Austenita retenida después del endurecimiento por inducción: Por qué se forma y por qué es importante

Formación, Efectos de rendimiento, y medición en acero endurecido por inducción

¿Por qué la austenita retenida permanece después del endurecimiento por inducción?, y es perjudicial? La respuesta depende del acero., La microestructura producida durante el calentamiento y el enfriamiento., y los requisitos del componente terminado..

austenita retenida Es una porción de la austenita formada durante el calentamiento que permanece sin transformar después del enfriamiento.. No es automáticamente un defecto., pero su cantidad y distribución pueden influir en la dureza, resistencia al desgaste y estabilidad dimensional. Comprender cómo se forma y cómo se puede medir ayuda a los ingenieros a determinar si representa una condición microestructural aceptable o requiere más investigación..

1. ¿Qué es la austenita retenida después del endurecimiento por inducción??

Durante temple por inducción, La superficie de la pieza de trabajo se calienta para formar austenita.. El enfriamiento rápido transforma gran parte de esa austenita en martensita., produciendo una capa superficial endurecida. La transformación puede quedar incompleta, dejando algo de austenita en la microestructura final.

La región endurecida puede contener martensita., austenita retenida y, dependiendo del acero y las condiciones de calentamiento, carburos no disueltos u otros constituyentes. Sus proporciones pueden variar a través de la capa endurecida debido a la historia térmica local., La microestructura inicial y la distribución del carbono no son necesariamente uniformes..

La austenita retenida y los carburos no disueltos son componentes diferentes. Los carburos que se disuelven durante el calentamiento pueden liberar carbono en la austenita., cambiando su composición y posterior comportamiento de transformación. Por lo tanto, la cantidad de disolución del carburo puede influir en el contenido de austenita retenida después del enfriamiento..

Para un componente endurecido por inducción, Identificar la austenita retenida es sólo el primer paso.. Su cantidad, La ubicación y el efecto sobre las propiedades requeridas del componente determinan si necesita una evaluación adicional..

2. ¿Por qué la austenita retenida permanece después del enfriamiento??

La austenita retenida se forma cuando la transformación martensítica no consume toda la austenita producida durante el calentamiento.. El resultado depende de la composición de la austenita., su condición antes del enfriamiento y la temperatura alcanzada durante el enfriamiento.

Composición de austenita y temperatura de transformación.

La temperatura inicial de martensita (EM) es la temperatura a la que comienza la transformación martensítica durante el enfriamiento. Carbono disuelto en austenita., junto con ciertos elementos de aleación, puede bajar la señora.

A medida que el acero se enfría debajo de la Sra., formas de martensita. Si el enfriamiento se detiene antes de que la transformación haya progresado lo suficiente, algo de austenita permanece sin transformar. En aceros con una temperatura de transformación relativamente baja., La austenita retenida puede permanecer incluso después de un enfriamiento sustancial..

Esto ayuda a explicar por qué dos aceros sometidos a ciclos de endurecimiento por inducción similares pueden desarrollar microestructuras diferentes.. Sus composiciones y las características de austenita resultantes pueden diferir., por lo que las mismas condiciones nominales del proceso no necesariamente producen el mismo contenido de austenita retenida.

Temperatura de austenitización y disolución de carburo.

Durante el calentamiento, Los carburos pueden disolverse en la austenita.. El grado de disolución depende del material., temperatura y tiempo a temperatura.

El carbono adicional disuelto en austenita puede cambiar su comportamiento de transformación y, en algunos aceros, aumentar la cantidad de austenita retenida después del enfriamiento.

Esta relación se ha investigado en acero para rodamientos calentado por inducción.. En Influencia de las condiciones de calentamiento por inducción en la estructura apagada del acero SUJ2, Los investigadores examinaron los efectos de la temperatura de austenitización y el contenido de carburo no disuelto sobre la austenita retenida y la dureza.. En las condiciones estudiadas, Las temperaturas de austenitización más altas y el menor contenido de carburo no disuelto se asociaron con una mayor austenita retenida..

Estos hallazgos se aplican al acero SUJ2 investigado y a las condiciones experimentales.. No deben tratarse como una relación universal para todos los aceros templados por inducción..

Por qué son importantes las condiciones de calentamiento por inducción

El endurecimiento por inducción suele utilizar un calentamiento rápido y ciclos de calentamiento relativamente cortos.. La austenita resultante depende de cómo responde el material durante ese ciclo térmico en particular., incluida la rapidez con la que se forma la austenita y la cantidad de carbono que se disuelve antes del enfriamiento.

Por tanto, la microestructura inicial es relevante.. La distribución del carburo y el tratamiento térmico previo pueden afectar el proceso de austenitización y la composición de la austenita resultante..

Un ajuste de potencia nominal o un tiempo de calentamiento por sí solos no establecen la condición de austenitización real en toda la pieza de trabajo.. Se debe considerar la historia térmica de la región endurecida al investigar una microestructura inesperada..

Para una explicación más amplia de la influencia del material de partida., ver Cómo la microestructura anterior afecta los resultados del endurecimiento por inducción.

Condiciones de enfriamiento y transformación final.

El enfriamiento determina la ruta de enfriamiento después de la austenitización, pero la austenita retenida no es simplemente evidencia de un enfriamiento insuficientemente severo. Puede quedar algo de austenita porque su composición y características de transformación impiden que la transformación martensítica se complete a la temperatura final..

Las condiciones de refrigeración siguen siendo importantes, pero deben evaluarse junto con la composición del acero y la austenita producida durante el calentamiento.. Cambio apagar la severidad por sí solo puede no resolver la causa subyacente.

3. ¿Cómo puede afectar la austenita retenida al acero endurecido??

La austenita retenida puede afectar el rendimiento de los componentes, pero su presencia no indica automáticamente un problema. Las consecuencias dependen de su cantidad y distribución., La microestructura circundante y las condiciones bajo las cuales opera el componente..

Dureza

La martensita es generalmente la principal fase dura producida por el endurecimiento convencional del acero.. Porque la austenita y la martensita retenidas tienen propiedades mecánicas diferentes, sus proporciones pueden influir en la dureza medida.

La dureza también depende de factores como el contenido de carbono de la martensita y la distribución de otros constituyentes microestructurales.. Por lo tanto, una lectura de dureza no puede establecer de manera confiable la fracción de austenita retenida.. Dos componentes con lecturas de dureza similares pueden tener diferentes composiciones de fase.

Si la dureza cambia después de un ajuste del proceso, ese resultado por sí solo no establece si la austenita retenida aumentó o disminuyó.

Desgaste y fatiga por contacto.

en engranajes, Rodamientos y otros componentes sujetos a cargas de contacto repetidas., La austenita retenida puede influir en el comportamiento de desgaste y fatiga..

Bajo algunas condiciones de carga, La austenita retenida puede transformarse y contribuir a cambios en la dureza y la tensión locales.. En otras circunstancias, su presencia puede estar asociada con un rendimiento reducido. El resultado depende del acero., La microestructura circundante y las condiciones de servicio., Por lo tanto, el contenido de austenita retenida por sí solo no es suficiente para predecir la resistencia al desgaste o la vida a la fatiga..

Estabilidad dimensional y tensión residual.

La austenita retenida puede ser importante cuando la estabilidad dimensional es critico. Si se transforma durante el procesamiento o servicio posterior, El cambio de volumen asociado puede afectar las dimensiones de los componentes y redistribuir las tensiones residuales..

Esto es importante para componentes de precisión cuyo ajuste, El espacio libre o la geometría deben permanecer dentro de las tolerancias especificadas.. El riesgo depende de la estabilidad de la austenita retenida y de las condiciones a las que está expuesto el componente.; su presencia no significa que necesariamente ocurrirán cambios dimensionales.

La cuestión de ingeniería relevante es si la microestructura resultante cumple con los requisitos del componente., en lugar de si la austenita retenida se puede eliminar por completo.

4. ¿Cómo se mide la austenita retenida??

Cuando la austenita retenida puede afectar el rendimiento del componente, su contenido debe medirse con un método adecuado en lugar de inferirse únicamente de la dureza.

difracción de rayos X

difracción de rayos X (XRD) Se utiliza ampliamente para cuantificar la austenita retenida en el acero.. Identifica fases cristalinas a través de sus patrones de difracción y puede estimar la fracción de austenita retenida cuando se utiliza un procedimiento de medición adecuado..

El documento técnico de la SAE Austenita retenida y su medición por difracción de rayos X analiza la medición XRD en aceros endurecidos y otros materiales de ingeniería.

Para componentes templados por inducción, la ubicación de la medición importa. Un resultado de XRD caracteriza el volumen de medición muestreado cerca de la superficie; no debe ser tratado automáticamente como representativo de todo el caso reforzado. Si el contenido de austenita retenida varía con la profundidad, El plan de inspección debe tener en cuenta esa variación..

El resultado también debe interpretarse en contexto.. Condición de la superficie, textura del material, El procedimiento de medición y otros componentes microestructurales pueden afectar la medición o su interpretación..

Otros métodos de medición

Métodos magnéticos y difracción por retrodispersión de electrones. (EBSD) puede ser adecuado para aplicaciones particulares. Los métodos magnéticos pueden requerir una calibración específica de la aplicación, mientras que EBSD puede proporcionar información de fase localizada pero implica una preparación y análisis de muestras más exigentes..

El examen visual de una microestructura grabada por sí solo no es un sustituto confiable de la medición cuantitativa de la fase cuando se requiere una fracción de austenita retenida precisa.. El documento de actas de la ASM Los beneficios retenidos o evitados de la austenita requieren una determinación confiable analiza la importancia de una determinación confiable y las limitaciones de los diferentes enfoques de medición.

El método debe coincidir con la cuestión de ingeniería.. Pruebas de dureza de rutina, Por ejemplo, no proporciona la misma información que la medición cuantitativa de austenita retenida. Para una descripción más amplia de la verificación, ver Cómo inspeccionar piezas endurecidas por inducción.

5. Qué se debe comprobar cuando la austenita retenida es superior a la esperada?

Un resultado de austenita retenida superior al esperado no significa automáticamente que el componente esté fuera de especificación. No existe un porcentaje único aceptable para todos los aceros templados por inducción.. El resultado debe evaluarse frente a los requisitos de materiales pertinentes y los criterios de rendimiento de los componentes..

Confirme la medida primero

Compruebe que el método de medición sea el adecuado, el resultado es confiable y la ubicación de la medición representa la región de interés. Si el resultado es inesperado, verificarlo antes de cambiar el proceso.

Revisar el historial de materiales y procesos.

Confirma el grado de acero y condición del material de partida, luego revise el ciclo de calentamiento real y los registros de enfriamiento. Se debe prestar especial atención a la condición de austenitización y si el proceso siguió el procedimiento previsto..

Estos registros ayudan a determinar si el resultado es consistente con el comportamiento de transformación del material o puede indicar una desviación del proceso..

Decidir si se justifica un cambio de proceso

Compare el resultado medido con las especificaciones aplicables y los requisitos funcionales.. Si la austenita retenida está asociada con un problema de rendimiento demostrado, Investigar la causa probable antes de ajustar el proceso..

Aumentar la temperatura de austenitización o cambiar la severidad del enfriamiento sin comprender la causa puede no producir el resultado deseado.. Estos cambios también pueden afectar la formación de martensita., disolución y dureza del carburo.

Cuando es necesario un ajuste, verificar su efecto mediante mediciones microestructurales adecuadas y las pruebas de calidad de los componentes pertinentes.

Conclusión clave

La austenita retenida después del endurecimiento por inducción es la fracción de austenita que permanece sin transformar después del enfriamiento., y su presencia no es automáticamente un defecto.

Su cantidad depende de la composición del acero., condiciones austenitizantes, disolución del carburo y la ruta de enfriamiento, y sus consecuencias para la dureza, desgaste, La fatiga de contacto y la estabilidad dimensional dependen del componente y de las condiciones de servicio..

La pregunta práctica es si el contenido medido cumple con los requisitos del componente., No se sabe si la austenita retenida puede eliminarse por completo..

Preguntas frecuentes

¿La austenita retenida es siempre un defecto??

No.

La austenita retenida no es automáticamente dañina. Su importancia depende de su cantidad y distribución., La microestructura circundante y los requisitos de servicio del componente.. Algo de austenita retenida es aceptable en muchas piezas endurecidas por inducción..

¿Puedo determinar el contenido de austenita retenida a partir de una lectura de dureza??

No.

La dureza depende de varios factores., incluido el contenido de carbono de la martensita y la distribución de otros componentes. Dos componentes con dureza similar pueden tener diferentes composiciones de fases., por lo que la dureza por sí sola no puede establecer de manera confiable la fracción de austenita retenida. Utilice un método cuantitativo como la difracción de rayos X cuando el contenido sea importante..

¿Un resultado de austenita retenida superior al esperado significa que la pieza está fuera de especificación??

No automáticamente.

No existe un porcentaje único aceptable para todos los aceros. El resultado debe evaluarse frente a los requisitos aplicables de materiales y componentes.. Primero confirme que la medición sea confiable., luego revise el material y el historial del proceso antes de cambiar el proceso.

¿Qué condiciones aumentan la austenita retenida??

El carbono disuelto en austenita y ciertos elementos de aleación reducen la temperatura inicial de martensita., por lo que temperaturas de austenitización más altas y una mayor disolución del carburo pueden aumentar la austenita retenida en algunos aceros.. El efecto es específico del material y debe confirmarse para cada acero en lugar de asumirse..