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Cosa è l'Austenite?

Il trattamento termico dell'acciaio è un potente meccanismo di influenza sulla sua struttura e proprietà. Si basa sulle modifiche dei cristalli di lattice a seconda del gioco delle temperature. In varie condizioni, ferro, carbonio, perlite, cemento e austenite possono essere presenti nella lega di ferro-carbonio. Quest'ultimo svolge un ruolo importante in tutte le trasformazioni termiche in acciaio.


definizione

L'acciaio è una lega di ferro e di carbonio, in cui il contenuto di carbonio è fino al 2,14% in teoria, ma tecnologicamente non contiene più dell'1,3%. Di conseguenza, tutte le strutture che si formano sotto l'influenza di influenze esterne sono anche una varietà di leghe.

La teoria rappresenta la loro esistenza in quattro varianti: una solida soluzione di penetrazione, una soluzione di esclusione solida, una miscela meccanica a grana o un composto chimico.

Austenite è una solida soluzione della penetrazione di un atomo di carbonio in un reticolo cristallo cubico centrato al volto di ferro, indicato come γ. L'atomo di carbonio viene introdotto nella cavità del γ-lattice di ferro. Le sue dimensioni superano i corrispondenti pori tra gli atomi di Fe, che spiegano le limitazioni del loro passaggio attraverso le "pareti" della struttura di base. Si forma nei processi di trasformazione di temperatura di ferrite e perlite quando il calore viene sollevato al di sopra di 727 ° C.

Schema di leghe di ferro-carbonio

Il grafico, chiamato schema di stato in ferro-cemento, costruito per esperimento, è una dimostrazione visiva di tutte le possibili varianti di trasformazioni in acciai e ferri. I valori di temperatura specifici per una determinata quantità di carbonio nella lega costituiscono punti critici in cui si verificano importanti cambiamenti strutturali nei processi di riscaldamento o raffreddamento, ma costituiscono anche linee critiche.

La linea GSE, che contiene i punti Ac 3 e Ac m , mostra il livello di solubilità del carbonio quando il livello di calore aumenta.

Tabella della solubilità del carbonio in austenite rispetto alla temperatura

Temperatura, ° C

900

850

727

900

1147

Solubilità esemplare di C in austenite,%

0.2

0.5

0.8

1.3

2.14

Caratteristiche dell'educazione

Austenite è una struttura che si forma durante il riscaldamento dell'acciaio. Quando si raggiunge la temperatura critica, la perlite e la ferrite formano una sostanza integrante.

Possibilità di riscaldamento:

  1. Uniforme, fino al valore richiesto, un breve periodo di raffreddamento. A seconda delle caratteristiche della lega, l'austenite può essere completamente formata o parzialmente formata.
  2. Un lento aumento della temperatura, un lungo periodo di mantenimento del livello di calore raggiunto al fine di ottenere l'austenite puro.

Proprietà del materiale riscaldato risultante, così come quello che avrà luogo a causa del raffreddamento. Molto dipende dal livello di calore raggiunto. È importante non surriscaldare o spaccarsi.

Microstrutture e proprietà

Ognuna delle fasi caratteristiche delle leghe di ferro-carbonio è caratterizzata dalla struttura intrinseca dei reticoli e dei grani. La struttura del austenite è piastra, avente forme vicine sia acicolare che flocculente. Con la completa dissoluzione del carbonio in γ-ferro, i grani hanno una forma leggera senza la presenza di inclusioni di cemento scuro.

La durezza è di 170-220 HB. La conduttività termica e la conducibilità elettrica sono un ordine di grandezza inferiore a quella del ferrite. Le proprietà magnetiche sono assenti.

Le varianti di raffreddamento e la sua velocità portano alla formazione di varie modifiche dello stato "freddo": martensite, bainite, troostite, sorbitolo, perlite. Hanno una struttura acrilica simile, ma si differenziano per la dispersione delle particelle, nelle dimensioni dei grani e nelle particelle di cemento.

Effetto del raffreddamento su austenite

La decomposizione di austenite si verifica agli stessi punti critici. La sua efficacia dipende dai seguenti fattori:

  1. Velocità di raffreddamento. Colpisce la natura delle inclusioni di carbonio, la formazione dei grani, la formazione della microstruttura finale e le sue proprietà. Dipende dal mezzo utilizzato come refrigerante.
  2. La presenza di un componente isotermico in una delle fasi di decadimento – quando la temperatura viene abbassata ad un certo livello di temperatura, il calore stabile viene mantenuto per un certo periodo di tempo, dopo di che continua il raffreddamento rapido o si verifica insieme al dispositivo di riscaldamento (forno).

Così vengono isolate trasformazioni continue e isotermiche di austenite.

Caratteristiche della natura delle trasformazioni. grafico

Il grafico a forma di C, che mostra la natura dei cambiamenti nella microstruttura del metallo nell'intervallo di tempo, a seconda del grado di cambiamento di temperatura – è uno schema della trasformazione dell'ustione. Il raffreddamento reale è continuo. Solo alcune fasi di ritenzione termica forzata sono possibili. Il grafico descrive le condizioni isotermiche.

Il personaggio può essere diffusivo e diffuso.

A velocità standard di riduzione del calore, la variazione del grano austenitico avviene diffusamente. Nella zona di instabilità termodinamica, gli atomi cominciano a muoversi tra di loro. Quelli che non hanno tempo per penetrare nel reticolo del ferro, formano inclusioni cementizie. Sono uniti da particelle di carbonio vicine, rilasciate dai loro cristalli. Cementita si forma sui confini dei grani disintegrati. I cristalli purificati di ferrite formano le corrispondenti lastre. Si forma una struttura dispersa: una miscela di grani la cui dimensione e concentrazione dipendono dal tasso di raffreddamento e dal contenuto di carbonio nella lega. Si formano perlite e le sue fasi intermedie: sorbitolo, troostito, bainite.

A velocità significative di diminuzione della temperatura, la decomposizione di austenite non è di natura diffusa. Si verificano distorsioni complesse di cristalli, all'interno del quale tutti gli atomi vengono simultaneamente spostati nel piano, senza cambiare la loro posizione. L'assenza di diffusione contribuisce alla generazione di martensite.

Effetto di spegnimento sulle caratteristiche del decadimento di austenite. martensite

L'indurimento è una sorta di trattamento termico, la cui essenza è il rapido riscaldamento ad alte temperature al di sopra dei punti critici Ac 3 e Ac m , seguito da rapido raffreddamento. Se la temperatura scende con acqua a una velocità superiore a 200 ° C al secondo, si forma una fase solida dell'ago, detta martensite.

Si tratta di una solida soluzione supersaturale della penetrazione del carbonio in ferro con un reticolo cristallino del tipo α. A causa dei potenti spostamenti degli atomi, distorce e forma un reticolo tetragonale, che è la causa dell'indurimento. La struttura formata ha un volume maggiore. Di conseguenza, i cristalli, delimitati dall'aereo, sono compressi, i piatti a forma di ago sono nati.

Martensite – forte e molto rigido (700-750 HB). Si forma solo a causa di indurimento ad alta velocità.

Tempra. Strutture di diffusione

Austenite è una formazione dalla quale possono essere artificialmente prodotte bainite, troostite, sorbitolo e perlite. Se il raffreddamento di spegnimento avviene a bassi tassi, vengono effettuate trasformazioni di diffusione, il loro meccanismo è descritto in precedenza.

Troostito è perlito, caratterizzato da un elevato grado di dispersione. Formata con una diminuzione del calore di 100 ° C al secondo. Un gran numero di granuli fini di ferrite e cementitio sono distribuiti in tutto il piano. "Indurito" è caratterizzato da forma cementitica lamellare, e troostito, ottenuto a seguito di rilascio successivo, presenta una visualizzazione granulosa. La durezza è 600-650 HB.

Bainite è una fase intermedia, che è una miscela ancora più dispersa di cristalli di ferrite ad alto tenore di carbonio e di cementit. Secondo le sue proprietà meccaniche e tecnologiche è inferiore al martensite, ma supera il troostito. Si forma in intervalli di temperatura, quando la diffusione è impossibile e le forze di compressione e spostamento della struttura di cristallo per la trasformazione in una struttura martensitica sono insufficienti.

Il sorbitolo è una varietà di filiere a perimetro a forma di ago di grandi dimensioni con raffreddamento ad una velocità di 10 ° C al secondo. Le proprietà meccaniche occupano una posizione intermedia tra perlite e troostito.

Perlite è una raccolta di granuli di ferrite e cementitio, che possono essere granulari o piastre. Formata come risultato di una decomposizione liscia di austenite con un tasso di raffreddamento di 1 ° C al secondo.

Beytite e troostite sono più legate alle strutture di spegnimento, mentre sorbitolo e perlite possono essere formate anche durante la temperazione, l'annealing e la normalizzazione, le cui caratteristiche determinano la forma dei grani e la loro dimensione.

Effetto di annealing sulle caratteristiche del decadimento di austenite

Praticamente tutti i tipi di annealing e normalizzazione si basano sulla reciproca inversione della trasformazione di austenite. L'accoppiamento completo e incompleto viene applicato agli acciai pre-eutectoidi. I particolari vengono riscaldati nel forno sopra i punti critici Ac 3 e Ac 1, rispettivamente. Il primo tipo è caratterizzato dalla presenza di un lungo periodo di mantenimento, che fornisce una trasformazione completa: ferrite-austenite e perlite-austenite. Successivamente, si segue il lento raffreddamento degli spazi nella fornace. All'uscita, si ottiene una miscela finemente dispersa di ferrite e perlite, senza sollecitazioni interne, plastica e forte. L'annealing incompleto è meno intensivo di energia, cambia solo la struttura del perlite, lasciando la ferrite praticamente invariata. La normalizzazione implica un più alto tasso di riduzione della temperatura, ma una struttura più grossolana e meno plastica all'uscita. Per leghe d'acciaio con un tenore di carbonio da 0,8 a 1,3%, il raffreddamento sotto normalizzazione porta ad una disintegrazione nella direzione: austenite-perlite e austenite-cementite.

Un altro tipo di trattamento termico, basato sulle trasformazioni strutturali, è l'omogeneizzazione. È applicabile per grandi parti. Significa l'assoluta realizzazione dello stato austenitico a grana grossa a temperature di 1000-1200 ° C e tenuta in forno per un massimo di 15 ore. I processi isotermici continuano con un lento raffreddamento, facilitando l'allineamento delle strutture metalliche.

Ricottura isotermica

Ognuno di questi modi di influenzare il metallo per facilitare la comprensione è considerato come una trasformazione isotermica di austenite. Tuttavia, ognuno di essi ha solo caratteristiche specifiche in un determinato stadio. In realtà, i cambiamenti si verificano con una stabile diminuzione del calore, la cui velocità determina il risultato.

Uno dei metodi più vicini alle condizioni ideali è la ricottura isotermica. La sua essenza consiste anche in riscaldamento e invecchiamento fino alla completa rottura di tutte le strutture in austenite. Il raffreddamento è realizzato in più fasi, che contribuisce a un decadimento più lento, più lungo e più termicamente stabile.

  1. Riduzione rapida della temperatura ad un valore di 100 ° C al di sotto del punto Ac 1 .
  2. Ritenzione forzata del valore raggiunto (collocandosi nel forno) per molto tempo fino alla completa formazione delle fasi di ferrite-perlite.
  3. Raffreddare in aria calma.

Il metodo è applicabile anche agli acciai legati, caratterizzati dalla presenza di austenite residuo allo stato raffreddato.

Resine austenite e acciai austenitici

Talvolta è possibile la decomposizione incompleta, quando avviene l'austenite residuo. Ciò può accadere nelle seguenti situazioni:

  1. Troppo rapido raffreddamento, quando non si verifica il decadimento completo. È una componente strutturale di bainite o martensite.
  2. Acciaio ad alto tenore di carbonio o leggermente legato, per i quali i processi delle trasformazioni disperse di austenite sono complicate. Richiede l'utilizzo di metodi speciali di trattamento termico, come, ad esempio, omogeneizzazione o ricottura isotermica.

Per altamente drogati – non ci sono processi delle trasformazioni descritte. La lega di acciaio con nichel, manganese e cromo promuove la formazione di austenite come struttura principale stabile, che non richiede ulteriori influenze. Gli acciai austenitici sono caratterizzati da elevata resistenza, resistenza alla corrosione e resistenza al calore, resistenza al calore e resistenza alle complesse condizioni di lavoro aggressive.

Austenite è una struttura senza la cui formazione non è possibile alcun riscaldamento ad alta temperatura dell'acciaio e che partecipa praticamente a tutti i metodi del suo trattamento termico per migliorare le proprietà meccaniche e tecnologiche.