Processo de tratamento térmico de aço 45# – fornecendo soluções de tubulação

o que é 45# aço?

aço 45# é um aço estrutural de médio carbono que suporta bem o frio e o calor, tem boas propriedades mecânicas, é barato e está disponível em muitas fontes. Portanto, é frequentemente usado. Sua maior fraqueza é a baixa temperabilidade. Não é adequado para peças com grandes dimensões transversais e altos requisitos. A temperatura de têmpera do aço 45# é A₃ + (30-50) ℃, e na operação prática, o limite superior é geralmente usado. A temperatura de têmpera mais alta pode acelerar a velocidade de aquecimento da peça de trabalho, reduzir a oxidação da superfície e melhorar a eficiência do trabalho. Para homogeneizar a austenita da peça, é necessário tempo de isolamento suficiente.

1. Compensar

A têmpera e o revenido são um processo duplo de tratamento térmico de têmpera e revenido em alta temperatura, que visa garantir que a peça de trabalho tenha boas propriedades mecânicas abrangentes. Para alcançar um bom desempenho geral das peças temperadas e revenidas, o teor de carbono é geralmente controlado entre 0,30% e 0,50%. Durante a têmpera, revenimento e têmpera, toda a seção da peça deve ser completamente temperada para que a peça possa obter uma microestrutura dominada por martensita temperada com agulha fina. O revenido em alta temperatura produz uma microestrutura que consiste principalmente em sorbitol uniformemente temperado.
O que é extinção?
A têmpera envolve o aquecimento de uma peça a uma temperatura acima do ponto AC.₃ ou CA₁ e segure-o por um determinado período de tempo. Em seguida, o processo de tratamento térmico para obter uma estrutura de martensita ou (e) bainita por resfriamento rápido a uma taxa apropriada.
Objetivo: Obter estrutura de martensita ou bainita inferior, melhorar a resistência e a dureza para obter as propriedades necessárias após o revenido em diferentes temperaturas.
(1) Temperatura de têmpera
A temperatura de têmpera é determinada principalmente com base no ponto crítico do aço em Fe – Fe.₃Diagrama de fase C. Temperatura de têmpera do aço hipoeutetóide: 30°C-50°C acima de AC₃ para austenitizar completamente o aço e manter toda a estrutura martensítica após a têmpera. Temperatura de têmpera de aço eutetóide e hipereutetóide: 30°C -50°C acima de AC₁ obter austenita e cementita secundária parcial e, após têmpera, obter uma estrutura martensita (aço eutetóide) ou martensita mais cementita (aço hipereutetóide).
(2) Resfriamento de têmpera
Para obter uma estrutura de martensita durante a têmpera e o resfriamento, a austenita deve ser resfriada a uma taxa de resfriamento crítica maior que a da martensita. O resfriamento rápido cria grandes tensões de têmpera que causam deformação e rachaduras nas peças de aço. Portanto, o problema mais importante na têmpera é obter a estrutura martensítica, reduzir a deformação e prevenir fissuras.
Meios de resfriamento comumente usados: Atualmente, água e óleo são os meios de resfriamento mais comumente usados ​​para têmpera. Muitos meios de resfriamento são usados ​​na produção real e até agora não foi encontrado nenhum meio que possa atender totalmente aos requisitos da taxa de resfriamento de têmpera ideal. A água tem forte capacidade de resfriamento e é o meio de resfriamento mais adequado para têmpera de aço carbono com menor estabilidade de austenita. A capacidade de resfriamento do óleo é menor que a da água. Portanto, o uso de óleo como meio de resfriamento na produção só é adequado para têmpera de ligas de aço com alta estabilidade de austenita super-resfriada.
(3) Método de resfriamento de têmpera

• ① A têmpera de meio único é um método de têmpera que usa um meio de têmpera para resfriar até a temperatura ambiente. A vantagem deste método de têmpera é que ele é fácil de usar e adequado para Aço carbono e peças de liga de aço com formas simples. Peças de aço carbono com formatos simples e tamanhos maiores geralmente são temperadas com água, enquanto pequenas peças de aço carbono e ligas de aço geralmente são temperadas com óleo. A desvantagem é que, para peças grandes e/ou de formato complexo, a têmpera em água tem uma alta tendência a deformar-se e rachar, enquanto a têmpera em óleo tem uma taxa de resfriamento lenta e não endurece.
• ② Na têmpera de meio duplo, a peça é imersa em um meio com forte capacidade de resfriamento após a austenitização e, em seguida, transferida para um meio com fraca capacidade de resfriamento imediatamente antes da estrutura sofrer transformação martensítica. Geralmente, a têmpera com dois meios “água/óleo” e “água/ar” é usada. Este método pode efetivamente reduzir o estresse térmico e o estresse de mudança de fase, reduzir a tendência da peça de trabalho a se deformar e rachar e pode ser usado para têmpera de peças de trabalho com formas complexas e seção transversal irregular. Porém, durante a operação, o tempo de permanência da peça na água deve ser rigorosamente controlado e os operadores devem ter ampla experiência e conhecimento.

2. Têmpera e revenido de aço 45#

O aço 45# é um aço estrutural de médio carbono que suporta bem o frio e o calor, tem boas propriedades mecânicas, é barato e está disponível em muitas fontes. Portanto, é frequentemente usado. Sua maior fraqueza é a baixa temperabilidade. Não é adequado para peças com grandes dimensões transversais e altos requisitos.
A temperatura de têmpera do aço nº 45 é de cerca de 820-840 graus Celsius, que geralmente é usada como limite superior no uso prático. Uma temperatura de têmpera mais alta pode acelerar a taxa de aquecimento da peça e reduzir a oxidação da superfície. Para homogeneizar a austenita da peça, é necessário um tempo de isolamento suficiente, geralmente 1 min/mm. Se a carga real do forno for grande, o tempo de isolamento deverá ser prolongado em conformidade. Caso contrário, poderá ocorrer dureza insuficiente devido ao aquecimento desigual. Porém, se o tempo de isolamento for muito longo, também podem ocorrer desvantagens de grãos grossos e descarbonetação por oxidação severa, afetando a qualidade da têmpera. Acreditamos que com uma grande capacidade de carga, o tempo de aquecimento e isolamento necessita ser aumentado em 1/5.
Devido à baixa temperabilidade do aço 45#, deve-se utilizar uma solução salina a 10% com alta taxa de resfriamento. O aço 45# tende a produzir pontos fracos quando temperado. A temperatura da água deve estar abaixo de 30°C. Depois que a peça de trabalho estiver cheia de água, ela deve ser temperada, mas não resfriada. Se a peça de trabalho for resfriada em água salgada, ela poderá rachar. Isto ocorre porque à medida que a peça esfria até cerca de 180°C, a austenita rapidamente se transforma em martensita, resultando em tensão estrutural excessiva. Portanto, se a peça temperada esfriar rapidamente até esta faixa de temperatura, um método de resfriamento lento deverá ser usado. Devido à dificuldade de controlar a temperatura de saída, é necessário proceder com base na experiência. Se a peça de trabalho oscilar e parar na água, a saída pode ser resfriada com ar (o resfriamento do óleo é melhor, se possível). Além disso, quando imersa em água, a peça deve estar em movimento e não estática, e movimentos regulares devem ser feitos de acordo com a forma geométrica da peça. A combinação de meio de resfriamento estacionário e peça estacionária resulta em dureza e tensão irregulares, o que leva a deformações significativas e até mesmo à formação de rachaduras na peça.
A dureza das peças temperadas em aço 45# deve atingir HRC56-59, e a possibilidade de seção transversal grande é menor, mas não pode ser inferior a HRC48. Caso contrário, indica que a peça não foi totalmente temperada e a estrutura pode ter uma estrutura de sorbitol ou mesmo ferrite. Esta estrutura permanece na matriz através do revenido.

3. Temperamento

O revenimento é um processo de tratamento térmico no qual a peça é temperada e aquecida a uma temperatura abaixo de Ac.₁mantido por um certo tempo e depois resfriado à temperatura ambiente. O revenido permite que a peça atinja o desempenho necessário.
(1) Finalidade de têmpera
O aço raramente é usado diretamente após a têmpera porque a estrutura após a têmpera é martensita e austenita retida e há tensões internas. Embora a martensita tenha alta resistência e dureza, ela possui baixa plasticidade e alta fragilidade, e é facilmente deformada e rachada sob a ação de tensões internas. Além disso, a microestrutura é instável após a têmpera e pode se decompor lentamente à temperatura ambiente, resultando em alterações de volume e deformação da peça. Portanto, as peças temperadas devem ser temperadas antes do uso. O objetivo do revenido é: ① Reduzir ou eliminar tensões internas durante o têmpera; ② Organização estável, tamanho estável; ③ Reduza a fragilidade e obtenha as propriedades mecânicas necessárias.
(2) Mudanças estruturais e de propriedades durante o revenido
A transformação microestrutural do aço endurecido pode ser dividida em quatro fases: decomposição da martensita (abaixo de 200 °C) → decomposição da austenita retida (200-300 °C) → formação de cementita (250-400 °C) → agregação e crescimento de cementita (acima de 400 °C). À medida que a temperatura de revenido aumenta, a tensão interna durante o endurecimento diminui continuamente ou é eliminada, a dureza diminui gradualmente e a plasticidade e a tenacidade aumentam gradualmente.
(3) Processos comuns de controle de temperatura

• ① (Têmpera em baixa temperatura) (<250℃) A martensita revenida é obtida por revenimento em baixa temperatura. O objetivo é reduzir a tensão de têmpera e a fragilidade do aço. A martensita temperada possui alta dureza (geralmente 58-64 HRC), resistência e boa resistência ao desgaste. Portanto, o revenido a baixa temperatura é particularmente adequado para peças com alta dureza e resistência ao desgaste, como ferramentas de corte, ferramentas de medição, rolamentos, peças carburadas e têmpera superficial de alta frequência.
• ② (Têmpera em temperatura média) (250℃-500℃) A estrutura de martensita revenida é obtida após revenimento em temperatura média. O aço possui alto limite elástico, alta resistência e dureza (geralmente 35-50 HRC), boa plasticidade e tenacidade. O revenido de média temperatura é usado principalmente para vários componentes elásticos e moldes de trabalho a quente.
• ③ (Recozimento em alta temperatura) (> 500 °C) Após o recozimento em alta temperatura, a estrutura de sorbitol temperada é obtida. O processo combinado de tratamento térmico de têmpera da peça e recozimento em alta temperatura é chamado de têmpera e revenido. Após têmpera e revenido, o aço apresenta excelentes propriedades mecânicas abrangentes (geralmente a dureza é 220-230 HBS). O recozimento de alta temperatura é usado principalmente para peças importantes de máquinas, como virabrequins, bielas, parafusos, semi-eixos de automóveis, fusos de máquinas-ferramenta e engrenagens feitas de aço macio de médio carbono ou aço estrutural de baixa liga.

4. Revenimento do aço 45# após têmpera

(1) A temperatura de aquecimento é geralmente 200°C e o requisito de dureza é HRC44-48. O metalógrafo temperado a 200 °C é martensita revenida. Se o desenho tiver requisitos de dureza, a temperatura de revenido deve ser ajustada de acordo com os requisitos do desenho para garantir a dureza. O tempo de isolamento de revenido depende dos requisitos de dureza e do tamanho da peça de trabalho. Acreditamos que a dureza após o revenido depende da temperatura de revenido e tem pouco a ver com o tempo de revenido, mas precisa ser reduzida. Geralmente, o tempo de isolamento de revenido da peça é sempre superior a uma hora.
(2) Existem duas razões principais para a dureza insuficiente do aço 45# após a têmpera:

• ① A temperatura de aquecimento do aço 45# é muito baixa ou o tempo de isolamento é insuficiente. Neste estado, o teor de carbono e elementos de liga da austenita na estrutura é insuficiente, e mesmo perlita não transformada ou ferrita não dissolvida estão presentes na estrutura, fazendo com que a dureza do aço 45# não seja alcançada após a têmpera.
• ② A temperatura de aquecimento do aço 45# é muito alta ou o tempo de isolamento é muito longo, o que causará descarbonetação na superfície do aço 45#, resultando em redução da dureza.

Conclusão: 1. As condições de têmpera afetam a microestrutura e as propriedades da amostra. 2. A temperatura de revenido afeta a microestrutura e as propriedades da amostra. 3. O elemento carbono afeta a estrutura e as propriedades da amostra.
O aço 45# é amplamente utilizado na fabricação mecânica e possui excelentes propriedades mecânicas. O tratamento térmico pode melhorar as propriedades mecânicas, eliminar tensões residuais e melhorar a usinabilidade do aço 45#. No entanto, a seleção e o manuseio incorretos das temperaturas de têmpera, aquecimento e revenido podem levar a erros no tratamento térmico. Ao estudar a influência de diferentes processos de tratamento térmico na microestrutura e propriedades do aço 45#, são comparadas a microestrutura e as propriedades mecânicas do aço 45# sob diferentes condições de tratamento térmico, os fatores e padrões de influência da microestrutura e propriedades mecânicas do 45# os aços são identificados e a dureza, a resistência ao desgaste e outras propriedades são testadas e analisadas após o tratamento térmico. Finalmente, é determinado o processo de tratamento térmico ideal para a produção de várias peças de aço 45#.

Base para seleção de tópicos

O aço 45# é um aço estrutural de carbono de alta qualidade com dureza relativamente baixa e fácil usinagem. Além de ser utilizado como molde de molde, o aço 45# também pode ser utilizado para produzir peças com requisitos de alta resistência, como virabrequins, eixos, pinos de pistão e gabaritos, por isso é amplamente utilizado. Para atingir as propriedades mecânicas, físicas e químicas exigidas das ferramentas de aço 45#, os processos de tratamento térmico são muitas vezes indispensáveis, além da seleção razoável de materiais e vários processos de conformação. Isto não altera a aparência do aço 45# e seu potencial pode ser totalmente explorado através do tratamento térmico, dotando-o assim de diversas propriedades especiais necessárias para melhorar a qualidade do aço 45#, prolongar sua vida útil e garantir a operação segura e confiável da máquina. . A têmpera subcrítica como um processo de fortalecimento e endurecimento para o aço 45# está se desenvolvendo rapidamente tanto no mercado interno quanto no internacional. Por um lado, pode melhorar o efeito de reforço e endurecimento do aço 45#, impedir a propagação de fissuras, melhorar a distribuição de impurezas nocivas e melhorar as propriedades mecânicas abrangentes do aço 45#; Por outro lado, a temperatura de aquecimento mais baixa pode reduzir os custos de aquecimento e melhorar o uso de energia. Embora o tratamento térmico possa melhorar as propriedades mecânicas, eliminar tensões residuais e melhorar a usinabilidade do aço 45#, a seleção e o gerenciamento incorretos das temperaturas de têmpera, aquecimento e revenido podem levar a erros de tratamento térmico, tornando o aço 45# inutilizável ou sucateado, o que leva a perdas econômicas. Se os defeitos do tratamento térmico não puderem ser detectados a tempo, o uso de produtos de aço 45# com defeitos pode causar acidentes graves. Este artigo estuda os efeitos de diferentes processos de tratamento térmico na microestrutura e propriedades do aço 45#, compara a microestrutura e as propriedades mecânicas do aço 45# sob diferentes condições de tratamento térmico, identifica os fatores que influenciam e as leis da microestrutura e propriedades mecânicas do 45 # Aço e testa e analisa a dureza, resistência ao desgaste e outras propriedades após tratamento térmico. Finalmente, é determinado o processo de tratamento térmico ideal para a produção de várias peças de aço 45#.

Materiais e equipamentos experimentais

1. Equipamento experimental

(1) Forno de tratamento térmico:

• Forno de resistência em forma de caixa;
• Testador de dureza Rockwell HR-1500 (escala C de dureza Rockwell);
• Microscópio metalográfico e sistema de fotografia digital, polidora e lixa metalográfica;
• Máquina de polimento e líquido de polimento.

(2) Corrosivos, álcool, vidraria, algodão, papel de filtro, etc.;

2. Materiais experimentais

Amostra: diâmetro φ10mm, 15mm de altura, aço 45#, pequena amostra cilíndrica feita de aço T8.

Processo experimental

O tratamento térmico (têmpera e revenido a 560 °C), medição de dureza e observação e análise microestrutural de amostras de aço 45# foram realizados utilizando um forno de resistência tipo caixa, um durômetro Rockwell e um microscópio metalográfico. O objetivo deste experimento é obter martensita, que deve ser temperada e revenida para obter boas propriedades e estruturas qualificadas.

1. Tratamento térmico da amostra

(1) Têmpera
① Temperatura de aquecimento
De acordo com o objetivo do tratamento térmico neste experimento, a temperatura de têmpera foi fixada em 840 °C.
② Tempo de isolamento
O diâmetro desta amostra de aço 45# é φCilindro pequeno de 10 mm, com pouca diferença de altura e diâmetro.
③ Refrigerante
A partir da curva de transformação de resfriamento contínuo do aço 45#, pode-se observar que a taxa crítica de resfriamento do aço carbono é muito alta. Água com alta capacidade de resfriamento (ver Tabela 1 para o diâmetro de resfriamento do meio de resfriamento usual) deve ser escolhida como meio de resfriamento para evitar a intersecção da curva de resfriamento e da curva C e para obter uma estrutura de sorbitol. O diâmetro crítico de têmpera do aço 45 foi determinado conforme mostrado na Tabela 1. A escolha de água como meio de resfriamento de têmpera pode garantir que uma amostra cilíndrica com um diâmetro de φ10 mm seja temperada.
Tabela 1 Diâmetro de resfriamento dos meios de resfriamento comumente usados

Procedimento específico: Colocar a amostra sobre o tijolo refratário na zona de temperatura constante do forno de resistência de caixa, ajustar a temperatura de aquecimento, iniciar a cronometragem, quando o termômetro mostrar 840°C, manter a temperatura por 20 minutos, retirar a amostra com a pinça , adicione-o rapidamente ao recipiente de água fria e mexa vigorosamente para permitir que a amostra seja completamente temperada.

(2) Temperamento

① A temperatura de aquecimento inicial necessária para o experimento de temperatura de aquecimento é de 560°C (revenido a uma alta temperatura de 500-650°C para obter uma estrutura de sorbitol revenida).
② Ar refrigerante para resfriamento a ar.
Operação específica: Coloque a amostra temperada na pederneira na zona de temperatura constante do forno de resistência de caixa quente de 560°C com temperatura definida e comece a cronometrar após a temperatura do forno se estabilizar. Após segurar por 30 minutos, prenda a amostra com uma pinça e coloque-a sobre a estrutura refratária preparada para esfriar até a temperatura ambiente.

2. Medição da dureza da amostra

Moa a amostra, resfriada até quase a temperatura ambiente, em um moedor de bancada para remover a camada de óxido da superfície. Lixe a superfície da amostra com uma lixa de grão 360 e, em seguida, faça o polimento sequencialmente com uma lixa de grão 400, grão 600, grão 800, grão 1000, grão 1200 e grão 1500. Em seguida, coloque a amostra no palco do testador de dureza Rockwell e meça a dureza da amostra usando a escala de dureza Rockwell C (a cabeça do penetrador do testador de dureza é feita de diamante, a faixa é 20-70 HRC, a carga de carga é 150kg). Pegue quatro pontos em locais diferentes da amostra, o primeiro ponto não está incluído nos dados, mas os últimos três pontos estão incluídos nos dados. Se os valores de dureza dos três pontos não diferirem significativamente, isso indica um arranjo relativamente uniforme. Por fim, calcule a média das três medições.

3. Observação microscópica e registo fotográfico

(1) Preparação da amostra

• ① Polir as amostras. Use um conjunto de lixa metalográfica (incluindo 360#, 400#, 600#, 800#, 1000#, 1200# e 1500#) para primeiro polir grosseiramente e depois polir finamente a placa de vidro, uma por uma. Certifique-se de alterar a direção do polimento em 90° ao substituir por uma lixa mais fina para observar a eliminação das marcas originais do lixamento. Por fim, faça o polimento da amostra na polidora, tomando cuidado para segurar a amostra de maneira uniforme e não com força excessiva.
• ② Polir as amostras. A amostra é finamente polida em uma máquina de polimento de amostras metalográficas para obter um acabamento superficial espelhado.
• ③ Exibição de microestrutura. Quando a amostra polida é vista diretamente sob o microscópio, não deve haver essencialmente marcas de moagem ou buracos, e os limites dos grãos, várias fases e estruturas não podem ser observados. O método de ataque químico é usado neste experimento. A solução de ataque (álcool nítrico a 4%) e o álcool puro são despejados em uma jarra de vidro, o algodão é preso com uma pinça de bambu e a superfície da amostra é esfregada com a solução de ataque. Se o espelho de luz for branco-acinzentado claro, enxágue imediatamente com água.

(2) Observação e registro da microestrutura
Observe o tecido da amostra preparada ao microscópio em diferentes ampliações de 40-400 e experimente o efeito de diferentes ampliações na observação do tecido. Selecione a ampliação apropriada (200x, 400x) e use um sistema de fotografia digital para fotografar digitalmente a amostra de aço 45#.

Resultados experimentais e análises

1. Análise de dureza e microestrutura da amostra

(1) Método de processamento: Sem processamento

Análise estrutural: Ferrita e perlita, porém com granulometria menor e maior dureza em relação aos grãos recozidos.

Figura 1 amostra original de aço 200 × 45#

Figura 2: Amostra original feita de aço 400 × 45#
(2) Método de tratamento: têmpera de 840 ℃

Análise estrutural: martensita endurecida por agulha e austenita retida.

Figura 3: Aço temperado 200 × 45#

Figura 4: Aço temperado 400 × 45#
(3) Método de processamento: têmpera e revenimento de 560 ℃

Análise estrutural: mistura de ferrita e cementita grossa – sorbitol endurecido. O sorbitol endurecido aparece sob um microscópio óptico como partículas de cristal relativamente grosseiras nas quais partículas finas e uniformes e pequenos carbonetos esféricos estão dispersos. Pode-se observar na figura que a amostra tem um bom efeito de ataque e as partículas de cementita podem ser claramente exibidas.

Fig.5 Aço temperado 200 × 45#

Figura.6 Aço 400 × 45# endurecido
A dureza da amostra foi medida em 28 HRC. Com base na dureza e na morfologia da microestrutura, pode-se determinar que se formou sorbitol endurecido. Portanto, o método de tratamento térmico desenvolvido no experimento pode atingir a microestrutura necessária, e os valores experimentais de dureza também estão de acordo com o manual.

2. Dados de teste de dureza

Tabela 2: Dureza do aço 45# em vários estados

Unidade de dureza: HRC

Tabela 3: Dureza do aço T8 em diferentes estados

Unidade de dureza: HRC

3. O efeito da têmpera no desempenho da amostra

(1) A influência da temperatura de têmpera
A temperatura de têmpera do aço 45# deve ser 30-50°C acima de Ac₃e 840°C é escolhido como a temperatura de têmpera para obter grãos de austenita finos e uniformes, e após a têmpera, uma estrutura fina de martensita pode ser obtida. Se a temperatura estiver muito alta acima de Ac₃como 1000 ℃, o grão de austenita torna-se mais grosso. Após a têmpera, a martensita torna-se mais grosseira, a fragilidade aumenta e a dureza diminui. A dureza da martensita de granulação grossa é maior do que a da martensita de granulação fina. Quando aquecido na zona bifásica entre Ac₁ e Ac₃por exemplo, após têmpera a 770°C, a martensita de alta dureza se mistura com a ferrita de baixa dureza, resultando em dureza insuficiente (ver Tabela 3) e propriedades mecânicas reduzidas.
(2) A influência do meio de têmpera
Os meios de extinção comumente usados ​​e seu desempenho de resfriamento estão listados na Tabela 3. Conforme mostrado pelos meios de têmpera comumente usados ​​e seu desempenho de resfriamento, pode-se observar que a água tem um ótimo desempenho de resfriamento. No entanto, se a taxa de resfriamento na zona de baixa temperatura for muito rápida, a peça estará propensa a resfriar e rachar. Além disso, o desempenho de resfriamento da água é sensível às mudanças de temperatura e, à medida que a temperatura da água aumenta, o desempenho de resfriamento diminui drasticamente. A velocidade de resfriamento do óleo é menor que a da água durante todo o processo, e a velocidade de resfriamento é adequada na zona de baixa temperatura, mas o desempenho de resfriamento é muito baixo na zona de alta temperatura.

Tabela 4 Meios de extinção comuns e seu desempenho de resfriamento

A taxa crítica de resfriamento do aço carbono é alta. Em geral, um meio de têmpera com alta capacidade de resfriamento, como a água, pode ser utilizado para manter a microestrutura da martensita. Quando o óleo é escolhido como meio de têmpera, a curva de resfriamento cruza a “ponta do nariz” da curva CCT devido à sua baixa taxa de resfriamento, e uma pequena parte da estrutura da troostita é preservada durante o processo de transformação. Como a troostita nuclea ao longo do limite de grão original da austenita e forma uma estrutura de rede, a microestrutura da rede de troostita e da martensita é obtida à temperatura ambiente, o que reduz a resistência e reduz significativamente a dureza (ver Tabela 4. Diferentes temperaturas de revenido e valores de dureza medidos De aço 45#).

4. Influência do controle de temperatura na amostra

(1) O efeito da temperatura de revenido na estrutura do aço 45#
A estrutura do aço à temperatura ambiente após a têmpera consiste em martensita e austenita retida, ambas fases metaestáveis. Após o aquecimento, a capacidade de difusão atômica é aumentada e ocorre uma transformação espontânea na fase estável ferrita e cementita. À medida que a temperatura de revenimento aumenta, a transformação pode ser dividida aproximadamente em cinco fases: ① segregação de átomos de carbono na martensita; ② decomposição da martensita; ③ Conversão de austenita retida; ④ Conversão de carbonetos; ⑤ Agregação e crescimento de carbonetos, recuperação e recristalização da fase α.
O aço 45# é temperado a uma baixa temperatura de 150-350°C para obter uma estrutura de martensita temperada. A martensita temperada mostra uma estrutura lamelar listrada escura ao microscópio óptico. Após o revenido a baixa temperatura, apenas os átomos de carbono são separados, o que não é muito diferente da martensita temperada, mas a martensita temperada é mais suscetível à corrosão do que a martensita temperada, portanto a microestrutura é mais escura que a martensita temperada.
Após revenido a uma temperatura moderada de 350–500 °C, obtém-se uma estrutura de troostita revenida. Quando a martensita decai e os átomos de carbono precipitam a cementita em uma solução sólida supersaturada, a cementita se agrega, cresce e forma esférulas em forma de faixa α. Uma distribuição de cementita de granulação fina pode ser vista na superfície, mas é difícil de ver sob um microscópio óptico.
O recozimento a uma alta temperatura de 500-650 °C cria uma estrutura temperada de sorbitol. Neste ponto, ocorre a recristalização da fase α, na qual a ferrita acicular é gradualmente substituída pela ferrita equiaxial da fase α. Sua microestrutura é uma estrutura composta de cementita de granulação fina e ferrita equiaxial, e as partículas de cementita podem ser distinguidas ao microscópio óptico.
Quando o aço 45# é temperado entre 650°C e A₁A cementita granular torna-se significativamente mais grossa, criando uma estrutura perlita granular.

(2) A influência da temperatura de revenido na dureza e resistência do aço 45#

Tabela 5: Várias temperaturas de revenido e valores de dureza medidos do aço 45#

A Tabela 4 (Diferentes temperaturas de revenido e valores de dureza medidos) mostra que a dureza de revenido do aço temperado diminui à medida que a temperatura de revenido aumenta. Quando o aço 45# é temperado abaixo de 200°C, a dureza diminui lentamente. Isto se deve à precipitação de um grande número de ε-carbonetos da solução α-sólida, o que aumenta a resistência à deformação plástica e retarda a perda de dureza. Quando revenido a 200–300 °C, a dureza diminui lentamente devido à decomposição da austenita retida em martensita revenida. Quando revenido acima de 300 °C, o ε-carboneto se transforma em cementita, danos à coerência e agregados e crescimento de cementita ocorrem, fazendo com que a dureza diminua rapidamente.

(3) Usando o aço 45# e o aço T8 como exemplos, analise o efeito do teor de carbono na temperabilidade do aço.

Tabela 6: Dureza do aço 45# e aço T8

A temperabilidade refere-se à maior dureza que o aço pode atingir após a têmpera e está principalmente relacionada ao teor de carbono do aço. Neste experimento, o aço 45# e o aço T8 obtiveram uma estrutura martensítica fina após têmpera normal e seus valores de dureza foram 53 HRC e 62,5 HRC, respectivamente. Uma comparação destes dois dados mostra que a temperabilidade aumenta à medida que o teor de carbono do aço aumenta. Como a estrutura obtida pela têmpera do aço é a martensita, a dureza da martensita depende principalmente do teor de carbono. À medida que o teor de carbono aumenta, a dureza da martensita aumenta, principalmente devido ao efeito reforçador do carbono como solução sólida. Além disso, à medida que o teor de carbono aumenta, os pontos de transformação Ms e Mf da martensita diminuem, o que promove a ocorrência do fenômeno de autoendurecimento e leva à precipitação de carbonetos, o que provoca o endurecimento por envelhecimento. Portanto, aumentar o teor de carbono do aço pode melhorar a sua temperabilidade.

Diploma

Com base nos experimentos realizados e seus resultados, podem-se tirar as seguintes conclusões:

• 1. As condições de têmpera afetam a microestrutura e as propriedades da amostra. Com uma temperatura de têmpera e taxa de resfriamento adequadas (selecione um meio de resfriamento eficaz), é criada uma estrutura fina de martensita que, após o revenido, apresenta alta resistência, boa plasticidade e boas propriedades mecânicas. Em baixas temperaturas de têmpera, ocorre uma têmpera incompleta. A estrutura é feita de martensita + ferrita, com baixa resistência, baixa dureza e baixas propriedades mecânicas. Em altas temperaturas de têmpera, forma-se austenita de granulação grossa. Devido à herança da estrutura, a martensita de granulação grossa é formada após a têmpera. A taxa de resfriamento é muito alta, resultando em enormes tensões internas e na possibilidade de têmpera e trincas. Se a taxa de resfriamento for muito baixa, a martensita formada fica incompleta e forma-se perlita (perlita, sorbitol, troostita).
• 2. A temperatura de revenimento afeta a microestrutura e as propriedades da amostra. De acordo com a temperatura de revenido, pode ser diferenciado em revenido de baixa temperatura, revenido de média temperatura e revenido de alta temperatura (diferentes tipos de aço correspondem a diferentes temperaturas e, em geral, quanto mais elementos de liga, maior a temperatura). Produção de martensita temperada, troostita temperada e sorbitol temperado. A martensita temperada tem o menor tamanho de grão e a maior dureza e resistência; Os grãos de troostita temperada ficam entre os dois, com dureza e resistência moderadas, e os dados indicam que possuem excelente elasticidade; O macarrão plano feito de sorbitol temperado é o mais espesso, tem a menor resistência e dureza, mas tem maior tenacidade plástica.
• 3. O elemento carbono afeta a estrutura e as propriedades da amostra. Os átomos de carbono podem desempenhar um papel no fortalecimento da solução sólida. Ao formar a martensita, quanto maior a resistência e a dureza da matriz, menos facilmente a martensita se forma, diminuindo assim o ponto Ms. Ao mesmo tempo, a resistência e a dureza da estrutura temperada final aumentam devido ao fortalecimento da solução sólida.