Comprensió de la transformació per refrigeració de l'acer

 

I Mètodes de refrigeració

 

L'acer pateix principalment dos tipus de mètodes de refrigeració: refredament isotèrmic i refredament continu.

 

Refrigeració isotèrmica

En aquest mètode, l'acer s'escalfa a un estat austenític i després es refreda ràpidament a una temperatura específica, on es manté durant un període determinat, permetent que l'austenita es transformi abans de refredar-se a temperatura ambient. Aquest enfocament permet un control precís de la temperatura i el temps de transformació, donant lloc a microestructures i propietats específiques.

 

▲ Refrigeració isotèrmica i temperatura

 

Refrigeració contínua

Aquí, l'acer, inicialment en estat austenític, es refreda contínuament a temperatura ambient a diferents velocitats (per exemple, refrigeració per aire, refrigeració del forn, refrigeració d'oli, refrigeració per aigua, etc.). La velocitat de refredament d'aquest mètode influeix en el procés de transformació de l'austenita i la microestructura final.

 

▲ Refrigeració i temperatura contínua

 

 

II Corbes de transformació isotèrmica d'austenita superrefrigerada

 

▲ Corba de transformació isotèrmica d'austenita superrefrigerada d'acer eutectoide

 

La corba C (també coneguda com a corba de transformació isotèrmica de l'austenita superrefrigerada o corba TTT) per a l'acer al carboni eutectoide il·lustra la relació entre la temperatura de transformació, el temps i els productes de transformació quan l'acer es troba en un estat austenític sobrerefrigerat.

 

Divisió de regions de corba C

Zona d'austenita superrefrigerada:Situada a l'esquerra de la línia d'inici de la transformació a la corba C, aquesta zona representa l'àrea on l'austenita superrefrigerada encara no s'ha transformat.

 

Zona de productes de transformació:Situada a la dreta de la línia final de transformació i per sobre del punt Ms, aquesta zona indica on s'ha transformat l'austenita superrefrigerada en els seus productes.

 

Zona de progrés de la transformació:Aquesta zona es troba entre les línies d'inici i final de la transformació, cosa que indica el procés de transformació en curs de l'austenita superrefrigerada.

 

Línies de la corba C i el seu significat físic

Línia d'inici de la transformació:Una corba que connecta els punts on l'austenita superrefredada comença a transformar-se, mostrant el temps que triga a que l'austenita comenci a transformar-se a diferents temperatures.

 

Línia final de transformació:Indica el temps necessari perquè l'austenita completi la seva transformació a diferents temperatures.

Línia Ms: una línia horitzontal que indica la temperatura inicial de la transformació martensítica, que marca el punt on l'austenita comença a transformar-se en martensita.

 

Línia Mf (de vegades anomenada punt Mf):Una línia horitzontal que representa la temperatura final de la transformació martensítica, on l'austenita es transforma completament en martensita.

 

Importància del nas de la corba C

A aproximadament 550 graus, la corba C de l'acer al carboni eutectoide mostra una corba coneguda com el nas de la corba. La temperatura corresponent es coneix com a temperatura del nas, on la velocitat de transformació de l'austenita és la més ràpida. Per sobre d'aquest nas, l'austenita pateix principalment una transformació perlítica; per sota d'aquest nas es produeix la transformació bainítica; i per sota del punt Ms, té lloc la transformació martensítica.

 

Principals factors que influeixen en la forma i la posició de la corba C

Composició química de l'acer:El contingut de carboni i els elements d'aliatge afecten l'estabilitat i el procés de transformació de l'austenita. En general, un augment del contingut de carboni desplaça la corba C cap a la dreta, mentre que els elements d'aliatge (excepte Co i Al) augmenten l'estabilitat de l'austenita i alteren la forma de la corba C.

 

Microestructura de l'austenita:Els grans austenítics més fins proporcionen més límits de gra per unitat d'àrea, facilitant la nucleació i el creixement dels productes de transformació, afectant així la posició i la forma de la corba C.

 

Temperatura d'austenització i temps de retenció:Les temperatures d'austenitització més altes i els temps de retenció més llargs donen lloc a grans austenítics més gruixuts, desplaçant la corba C més cap a la dreta.

 

 

III Corba de transformació de refrigeració contínua d'austenita superrefrigerada

 

▲ Corba de transformació de refrigeració contínua d'austenita supercoolada

 

▲ Els paràmetres corresponents a cada lletra

 

La corba de transformació de refrigeració contínua (corba CCT) és una eina important que s'utilitza per descriure el procés de transformació de fase de l'austenita superrefrigerada en condicions de refrigeració contínua. Reflecteix els patrons de transformació de l'austenita superrefrigerada a diferents velocitats de refredament i serveix de base per analitzar la microestructura i el rendiment dels productes de transformació. També és un referent essencial per a la formulació de processos de tractament tèrmic.

 

Definició i significat de la corba CCT

La corba CCT, o corba de transformació de refrigeració contínua, registra les temperatures inicials i finals i els moments en què l'austenita superrefrigerada es transforma en diferents fases (com ara perlita, bainita, martensita, etc.) a diferents velocitats de refrigeració. Aquesta corba és significativa per entendre el procés de transformació de fase de l'acer, optimitzar els processos de tractament tèrmic i predir les propietats dels components d'acer.

 

Mètode de determinació de la corba CCT

El mètode per determinar la corba CCT sol incloure els passos següents:

 

Preparació de la mostra:Seleccioneu mostres d'acer representatives i sotmeteu-les a un tractament d'austenització per assegurar-vos que totes les mostres tinguin la mateixa microestructura inicial abans de la mesura.

 

Refrigeració contínua:Refredar contínuament les mostres austenitzades a diferents velocitats constants mentre es registren les dades de temperatura i temps durant el procés de refredament.

 

Anàlisi del producte de transformació:Durant o després del refredament, determinar el tipus i la quantitat de productes de transformació mitjançant anàlisi metal·logràfica o altres mètodes.

 

Traçat de corbes:Traceu la temperatura inicial i final i les dades de temps per a transformacions a diferents velocitats de refredament en un gràfic de coordenades "temperatura-temps logarítmica" per formar la corba CCT.

 

Característiques de la Corba CCT

Regions de transformació:La corba CCT generalment inclou regions per a la transformació de perlita, transformació de bainita (per a certs acers) i transformació de martensita. Aquestes regions corresponen als processos de transformació de fase que es produeixen a diferents velocitats de refredament.

 

Taxes de refrigeració crítiques:Dins de la corba CCT existeixen dues velocitats de refrigeració crítiques importants: la velocitat de refrigeració crítica superior (Vk) i la velocitat de refrigeració crítica inferior (Vk'). La velocitat de refrigeració crítica superior és la velocitat mínima necessària per garantir que l'austenita no es descompongui durant el refredament continu i que estigui totalment sobrerefridada a la regió de la martensita. La velocitat de refrigeració crítica més baixa és la velocitat màxima que garanteix que l'austenita es descompongui completament sense patir transformació martensítica durant el refredament continu.

 

Complexitat de la transformació:La transformació de refrigeració contínua és més complexa que la transformació isotèrmica. Atès que el procés de refredament continu passa per diverses regions de temperatura de transformació seqüencialment, es poden produir múltiples transformacions en seqüència i diferents velocitats de refredament poden donar lloc a diferents productes de transformació i quantitats relatives.

 

Aplicacions de la Corba CCT

Formulació del procés de tractament tèrmic:La corba CCT pot proporcionar informació sobre els productes de transformació i els canvis de rendiment de l'acer a diferents velocitats de refrigeració, permetent la formulació de paràmetres de tractament tèrmic raonables, com ara la temperatura de calefacció, el temps de retenció i la velocitat de refrigeració.

 

Predicció de rendiment:La corba CCT es pot utilitzar per predir les propietats dels components d'acer en condicions específiques de tractament tèrmic, com ara duresa, resistència i tenacitat.

 

Selecció de material:Durant la selecció de materials, es poden comparar les corbes CCT de diferents materials per avaluar el seu rendiment del tractament tèrmic i les aplicacions potencials.

 

 

IV Tipus de transformació de refrigeració

 

▲ Diferents transformacions per sota de la temperatura A

 

▲ Diferents transformacions per sota de la temperatura A

 

Les transformacions de refrigeració de l'acer inclouen principalment la transformació de perlita, la transformació de bainita i la transformació de martensita.

 

Transformació de perlita:Aquesta transformació de difusió a alta temperatura es completa mitjançant processos de nucleació i creixement. La morfologia de la perlita canvia amb la disminució de la temperatura de formació; l'espai interlamel·lar disminueix i la força i la duresa augmenten mantenint una bona ductilitat i duresa.

 

Transformació de la bainita:Es produeix en el rang de temperatura mitjana, la transformació de bainita és una transformació de semidifusió. La bainita existeix en diverses formes, com la bainita superior i la bainita inferior, i les seves propietats es troben entre les de la perlita i la martensita.

 

Transformació de martensita:Aquesta transformació a baixa temperatura i sense difusió resulta en martensita caracteritzada per una gran duresa i resistència, però una ductilitat i tenacitat més baixes. La martensita pot ser semblant a llistons o plaques, corresponents als acers de baix carboni i d'alt carboni, respectivament.

 

 

V Relació entre la transformació de refredament continu i la transformació isotèrmica

 

▲ Comparació de la corba de transformació de refrigeració isotèrmica de l'acer eutectoide i l'estructura de transformació

 

Relació

Tant la transformació de refrigeració contínua com la transformació isotèrmica són mètodes importants de transformació en fase d'austenita en el tractament tèrmic. Són crucials per entendre el comportament de transformació de fase dels materials, formular processos de tractament tèrmic i predir les propietats dels materials. En determinats casos, el procés de transformació de refrigeració contínua es pot analitzar aproximadament mitjançant el diagrama de transformació isotèrmica (corba C) a causa de la relativa dificultat per determinar el diagrama de transformació de refrigeració contínua.

 

Diferències

Condicions de transformació:La transformació de refrigeració contínua es produeix en condicions de temperatura que canvien contínuament, mentre que la transformació isotèrmica té lloc a una temperatura constant específica.

 

Procés de transformació:Durant el refredament continu, l'austenita superenfriada completa la seva transformació de fase dins d'un rang de temperatura, donant lloc a una transformació desigual. La microestructura transformada inicialment pot ser més gruixuda, mentre que la microestructura transformada posteriorment pot ser més fina, sovint conduint a una barreja de diverses microestructures. La transformació isotèrmica, d'altra banda, es produeix en condicions de temperatura constant, donant lloc a una transformació de fase relativament uniforme.

 

Productes de transformació:A causa de les diferents condicions de transformació, els tipus i proporcions dels productes de transformació obtinguts dels dos mètodes poden variar. Per exemple, en l'acer eutectoide, el refredament continu pot donar lloc només a una transformació perlítica sense bainita, mentre que les condicions de transformació isotèrmica poden produir una varietat més rica de productes de transformació de fase.

 

Aplicacions i selecció

En la producció pràctica, l'elecció entre la transformació de refrigeració contínua i la transformació isotèrmica depèn de la composició química del material específic, la microestructura i els efectes desitjats del tractament tèrmic i els requisits de rendiment. La transformació de refrigeració contínua s'utilitza normalment en la producció a gran escala i el processament continu a causa de la seva senzillesa i menor cost. En canvi, la transformació isotèrmica és més adequada per a escenaris que requereixen un control precís sobre el procés de transformació de fases i els tipus de producte, com ara la preparació de materials de gamma alta i la producció de peces amb requisits especials de rendiment.

 

 

VI. Factors que influeixen en la transformació de la refrigeració

 

Composició d'austenita

El contingut de carboni i els elements d'aliatge afecten l'estabilitat i el procés de transformació de l'austenita. Per exemple, l'augment del contingut de carboni desplaça la corba C cap a la dreta, i els elements d'aliatge (excepte Co i Al) dissolts en austenita milloren la seva estabilitat i alteren la forma de la corba C.

 

Microestructura d'austenita

Els grans d'austenita més fins, amb més límits de gra per unitat de superfície, faciliten la nucleació i el creixement dels productes de transformació.

 

Tensió i deformació plàstica

L'austenita superrefrigerada sota esforç de tracció accelera la transformació, mentre que la tensió de compressió té l'efecte contrari. La deformació plàstica també accelera la transformació de l'austenita.

 

 

VII. Aplicacions de la transformació per refrigeració

 

Entendre la transformació de refrigeració de l'acer és crucial per formular processos de tractament tèrmic. Controlant el mètode i la velocitat de refrigeració, es pot produir acer amb diferents microestructures i propietats per satisfer diversos requisits. Per exemple, el procés d'extinció refreda ràpidament l'acer per formar una estructura martensítica, augmentant així la duresa i la resistència; el procés de temperat implica escalfar i mantenir després de l'extinció per alleujar les tensions internes i millorar la tenacitat.

 

La transformació per refrigeració de l'acer és un aspecte crític del procés de tractament tèrmic, influenciat per nombrosos i complexos factors. En aplicacions pràctiques, seleccionar el mètode i la velocitat de refrigeració adequats en funció de condicions específiques és necessari per aconseguir la microestructura i les propietats desitjades.