Materiales idénticos pueden mostrar propiedades mecánicas diferentes (resistencia, dureza, plasticidad y tenacidad), y materiales diferentes pueden mostrar propiedades mecánicas similares. Todas ellas están íntimamente relacionadas con el tratamiento térmico del acero.
Las piezas de acero obtienen una determinada estructura mediante el tratamiento térmico para lograr las características de rendimiento requeridas. El tratamiento térmico es un medio, conseguir prestaciones es el objetivo, y la estructura constituye la base y la garantía de estas propiedades.
Utilizando el acero 45# como ejemplo, esta sección compartirá la relación entre recocido, normalizado, la estructura del acero 45# y sus propiedades asociadas.
Caso 1
La materia prima en el estado suministrado ha sido laminada en caliente y enfriada al aire, lo que equivale a normalizarla, 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 de grano en forma de aguja y se extiende hacia el interior del grano, formando una estructura Widmanstätten.
La aparición de la estructura Widmanstätten reduce significativamente la tenacidad al impacto del acero y lo hace quebradizo. Los aceros con granulometría grande son especialmente propensos a formar estructuras Widmanstätten.
Para eliminar la estructura Widmanstätten y los granos grandes, es necesario realizar un tratamiento de normalización antes del temple para refinar el grano y mejorar la estructura.
Caso 2
Nota de microestructura: Después de cortar el material de 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 con 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 25-40 HRC.
La figura 3 muestra 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 blanca poligonal, escamas de perlita, escamas blanco-grisáceas... martensitay austenita residual.
La figura 3b ilustra la estructura de la zona 2 de la figura 2, en la que aparece el blanco sin disolver ferrita en los límites de los granos, martensita de color blanco grisáceo, austenita residual y finas escamas de perlita. Las escamas oscuras y finas de perlita dentro de los granos representan una microestructura de la zona de transición recién formada durante el proceso de enfriamiento por corte.
La figura 3c presenta la estructura de la zona 3 de la figura 2, similar a una estructura de temple subcalentado. Los límites de grano muestran ferrita blanca poligonal no disuelta, junto con martensita blanca grisácea y austenita residual. Los límites de la ferrita están claramente definidos.
Durante el proceso de corte de la muestra, las distintas velocidades de corte y de avance, junto con una refrigeración inadecuada, dieron lugar a 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 puede deducirse de la figura, las zonas afectadas por el calor existen durante las últimas etapas del corte. Cuanto más duro sea el material, más difícil será el corte y mayor será la zona afectada por el calor.
Las tres muestras superiores de la figura 4 son de acero de alta aleación y alto contenido en carbono, mientras que las cinco inferiores son de acero 45#.
Antes del tratamiento térmico, las superficies de las muestras no se pulieron a fondo, lo que dio lugar a la observación de microestructuras variables en la materia prima durante el examen.
Durante el corte de la muestra, si no se realiza rápidamente la refrigeración, la fricción entre la muestra y la muela abrasiva hace que la temperatura de la muestra aumente rápidamente hasta situarse entre Ac1 y Ac3 a medida que aumenta gradualmente la velocidad de corte.
Al enfriarse con agua, se forma una estructura parecida a la del temple subcalentado. Dado que la temperatura superficial varía en las distintas regiones de la muestra, las microestructuras de estas regiones también difieren.
Caso 3
El recocido del acero 45 implica calentar el acero por encima de Ac3 en 30-50℃, seguido de un enfriamiento en horno para permitir que el acero se aclimate. Este proceso de enfriamiento relativamente más lento da lugar a una microestructura casi equilibrada, en la que la perlita ocupa aproximadamente 55% de toda el área del campo visual.
Caso 4
El acero normalizado 45 consiste en calentar el acero por encima de su temperatura Ac3 en 30-50°C y, a continuación, dejar que se enfríe de forma natural al aire. La principal diferencia con un proceso de recocido completo es la mayor velocidad de enfriamiento y el mayor grado de superenfriamiento.
El resultado es una estructura laminar de perlita más fina que la del acero recocido, con un aumento significativo de la cantidad de perlita y un tamaño de grano relativamente menor. Por lo tanto, la dureza del acero normalizado es superior a la del acero recocido.
La normalización del acero 45 puede mejorar su estructura tras fundición o forjaLos granos de austenita se refinan y se forman ferrita y perlita finas y uniformes, lo que aumenta la resistencia, la dureza y la tenacidad del acero.
El acero 45, con su alta resistencia y buena plasticidad, puede utilizarse para fabricar diversos componentes importantes, como compresores, bombas químicas y piezas móviles (cigüeñales, bielas, bielas de pistón). También puede utilizarse para fabricar álabes de turbina. Generalmente, los componentes de gran tamaño se utilizan en estado normalizado, mientras que los de pequeño tamaño pueden templarse para formar una sorbita templada.
El acero 45 es también el más utilizado acero templado y revenido. Antes del temple y revenido a alta temperatura, debe someterse a un proceso de normalización para obtener una organización uniforme y finamente estructurada, preparando el acero para el temple.
Este artículo comparte las características microestructurales del acero 45 en diferentes estados. En él podemos apreciar el misterio y el encanto del tratamiento térmico, ya que los distintos métodos de tratamiento pueden cambiar hábilmente la estructura y las propiedades del material.
El acero 45 es un acero templado de uso común. Este artículo analiza este material en diferentes estados, proporcionando un enfoque metódico, del que creemos que todo el mundo puede sacar algunas conclusiones.
En el trabajo diario, cuando desarrollamos muestras para otros materiales, sería ideal poder aplicar lo que aprendemos de un ejemplo a otros.
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