Principio de tratamiento térmico
Transformación del acero durante el calentamiento.
Curva C
La curva C es una herramienta utilizada para analizar la transformación de la microestructura del acero al carbono durante el enfriamiento después del calentamiento para formar austenita.
Existen dos métodos para enfriar el acero en el proceso de tratamiento térmico:
- Transformación por enfriamiento isotérmico: este proceso implica enfriar el acero, que se ha calentado para formar austenita, a una temperatura específica por debajo de la línea A1 a un ritmo relativamente rápido y luego aislarlo para permitir que la austenita experimente una transformación estructural a una temperatura constante.
- Transición de enfriamiento continuo: esto se refiere a la disminución continua de la temperatura que ocurre con el tiempo durante el proceso de enfriamiento.
En la producción práctica, el enfriamiento continuo es el método más utilizado.
1. Método de enfriamiento del acero durante el tratamiento térmico.
Curva de transformación isotérmica de austenita subenfriada a acero eutectoide
El. Transición de alta temperatura
La austenita en el acero eutectoide se enfría a una temperatura que oscila entre A1 y 550 °C, lo que da como resultado una estructura de perlita mediante el proceso de transformación isotérmica. Esta transformación de austenita en perlita es el resultado de la nucleación y crecimiento alternados de ferrita y cementita, como se ilustra en la Figura 3-7.
Formación de perlita
En primer lugar, el núcleo de los cristales de cementita se forma en el límite de grano de la austenita.
El contenido de carbono de la cementita es mayor que el de la austenita, lo que provoca la absorción de átomos de carbono de la austenita circundante.
Como resultado, el contenido de carbono de la austenita cercana se reduce, creando las condiciones para la formación de ferrita y convirtiendo esta parte de la austenita en ferrita.
La baja solubilidad en carbono de la ferrita significa que el exceso de carbono debe transferirse a la austenita adyacente a medida que crece, lo que hace que aumente el contenido de carbono de la región adyacente de la austenita y crea las condiciones para la formación de nueva cementita.
Mediante este proceso, la austenita finalmente se transforma completamente en una estructura de perlita con capas alternas de ferrita y cementita.
La formación de perlita requiere el movimiento de átomos de carbono, y la distancia del movimiento determina el ancho de las laminillas de perlita. A altas temperaturas, el movimiento de los átomos de carbono es más extenso, lo que da como resultado láminas de perlita más anchas.
Por otro lado, a bajas temperaturas, los átomos de carbono tienen dificultad para moverse y por tanto las laminillas de perlita son más densas. La microestructura transformada de 727°C a 650°C es perlita.
La estructura obtenida mediante transformación entre 650°C y 600°C se conoce como sorbita, también llamada perlita fina. La transformación entre 600°C y 550°C da como resultado la formación de troostita, también conocida como perlita muy fina.
Estos tres tipos de estructuras de perlita se diferencian únicamente por el espaciamiento laminar y no presentan diferencias fundamentales.
B. Transición de temperatura intermedia
Los productos de la transformación isotérmica de austenita a acero eutectoide, desde el subenfriamiento hasta un rango de temperatura de 550°C a 240°C, pertenecen a la estructura bainita. La bainita superior se forma en la parte superior de este rango de temperatura, mientras que la bainita inferior se obtiene en la parte inferior. La bainita inferior ha mejorado la dureza y la resistencia, así como una mejor plasticidad y tenacidad. Sin embargo, la bainita superior no tiene aplicaciones prácticas.
w. Transición de baja temperatura
Es un gran desafío para los átomos de carbono de la austenita moverse por debajo de 240 °C.
La austenita sufre sólo una transformación isomórfica, cambiando de una estructura cúbica centrada en las caras (hierro y) a una estructura cúbica centrada en el cuerpo (hierro α).
Todos los átomos de carbono de la austenita original permanecen en la red cúbica centrada en el cuerpo, lo que da como resultado hierro α sobresaturado.
Esta solución sólida sobresaturada de carbono en hierro α se llama martensita.
austenita retenida
Cuando la austenita del acero eutectoide se enfría a 240°C (MS), comienza a transformarse en martensita.
A medida que la temperatura continúa bajando, la cantidad de martensita aumenta mientras que la austenita subenfriada disminuye.
Cuando la temperatura alcanza los -50°C (MF), la austenita subenfriada se ha transformado completamente en martensita.
Por tanto, la estructura entre MS y MF está formada por martensita y austenita retenida.
Debido a las variaciones en el contenido de carbono, la martensita se presenta en dos formas.
La martensita con alto contenido de carbono toma la forma de una aguja, conocida como martensita en forma de aguja.
La martensita baja en carbono, por otro lado, tiene forma de placa y se llama martensita en forma de placa.
| Tejido | Contenido de carbon (%) | Propiedades mecánicas | |||
| CDH | (Mpa) | DE ACUERDO j/ cm2 |
Ψ（%） | ||
| Bajo en carbon | 0,2 | 40~45 | 1500 | 60 | 20~30 |
| Alto contenido de carbono | 1.2 | 60~65 | 500 | 5 | 2~4 |
Tabla 4-5 Comparación de las propiedades del acero martensítico con bajo contenido de carbono 15MnVB y el acero 40Cr templado y revenido
| Grado de acero | 15MnVB40Cr |
| estado | Estado de enfriamiento y revenido de martensita baja en carbono. |
| CDH | 4338 |
| σ o.2 /MPa | 1133800 |
| σb /MPa | 13531000 |
| δ5 (%) | 12.69 |
| ϕ(%) | 5145 |
| a k /Jcm -2 | 9560 |
| a k (-50 ℃)/J.cm -2 | 70≤40 |
(2) Enfriamiento continuo
Fig. 3-9 Curva de transformación por enfriamiento del acero eutectoide
El. Enfriamiento del horno
Cuando la curva de enfriamiento cruza la línea inicial de transformación de perlita, comienza la transformación de austenita en perlita.
Una vez que la curva de enfriamiento cruza la línea final de la transición, la transformación se completa.
Como resultado de la transformación que se produce en la región perlítica, se forma una estructura perlítica.
B. Aire acondicionado
Como resultado de la rápida velocidad de enfriamiento, se produce una transformación en la región de la sorbita, produciendo ferrita como producto de transformación.
w. enfriamiento de aceite
La curva de enfriamiento solo se cruza con la línea inicial de la transformación de perlita (en la zona de transformación de troostita), pero no se cruza con la línea final.
Como resultado, sólo una parte de la austenita se transforma, dando como resultado la formación de troostita como producto de transformación. La porción restante de austenita se transforma en martensita al enfriarse hasta la línea MS.
Finalmente se obtiene una estructura mixta de martensita y troostita.
Se refiere al producto que ha sido enfriado en aceite.
d. Refrigeración por agua.
Debido a la rápida velocidad de enfriamiento, la curva de enfriamiento no se cruza con la línea inicial de transformación de perlita.
Cuando se enfría por debajo de la línea inicial para la transformación de martensita, la austenita se transformará en martensita.
Comparación entre la curva de enfriamiento continuo y la curva C isotérmica
La curva de enfriamiento continuo se ubica en la parte inferior derecha de la curva isotérmica de C, con una menor temperatura de transformación de P y una mayor duración.
El acero eutectoide e hipereutectoide tiene una línea de terminación de transformación P pero no transformaciones de tipo B durante el enfriamiento continuo.
Para el acero hipoeutectoide, el subenfriamiento en un rango de temperatura específico durante el enfriamiento continuo puede resultar en una transformación parcial a B.
Determinar la curva de transformación por enfriamiento continuo es un desafío, razón por la cual muchos aceros aún carecen de esta información.
En el tratamiento térmico práctico, el proceso de transformación del enfriamiento continuo a menudo se estima con referencia a la curva C.
Comparación de la curva TTT y la curva CCT de acero al carbono eutectoide
Curva TT de aceros hipoeutectoides e hipereutectoides.
2. Templabilidad del acero
(1) Concepto de templabilidad
La dureza del acero se refiere a la profundidad a la que se puede endurecer el acero durante el enfriamiento, que es una característica del acero.
Durante el enfriamiento, la velocidad de enfriamiento varía en diferentes secciones de la pieza.
La superficie se enfría al ritmo más rápido, superando la velocidad de enfriamiento crítica para la formación de martensita. Como resultado, se forma una estructura martensítica después del enfriamiento.
A medida que la velocidad de enfriamiento disminuye hacia el centro, si la velocidad de enfriamiento a una cierta profundidad desde la superficie cae por debajo de la velocidad crítica de enfriamiento requerida para la formación de martensita en el acero, entonces la pieza de trabajo no se endurecerá completamente, ya que habrá una estructura no martensítica presente después del enfriamiento.
(2) Efecto de la templabilidad sobre las propiedades mecánicas.
Las propiedades mecánicas de los aceros con buena templabilidad son uniformes en toda la sección, mientras que las de los aceros con baja templabilidad varían a lo largo de la sección. Las propiedades mecánicas, particularmente la tenacidad, disminuyen a medida que te acercas al centro.
Fig. 5-53 Comparación de propiedades mecánicas de aceros con diferente templabilidad después del tratamiento de templado y revenido.
a) Eje endurecido
b) Eje no templado
(3) Determinación y expresión de la templabilidad.
Existen varios métodos para determinar la templabilidad. El método más comúnmente utilizado, como se especifica en GB225, es la prueba de revenido final para acero estructural. Esta prueba mide el espesor de la capa endurecible.
Otra medida de templabilidad comúnmente utilizada es el diámetro crítico. Este valor representa el diámetro máximo de la estructura semimartensítica (50%) que se puede lograr en el centro del acero después del enfriamiento en un medio refrigerante. Se denota como Do.
Método de templado superior
Diámetro crítico de enfriamiento
