1. Introducción
Materiales idénticos pueden tener diferentes propiedades mecánicas (resistencia, dureza, plasticidad y tenacidad), y diferentes materiales pueden tener propiedades mecánicas similares. Todo ello está íntimamente relacionado con el tratamiento térmico del acero.
Las piezas de acero obtienen una determinada estructura mediante tratamiento térmico para lograr las características de rendimiento requeridas. El tratamiento térmico es un medio, lograr el rendimiento es el objetivo y la estructura constituye la base y garantía de estas propiedades.
Utilizando el acero 45# como ejemplo, esta sección compartirá la relación entre el recocido, la normalización, la estructura del acero 45# y sus propiedades asociadas.
2. Análisis de casos
Caso 1
- Nombre del material: acero 45
- Estado de procesamiento: materia prima (estado de suministro, laminado en caliente)
- Agente corrosivo: solución de alcohol de ácido nítrico al 4%
- Descripción microestructural: La microestructura de una sección transversal de un material de barra de φ13,2 mm se muestra en la Figura 1. La ferrita blanca en la figura aparece en bloques, en forma de red y en forma de aguja, mientras que la perlita está en finas capas laminares. . La dureza es de aproximadamente 18 HRC, que es comparable al valor de dureza después de la normalización.
La materia prima en el estado suministrado ha sido laminada en caliente y enfriada por aire, equivalente a la normalización, por lo que es más dura que el acero recocido.
Sin embargo, debido a la alta temperatura, parte de la ferrita precipita a lo largo de los límites del grano en forma de agujas y se extiende hacia el interior del grano, formando una estructura de Widmanstätten.
La apariencia de la estructura de Widmanstätten reduce significativamente la resistencia al impacto del acero y lo vuelve quebradizo. El acero con granulometría grande es especialmente propenso a formar estructuras Widmanstätten.
Para eliminar la estructura de Widmanstätten y los granos grandes es necesario realizar un tratamiento de normalización antes del templado para afinar el grano y mejorar la estructura.
Caso 2
- Nombre del material: acero 45
- Estado de procesamiento: Materia prima (estado de suministro, corte)
- Acondicionador: solución de alcohol al 4% con ácido nítrico
Nota sobre la microestructura: Después de cortar el material de la varilla redonda de φ13,2 mm en una máquina de corte normal, se formó la microestructura de la sección transversal de la zona afectada por el calor como se muestra en la Figura 2 debido a la falta de enfriamiento oportuno del agua.
La mitad izquierda de la imagen representa la microestructura original, mientras que la mitad derecha representa la microestructura de la zona afectada por el calor. La variación de dureza en la zona afectada por el calor es bastante significativa, oscilando entre 25 y 40 HRC.
La Figura 3 demuestra la microestructura ampliada de cada zona. La Figura 3a representa la estructura de la Zona 1 en la Figura 2.
La mitad izquierda de la figura muestra la estructura original del material, caracterizada por ferrita blanca en forma de red y finas escamas de perlita. La mitad derecha muestra la estructura de la zona afectada por el calor durante el corte, que consiste en ferrita poligonal blanca, escamas de perlita, martensita de color blanco grisáceo y austenita residual.
La Figura 3b ilustra la estructura de la Zona 2 en la Figura 2, mostrando ferrita blanca sin disolver en los límites de los granos, martensita de color blanco grisáceo, austenita residual y finas escamas de perlita. Las delgadas y oscuras escamas de perlita dentro de los granos representan una microestructura de zona de transición recién formada durante el proceso de enfriamiento por cizallamiento.
La Figura 3c presenta la estructura de la Zona 3 en la Figura 2, similar a una estructura de enfriamiento subcalentado. Los límites de grano muestran ferrita poligonal blanca sin disolver, junto con martensita de color blanco grisáceo y austenita residual. Los límites de ferrita están claramente definidos.
Durante el proceso de corte de la muestra, las diferentes velocidades de corte y avance, junto con un enfriamiento inadecuado, dieron como resultado distintas regiones de una capa de oxidación de color azul joya en la superficie de la muestra, como se ilustra en la Figura 4.
Como se puede deducir de la figura, existen zonas afectadas por el calor durante las últimas etapas del corte. Cuanto más duro es el material, más difícil es el corte y más grande se vuelve la zona afectada por el calor.
Las primeras tres muestras de la Figura 4 son acero de alta aleación y alto contenido de carbono, mientras que las últimas cinco son acero 45#.
Antes del tratamiento térmico, las superficies de las muestras no estaban completamente pulidas, lo que llevó a la observación de microestructuras variables en la materia prima durante el examen.
Durante el corte de la muestra, si el enfriamiento no se realiza rápidamente, la fricción entre la muestra y la muela hace que la temperatura de la muestra aumente rápidamente entre Ac1 y Ac3 a medida que la velocidad de corte aumenta gradualmente.
Después del enfriamiento con agua, se forma una estructura similar al enfriamiento subcalentado. Como la temperatura de la superficie varía en diferentes regiones de la muestra, las microestructuras en estas regiones también difieren.
Caso 3
- Nombre del material: acero 45
- Estado de procesamiento: aislamiento a 830°C durante 15 minutos seguido de enfriamiento en horno (recocido)
- Acondicionador: solución de alcohol nítrico al 4%.
- Descripción de la microestructura: Como se muestra en la Figura 5, se muestra la microestructura normal del acero recocido 45; Consiste en ferrita poligonal irregular en perlita laminar blanca y oscura. Las láminas de perlita son claramente visibles, con valores de dureza que oscilan entre 8 y 11 HRC.
El recocido de acero 45 implica calentar el acero por encima de Ac3 entre 30 y 50 °C, seguido de enfriamiento en horno para permitir que el acero se aclimate. Este proceso de enfriamiento relativamente más lento da como resultado una microestructura casi equilibrada, con la perlita ocupando aproximadamente el 55% de toda el área del campo visual.
Caso 4
- Nombre del material: acero 45
- Estado del tratamiento: Enfriado por aire después de mantenerse a 830 °C durante 15 minutos (normalización)
- Acondicionador: solución de alcohol al 4% con ácido nítrico
- Descripción estructural: Como se muestra en la Figura 6, la estructura normal de acero estándar 45; compuesto por bloque blanco y ferrita en red y perlita en escamas oscuras. La perlita ocupa alrededor del 70% del área del campo visual, con una dureza entre 15-20 HRC.
El acero 45 normalizado implica calentar el acero por encima de su temperatura Ac3 entre 30 y 50 °C y luego permitir que se enfríe naturalmente en el aire. La principal diferencia entre este y un proceso de recocido completo es la velocidad de enfriamiento más rápida y el mayor grado de sobreenfriamiento.
Esto da como resultado una estructura laminar de perlita más fina en comparación con el acero recocido, con un aumento significativo en la cantidad de perlita y un tamaño de grano relativamente más pequeño. Por tanto, la dureza del acero normalizado es mayor que la del acero recocido.
La normalización del acero 45 puede mejorar su estructura después de la fundición o la forja refinando los granos de austenita y formando ferrita y perlita finas y uniformes, aumentando así la resistencia, dureza y tenacidad del acero.
El acero 45, con su alta resistencia y buena plasticidad, se puede utilizar en la fabricación de muchos componentes importantes, como compresores, bombas químicas y piezas móviles (cigüeñales, bielas, bielas). También se puede utilizar para fabricar álabes de turbinas. Generalmente, los componentes de gran tamaño se utilizan en un estado normalizado, mientras que los componentes de tamaño pequeño pueden enfriarse para formar una sorbita apagada.
El acero 45 es también el acero templado y revenido más utilizado. Antes del temple y revenido a alta temperatura se debe someter a un proceso de normalización para obtener una organización uniforme y finamente estructurada, preparando el acero para el temple.
3. Conclusión
Este artículo comparte las características microestructurales de 45 aceros en diferentes estados. Podemos apreciar el misterio y el encanto del tratamiento térmico, ya que diferentes métodos de tratamiento pueden cambiar inteligentemente la estructura y las propiedades del material.
El acero 45 es un acero endurecido de uso común. Este artículo analiza este material en diferentes estados, proporcionando un enfoque metódico del que creemos que todos pueden obtener algunas ideas.
En el trabajo diario, al desarrollar muestras para otros materiales, sería ideal si pudiéramos aplicar lo que aprendimos de un ejemplo a otros.
