Introduction aux éléments en acier
Manganèse (MN)
Le manganèse est utilisé pour désoxyder le ferromanganais dans l'acier et reste en acier. Le manganèse peut éliminer le FEO dans l'acier, améliorer la qualité de l'acier et réduire la fragilité de l'acier. Le manganèse et la vulcanisation se combinent pour former des MN, éliminent l'effet nocif du soufre et améliorent les performances de travail à chaud de l'acier. La teneur en manganèse en acier au carbone est généralement contrôlée entre 0,25 et 0,80%. Le manganèse peut être dissous en ferrite pour former du manganèse ferrite, qui joue le rôle du renforcement de la ferrite. Le manganèse peut également être dissous dans Fe3C pour former le ciment en alliage, améliorant ainsi la résistance de l'acier au carbone. Le manganèse est un élément d'impureté bénéfique et une petite quantité de manganèse n'a aucun effet significatif sur les performances de l'acier.
Silicon (Si)
Le silicium est également ajouté à l'acier en tant que désoxydant. La teneur en silicium en acier au carbone est généralement contrôlée entre 0,03 et 0,4%, et la plupart sont dissoutes dans la ferrite, formant la ferrite de silicium, qui joue le rôle du renforcement de la ferrite et de l'amélioration de la résistance et de la dureté de l'acier. Mais la plasticité et la ténacité ont diminué. Le manque de silicium n'a aucun effet significatif sur les propriétés de l'acier.
Soufre (s)
Le soufre est introduit en acier par minerai et carburant dans l'acier, le soufre est insoluble dans le fer, et la forme de différents FE, FES et FE peut former un point de fusion de 985 ℃ eutectique, et sont distribués sur les frontières des grains de l'austénite lorsque l'acier est roulé et forgé à 1000-1200 ℃, la brillance, la brillance fait fondre le crimaire euttectique Le phénomène est appelé fragilité thermique, le soufre est une impureté nocive, donc la teneur en carbone en acier doit être strictement contrôlée. L'effet nocif du soufre peut être éliminé en augmentant la teneur en Mn dans l'acier. Étant donné que le manganèse et le soufre peuvent former des MN avec un point de fusion de 1620 ℃, le MNS a une certaine plasticité à des températures élevées, de sorte que la fragilité thermique de l'acier peut être évitée.
Phosphore (p)
Le phosphore est introduit dans l'acier à partir du minerai, où il est complètement dissous dans la ferrite, améliorant la résistance et la dureté de la ferrite. Mais en même temps, la plasticité de l'acier à température ambiante baisse fortement et devient cassante. Ce phénomène est appelé fragilité froide. Le phosphore est également une impureté nuisible, et sa teneur en acier doit être strictement contrôlée.
Structure métallographique en acier
Ferrite: La solution solide interstitielle de carbone dans α-FE est appelée ferrite. Il est souvent représenté par le symbole F (ou α). La ferrite a une structure cubique centrée sur le corps et sa capacité à dissoudre le carbone est médiocre en raison de son petit écart. À 727 ℃, la teneur en carbone dissous maximale est de 0,0218%. Avec la diminution de la température, la teneur en carbone dissous diminue progressivement et à température ambiante, la teneur en carbone dissous n'est que de 0,0008%. La ferrite a une faible résistance, ΔσB est 180-280 mn / m2, HB est d'environ 80, mais elle a une bonne ductilité, Δ est de 50%.
Austénitique: La solution solide interstitielle du carbone formé dans le gamma-Fe est appelée son. Il est souvent représenté par le symbole A (ou γ). L'austénite a une structure de réseau cubique centrée sur le visage. En raison de son grand écart de réseau efficace, sa solubilité en carbone est relativement élevée. La solubilité maximale du carbone à 1148 ℃ est de 2,11%, ce qui diminue progressivement avec la diminution de la température et atteint 0,77% à 727 ℃. Les propriétés mécaniques de l'austénite dépendent de la quantité de carbone dissoute et de la taille d'un grain. Généralement, la dureté de l'austénite est de 170 à 220 ch, l'allongement de Δ est de 40 à 50% et l'austénite existe dans la plage de température solide supérieure à 727 ℃. L'austénite est sujette à la formation en plastique.
Cémentite (cimentite): C et Fe Composé (FE3C) Connu sous le nom de cémentite, la teneur en carbone de 6,69%, le point de fusion de la cémentite est de 1227 ℃, sa dureté est très élevée, environ 800 Ho, le plastique et la ténacité à impact sont presque nuls, la fragilité est grande, donc il ne peut pas être utilisé comme phase matricielle de carboniaire, est la principale phase de conservation de Carbon. La cémentite est une phase métastable. Dans certaines conditions, il décomposera et formera du carbone sans graphiques.
MARTENSITE: L'utilisation d'une méthode de refroidissement rapide, en raison du degré de refroidissement sous-refroidissement, du fer et des atomes de carbone ne peut être diffusée, l'austénite ne peut être que par cisaillement de réseau non diffusé, il y a un réseau cubique centré sur le visage γ-Fe rehabique au réseau cubique centré sur le corps α-FE. Cette austénite se transforme directement en une solution alpha-solide saturée contenant du carbone, appelé martensite.
La taille des grains de l'austénite et ses facteurs d'influence
La taille des grains austénitiques de l'acier a une grande influence sur la microstructure et les propriétés après refroidissement. Plus la taille des grains de l'austénite est fine, plus la structure a été fine après refroidissement, et meilleure est la force, la plasticité et la ténacité. Par conséquent, il est d'une grande importance d'obtenir des grains d'austénite fins par traitement thermique pour les performances finales et la qualité de la pièce.
Plus la température de l'austénitisation est élevée, plus la croissance de l'acier est évidente. À une certaine température, plus le temps de maintien est long, plus la croissance des grains d'austénite est favorable.
La tendance à la croissance des grains augmente avec l'augmentation de la teneur en carbone dans l'acier. Mais lorsque la cémentite est dans la limite des grains d'austénite, elle entravera la croissance des grains à l'austénite.
En plus de Mn, P et d'autres éléments augmentent la tendance de la croissance des grains d'austénite, d'autres éléments formant des éléments de carbure (Ti, NB, ZB, etc.), formant des oxydes et des nitrures (tels que Al), lorsqu'ils forment des composés distribués dans les limites des grains d'austénite, entraveront la croissance des grains d'austénite à des degrés variables.
Les éléments en alliage couramment ajoutés en acier en alliage sont Mn, Si, Cr, Mo, W, V, Ti, Nb, Ni, Al, etc. Parmi eux, Ni, Si, Al et d'autres éléments ne peuvent pas former des composés avec du carbone. Des éléments tels que NB, Ti, V, W, MO, Cr et Mn peuvent former des composés avec du carbone. Les éléments d'alliage existent sous différentes formes en acier. Par conséquent, le rôle principal de l'acier est également différent. Le rôle principal a les aspects suivants:
Lorsque la résistance de l'acier est augmentée, les éléments qui ne peuvent pas former de carbure sont principalement dissous en ferrite pour former la ferrite en alliage, et la solution solide est renforcée. Les éléments formant des carbures forment du carbure en alliage avec du carbone, qui a une dureté plus élevée et un effet de renforcement de la dispersion plus élevé. Tout élément ajouté à l'acier augmente sa résistance.
Améliorer la durabilité En plus du CO, la plupart des éléments d'alliage ajoutés à l'acier, ralentissent la décomposition de l'austénite surfoncées, afin que la courbe C vers la droite, réduise le taux de refroidissement critique, améliore la durabilité de l'acier (Ni, Cr, CO) Il s'agit de l'un des principaux objectifs des éléments alliages ajoutés à l'acier. Mais il convient de souligner que cet effet ne peut être réalisé que lorsque les éléments d'alliage sont dissous en austénite.
Empêcher la croissance des grains d'austénite, à l'exception du MN, la tendance à la croissance des grains de l'austénite en alliage est petite, en particulier le carbure généré par les éléments forts de formage de carbure (Ti, V, Zr, Nb, etc.) peut fortement empêcher la croissance des grains d'austénite, et ainsi jouer le rôle de raffiner les grains.
Augmentez la stabilité de la température de l'acier. La résistance de l'acier au processus d'adoucissement pendant la trempe est appelée stabilité de tempérament. De nombreux éléments d'alliage peuvent augmenter et ralentir la température des précipitations de carbure et une décomposition résiduelle de l'austénite dans la martensite. Par conséquent, par rapport à l'acier au carbone, l'acier en alliage a une dureté et une résistance plus élevées lorsqu'elles sont tempérées à la même température. Au contraire, lors de la trempe à la même dureté, la température de température de l'acier en alliage est élevée, donc son élimination interne de la contrainte est plus approfondie, et la ténacité est plus élevée. Les éléments formant des carbures Cr, Mo, NB et V ont des effets forts sur la stabilité de la température.
Durcissement secondaire Lorsque la teneur en w, mo, cr, v est plus élevée, dans la plage de température de 500-600 ℃ de température, la dureté ne réduit pas, mais augmente le phénomène connu sous le nom de durcissement secondaire. Il y a deux raisons à cela: premièrement, en trempant à cette température, des carbures spéciaux dispersés et dispersés, tels que le MO2C, le W2C et le VC, se précipiteront hors de la martensite, qui joue le rôle du durcissement de la dispersion; Deuxièmement, lors de la température à cette température, une partie du carbure est précipitée dans la austénite résiduelle, ce qui réduit la teneur en carbone et augmente la température du point MS, de sorte que l'austénite résiduelle peut être convertie en martensite (éteinte secondaire) à une température plus élevée pendant le processus de refroidissement pour augmenter la dureté de l'acier.
La tristesse de température se produit lorsque l'acier en alliage est trempé dans une certaine plage de température après l'extinction, qui est appelé la fragilité de température. La diminution de la ténacité à 350-400 ℃ est appelée le premier type de fragilité à température. Cette fragilité se produit indépendamment de l'acier au carbone ou de l'acier en alliage et est indépendant du taux de refroidissement. Ce type de fragilité à tempérament ne peut pas être éliminé après la production, également connue sous le nom de fragilité irréversible. Pour éviter la survenue d'une telle ventilation de trempe, la trempe ne se fait généralement pas dans cette plage de température.
La diminution de la ténacité qui se produit après un refroidissement lent après 500 à 600 ℃ La trempe est appelée fragilité de trempage de type II (fragilité de température à haute température). Les aciers en alliage contenant Cr, Mn et Ni sont les plus sujets à ce type de viande de température. Ce type de fragilité de trempe ne se produira pas s'il refroidisse rapidement après la trempe; En cas de refroidissement lent après la trempe, la fragilité s'est produite, tant que le réchauffage à la température de température et à un refroidissement rapide, puis la fragilité de température peut être complètement éliminée, de sorte qu'elle est également appelée la fragilité de température réversible.
Acier résistant à la chaleur
La résistance à la chaleur de l'acier comprend une résistance à l'oxydation à haute température et une résistance à haute température.
La résistance à l'oxydation d'un métal, fait généralement référence à la formation d'un film d'oxyde dense après une oxydation rapide à des températures élevées, couvrant la surface du métal, afin que l'acier ne continue pas à s'oxyder. La surface oxydée de l'acier au carbone à des températures élevées génère du FEO poreux lâche, qui est facile à s'écaillir, et les atomes d'oxygène continuent de diffuser à travers le FEO afin que l'acier continue de s'oxyder. Des éléments d'alliage tels que Cr, Si et Al sont ajoutés à l'acier, de sorte que lorsque l'acier est en contact avec l'oxygène à haute température, des films d'oxydation denses tels que CR2O3, SiO2 et Al2O3 avec des points de fusion élevés se forment à la surface, ce qui rend difficile la poursuite du processus d'oxydation de l'acier dans des gaz à haute température.
La résistance à haute température (résistance thermique) de l'acier est la résistance au fluage à des températures élevées. Pour améliorer la résistance thermique de l'acier, Cr, Mo, V, Ni et d'autres éléments d'alliage sont généralement ajoutés à l'acier, qui peuvent se dissoudre dans la matrice pour renforcer la solution solide et améliorer la température de recristallisation, améliorant ainsi la résistance à haute température de l'acier. L'ajout d'éléments NB, V, Ti et d'autres éléments d'alliage peut également former des carbures avec une dureté élevée et une bonne stabilité thermique, qui sont distribuées sur la matrice et jouent un rôle dans le renforcement de la dispersion. De plus, la structure de l'austénite a une meilleure résistance au fluage que la ferrite et une meilleure taille de grain que les grains fins. Bien sûr, il ne peut pas être trop grossier, ce qui affectera la force.
Acier résistant à la chaleur martensitique
Cr et Si ont été ajoutés pour améliorer la résistance à l'oxydation à des températures élevées. L'ajout de MO peut renforcer la matrice et éviter de tremper la fragilité. L'ajout de V peut former du carbure dispersé et améliorer la résistance à haute température. L'ajout de w peut précipiter le carbure stable et augmenter considérablement la température de recristallisation. La température de fonctionnement de ce type d'acier ne dépasse pas 700 ℃.
Acier résistant à la chaleur austénitique
L'acier résistant à la chaleur austénitique a une teneur élevée en Cr, ce qui peut améliorer sa résistance à haute température et sa résistance à l'oxydation. La teneur en Ni est également élevée et peut former une structure à austénite stable. La résistance à la chaleur de ce type d'acier est meilleure que celle de l'acier résistant à la chaleur martensitique, et les performances de déformation et de soudage à froid sont très bonnes, fonctionnant généralement à 600-700 ℃.