Остаточный аустенит после индукционной закалки: Почему он формируется и почему это важно

Формирование, Эффекты производительности, и измерения в стали с индукционной закалкой

Почему после индукционной закалки остается остаточный аустенит, и вредно ли это? Ответ зависит от стали, микроструктура, образующаяся при нагреве и закалке, и требования к готовому компоненту.

остаточный аустенит часть аустенита, образующаяся при нагреве и остающаяся непреобразованной после закалки.. Это не является автоматически дефектом, но его количество и распределение могут влиять на твердость, износостойкость и стабильность размеров. Понимание того, как оно формируется и как его можно измерить, помогает инженерам определить, представляет ли оно приемлемое микроструктурное состояние или требует дальнейшего исследования..

1. Что такое остаточный аустенит после индукционной закалки?

Во время индукционная закалка, поверхность заготовки нагревается до образования аустенита. Быстрое охлаждение затем превращает большую часть этого аустенита в мартенсит., создание упрочненного поверхностного слоя. Трансформация может остаться незавершенной, оставляя некоторое количество аустенита в конечной микроструктуре.

Закаленная область может содержать мартенсит., сохраняется аустенит и, в зависимости от стали и условий нагрева, нерастворенные карбиды или другие компоненты. Их пропорции могут варьироваться в зависимости от закаленного слоя, поскольку местная термическая история, исходная микроструктура и распределение углерода не обязательно однородны.

Остаточный аустенит и нерастворенные карбиды представляют собой разные составляющие.. Карбиды, растворяющиеся при нагревании, могут выделять углерод в аустенит., изменение его состава и последующее трансформационное поведение. Таким образом, степень растворения карбидов может влиять на содержание остаточного аустенита после закалки..

Для компонента индукционной закалки, выявление остаточного аустенита – это только первый шаг. Его сумма, расположение и влияние на требуемые свойства компонента определяют, нуждается ли он в дальнейшей оценке..

2. Почему остаточный аустенит остается после закалки?

Остаточный аустенит образуется, когда мартенситное превращение не поглощает весь аустенит, образующийся при нагреве.. Результат зависит от состава аустенита., его состояние до закалки и температура, достигнутая при охлаждении.

Состав аустенита и температура превращения

Температура начала мартенсита (РС) — температура, при которой начинается мартенситное превращение при охлаждении. Углерод, растворенный в аустените, вместе с некоторыми легирующими элементами, может снизить Мс.

Когда сталь остывает ниже Ms, мартенситные формы. Если охлаждение прекращается до того, как трансформация завершится в достаточной степени, некоторое количество аустенита остается непреобразованным. В сталях с относительно низкой температурой превращения, остаточный аустенит может остаться даже после значительного охлаждения.

Это помогает объяснить, почему две стали, подвергнутые одинаковым циклам индукционной закалки, могут иметь разную микроструктуру.. Их составы и получаемые характеристики аустенита могут различаться., поэтому одни и те же номинальные условия процесса не обязательно приводят к одинаковому содержанию остаточного аустенита..

Температура аустенизации и растворение карбидов

Во время нагрева, карбиды могут растворяться в аустените. Степень растворения зависит от материала., температура и время при температуре.

Дополнительный углерод, растворенный в аустените, может изменить его поведение при трансформации и, в некоторых сталях, увеличить количество остаточного аустенита после закалки.

Эта взаимосвязь была исследована на подшипниковой стали с индукционным нагревом.. В Влияние условий индукционного нагрева на закаленную структуру стали SUJ2, Исследователи изучили влияние температуры аустенизации и содержания нерастворенных карбидов на остаточный аустенит и твердость.. В изученных условиях, более высокие температуры аустенизации и более низкое содержание нерастворенных карбидов были связаны с увеличением остаточного аустенита..

Эти выводы применимы к исследуемой стали SUJ2 и условиям эксперимента.. Их не следует рассматривать как универсальную зависимость для каждой стали, подвергнутой индукционной закалке..

Почему условия индукционного нагрева имеют значение

При индукционной закалке обычно используется быстрый нагрев и относительно короткие циклы нагрева.. Образующийся аустенит зависит от того, как материал реагирует во время этого конкретного термического цикла., включая то, как быстро образуется аустенит и сколько углерода растворяется перед закалкой.

Поэтому первоначальная микроструктура имеет значение.. Распределение карбидов и предварительная термообработка могут повлиять на процесс аустенитизации и состав образующегося аустенита..

Сами по себе номинальная мощность или время нагрева не определяют фактическое состояние аустенизации всей заготовки.. Термическую историю закаленной области необходимо учитывать при исследовании неожиданной микроструктуры..

Для более широкого объяснения влияния исходного материала, см. Как предыдущая микроструктура влияет на результаты индукционной закалки.

Условия закалки и окончательное превращение

Закалка определяет путь охлаждения после аустенизации., но остаточный аустенит — это не просто свидетельство недостаточно жесткой закалки.. Некоторое количество аустенита может остаться, поскольку его состав и характеристики превращения не позволяют мартенситному превращению завершиться при конечной температуре..

Условия охлаждения по-прежнему имеют значение, но их следует оценивать наряду с составом стали и аустенитом, образующимся при нагреве.. Изменение острота утоления само по себе не может устранить основную причину.

3. Как остаточный аустенит может повлиять на закаленную сталь??

Остаточный аустенит может повлиять на производительность компонентов., но его наличие не означает автоматически проблему. Последствия зависят от его количества и распределения., окружающая микроструктура и условия, в которых работает компонент.

Твёрдость

Мартенсит обычно является основной твердой фазой, получаемой при обычной закалке стали.. Поскольку остаточный аустенит и мартенсит имеют разные механические свойства., их пропорции могут влиять на измеренную твердость.

Твердость также зависит от таких факторов, как содержание углерода в мартенсите и распределение других микроструктурных составляющих.. Таким образом, измерение твердости не может надежно установить долю остаточного аустенита.. Два компонента с одинаковыми показателями твердости могут иметь разный фазовый состав..

Если твердость изменяется после регулировки процесса, сам по себе этот результат не определяет, увеличился или уменьшился остаточный аустенит..

Износ и контактная усталость

В передачах, подшипники и другие компоненты, подвергающиеся повторяющимся контактным нагрузкам, остаточный аустенит может влиять на износ и усталостные характеристики.

При некоторых условиях загрузки, остаточный аустенит может трансформироваться и способствовать изменениям местной твердости и напряжений.. В других обстоятельствах, его присутствие может быть связано со снижением производительности. Результат зависит от стали., окружающая микроструктура и условия эксплуатации, поэтому одного содержания остаточного аустенита недостаточно для прогнозирования износостойкости или усталостной долговечности..

Стабильность размеров и остаточное напряжение

Остаточный аустенит может быть важен, когда стабильность размеров имеет решающее значение. Если он трансформируется в ходе последующей обработки или обслуживания, связанное с этим изменение объема может повлиять на размеры компонентов и перераспределить остаточные напряжения..

Это важно для прецизионных компонентов, подгонка которых, зазор или геометрия должны оставаться в пределах указанных допусков. Риск зависит от стабильности остаточного аустенита и условий, которым подвергается деталь.; его наличие не означает, что обязательно произойдут изменения размеров.

Соответствующий инженерный вопрос заключается в том, соответствует ли полученная микроструктура требованиям компонента., а не вопрос о том, можно ли полностью устранить остаточный аустенит.

4. Как измеряется остаточный аустенит?

Когда остаточный аустенит может повлиять на производительность компонента, его содержание следует измерять подходящим методом, а не делать выводы только на основе твердости..

Рентгеновская дифракция

Рентгеновская дифракция (рентгеноструктурный анализ) широко используется для количественного определения остаточного аустенита в стали.. Он идентифицирует кристаллические фазы по их дифракционным картинам и может оценить долю остаточного аустенита при использовании соответствующей процедуры измерения..

Технический документ SAE Остаточный аустенит и его измерение методом рентгеновской дифракции. обсуждает рентгеновские измерения в закаленных сталях и других конструкционных материалах..

Для компонентов индукционной закалки, место измерения имеет значение. Результат рентгеноструктурного анализа характеризует отобранный приповерхностный измерительный объем.; его не следует автоматически рассматривать как репрезентативный для всего закаленного случая.. Если содержание остаточного аустенита меняется с глубиной, план проверки должен учитывать это изменение.

Результат также необходимо интерпретировать в контексте.. Состояние поверхности, текстура материала, процедура измерения и другие микроструктурные составляющие могут повлиять на измерение или его интерпретацию..

Другие методы измерения

Магнитные методы и дифракция обратного рассеяния электронов (ЕБСР) может подойти для конкретных применений. Магнитные методы могут потребовать калибровки для конкретного применения., в то время как EBSD может предоставить локализованную информацию о фазе, но требует более сложной подготовки и анализа проб..

Визуальный осмотр протравленной микроструктуры сам по себе не является надежной заменой количественного измерения фазы, когда требуется точное определение доли остаточного аустенита.. Протокол заседания ASM Преимущества остаточного аустенита или их предотвращение требуют надежного определения обсуждается важность надежного определения и ограничения различных подходов к измерению..

Метод должен соответствовать инженерному вопросу. Регулярное испытание на твердость, например, не дает той же информации, что и количественное измерение остаточного аустенита.. Для более широкого обзора проверки, см. Как проверить детали, подвергнутые индукционной закалке.

5. Что следует проверить, если уровень остаточного аустенита превышает ожидаемый?

Более высокий, чем ожидалось, результат остаточного аустенита не означает автоматически, что компонент не соответствует техническим характеристикам.. Не существует единого приемлемого процента для всех сталей индукционной закалки.. Результат необходимо оценить на соответствие соответствующим требованиям к материалам и критериям эффективности компонентов..

Сначала подтвердите измерение

Убедитесь, что метод измерения подходит, результат надежен, а место измерения соответствует интересующей области. Если результат неожиданный, проверьте это перед изменением процесса.

Просмотрите историю материала и процесса.

Подтвердите марка стали и исходное материальное состояние, затем просмотрите фактический цикл нагрева и записи закалки.. Особое внимание следует уделять состоянию аустенизации и тому, соответствует ли процесс намеченной процедуре..

Эти записи помогают определить, соответствует ли результат поведению материала при трансформации или может указывать на отклонение от процесса..

Решите, оправдано ли изменение процесса

Сравните результат измерения с применимыми спецификациями и функциональными требованиями.. Если остаточный аустенит связан с продемонстрированной проблемой производительности, прежде чем корректировать процесс, выясните вероятную причину.

Увеличение температуры аустенизации или изменение жесткости закалки без понимания причины может не дать желаемого результата.. Такие изменения могут также повлиять на образование мартенсита., растворение карбидов и твердость.

Где необходима корректировка, проверить его эффект посредством соответствующих измерений микроструктуры и соответствующих тестов качества компонентов..

Ключевой вывод

Остаточный аустенит после индукционной закалки — это часть аустенита, оставшаяся непреобразованной после закалки., и его наличие не является автоматически дефектом.

Его количество зависит от состава стали., условия аустенизации, растворение карбида и путь охлаждения, и его последствия для твердости, носить, Контактная усталость и стабильность размеров зависят от компонента и условий эксплуатации..

Практический вопрос заключается в том, соответствует ли измеренное содержание требованиям компонента., вопрос о том, можно ли полностью удалить остаточный аустенит.

Часто задаваемые вопросы

Сохраненный аустенит всегда является дефектом?

Нет.

Остаточный аустенит не является автоматически вредным.. Его значимость зависит от его количества и распределения., окружающая микроструктура и требования к обслуживанию компонента. Некоторое количество остаточного аустенита допустимо во многих деталях, подвергнутых индукционной закалке..

Могу ли я определить содержание остаточного аустенита по показаниям твердости??

Нет.

Твердость зависит от нескольких факторов, включая содержание углерода в мартенсите и распределение других составляющих. Два компонента одинаковой твердости могут иметь разный фазовый состав., поэтому сама по себе твердость не может надежно установить долю остаточного аустенита. Используйте количественный метод, такой как дифракция рентгеновских лучей, когда содержание имеет значение..

Означает ли более высокий, чем ожидалось, результат остаточного аустенита, что деталь не соответствует техническим характеристикам??

Не автоматически.

Не существует единого приемлемого процента для всех сталей.. Результат необходимо оценить на соответствие применимым требованиям к материалам и компонентам.. Сначала убедитесь, что измерения надежны, затем просмотрите историю материала и процесса, прежде чем менять процесс..

Какие условия увеличивают остаточный аустенит?

Углерод, растворенный в аустените, и некоторые легирующие элементы снижают температуру начала мартенсита., поэтому более высокие температуры аустенизации и большее растворение карбидов могут увеличить остаточный аустенит в некоторых сталях.. Эффект зависит от материала и должен быть подтвержден для каждой стали, а не предполагаться..