uniformizar as estruturas metálicas.
Cozimento isotérmico
Cada um dos métodos listados de influenciar o metal para simplificar a compreensãoconsiderada como uma transformação isotérmica da austenita. No entanto, cada um deles apenas em um determinado estágio possui características características. Na realidade, as mudanças ocorrem com uma diminuição constante do calor, cuja velocidade determina o resultado.
Um dos métodos mais próximos das condições ideais é o recozimento isotérmico. Sua essência também consiste em aquecer e manter até a decomposição completa de todas as estruturas em austenita. O resfriamento é implementado em várias etapas, o que contribui para uma decomposição mais lenta, mais longa e termicamente mais estável.
- A queda rápida da temperatura para 100˚C abaixo do ponto Ac1.
- Retenção forçada do valor alcançado (por colocação no forno) por um longo tempo até que os processos de formação das fases ferrita-perlita sejam concluídos.
- Resfriando em ar parado.
O método também é aplicável aos aços-liga, que se caracterizam pela presença de austenita residual no estado resfriado.
Austenita retida e aços austeníticos
Às vezes, o decaimento incompleto é possível quando há austenita retida. Isso pode acontecer nas seguintes situações:
- Resfriando muito rápido quando o decaimento completo não ocorre. É um componente estrutural da bainita ou martensita.
- Aços de alto carbono ou baixa liga, para os quais os processos de transformações dispersas austeníticas são complicados. Requer métodos especiais de tratamento térmico, como homogeneização ou recozimento isotérmico.
Para alta liga -não há processos das transformações descritas. A liga de aço com níquel, manganês, cromo contribui para a formação de austenita como a principal estrutura forte, que não requer influências adicionais. Os aços austeníticos são caracterizados por alta resistência, resistência à corrosão e resistência ao calor, resistência ao calor e resistência a condições de trabalho agressivas difíceis.
Austenita é uma estrutura sem a formação da qual não é possível o aquecimento do aço a alta temperatura e que está envolvida em quase todos os métodos de tratamento térmico para melhorar as propriedades mecânicas e tecnológicas.
