Austenita reziduală și tratamentul criogenic: Când se justifică tratamentul sub zero

Ce este austenita reziduală

Călirea transformă austenita în martensită între temperaturile de început al martensitei (Ms) și de sfârșit al martensitei (Mf). La oțelurile simple cu conținut scăzut de carbon, Mf se situează peste temperatura camerei, iar transformarea se finalizează. La oțelurile cu conținut ridicat de carbon și puternic aliate — oțeluri de scule, mărci pentru cementare, oțeluri pentru rulmenți — conținutul de carbon și de elemente de aliere coboară Ms și Mf, iar o fracțiune din austenită pur și simplu nu se transformă niciodată: austenita reziduală, o fază moale amestecată în structura călită.

Cantitățile variază mult în funcție de marcă și de practica de austenitizare; valori de la câteva procente până la aproximativ 20–30% sunt raportate la oțelurile de scule puternic aliate, călite din partea superioară a domeniului lor de temperatură.

De ce contează

• Duritate și uzură: austenita reziduală este mai moale decât martensita, astfel încât cantitățile în exces costă duritate și performanță la oboseala de contact (oțelurile pentru rulmenți sunt specificate strict din acest motiv).
• Stabilitate dimensională: austenita reziduală este metastabilă. Se poate transforma ulterior — sub tensiune, căldură de rectificare sau schimbare de temperatură — iar transformarea expandează piesa. Calibrele, matrițele de precizie și componentele pentru rulmenți care ies din toleranță în exploatare sunt simptomul clasic.
• Nu este în întregime rea: o cantitate mică, controlată, poate favoriza tenacitatea și comportamentul la contact de rostogolire, iar revenirea singură transformă o mare parte din ea (a se vedea mai jos).

Remediile, în ordine

1. Revenirea. O revenire aleasă corespunzător (și, pentru oțelurile de scule, o a doua revenire) descompune austenita reziduală și revenuește martensita proaspătă rezultată. Pentru multe scule, aceasta este suficientă și nu este necesar niciun tratament la rece.
2. Tratamentul sub zero — răcirea piesei proaspăt călite la aproximativ −70 până la −85 °C (domeniul gheții carbonice sau al refrigerării mecanice) și menținerea scurtă, ducând transformarea mai aproape de Mf. Folosit pe scară largă pentru componente pentru rulmenți și cementate.
3. Tratamentul criogenic profund — răcirea la temperaturi ale azotului lichid, în jur de −196 °C, cu răcire și încălzire lente și controlate, menținut de obicei timp de multe ore și urmat întotdeauna de revenire. Dincolo de finalizarea transformării austenitei, tratamentul criogenic profund este creditat cu favorizarea precipitării foarte fine a carburilor în oțelurile de scule; beneficiul pentru stabilitatea dimensională este bine stabilit, în timp ce mărimea beneficiului pentru durata de viață la uzură variază în funcție de marcă și de studiu.

Reguli de succesiune care decid succesul

• Tratați prompt după călire — piesele întârziate pot stabiliza austenita, iar piesele tensionate se pot fisura dacă sunt lăsate în stare călită.
• Răciți și încălziți treptat; secțiunile subțiri și matrițele complexe sunt sensibile la șocul termic în ambele direcții.
• Reveniți întotdeauna ulterior. Martensita proaspătă formată la rece este nerevenită și fragilă; un ciclu criogenic care se încheie la temperatura camerei fără o revenire a înrăutățit piesa.

Când se justifică

Tratamentul sub zero sau criogenic își justifică costul la: calibre și etaloane de precizie, scule de tăiere și de formare de înaltă clasă, componente pentru rulmenți cu limite stricte pentru austenita reziduală și matrițe ale căror toleranțe nu pot absorbi creșterea în exploatare. Pentru piesele de mașini generale din oțeluri cu conținut mediu de carbon — care rețin de la început puțină austenită — acesta adaugă cost fără un mecanism care să îl răsplătească.