Fragilizarea la revenire: Capcana 375–575 °C în oțelurile Cr-Mo

Fenomenul

Fragilizarea la revenire este o pierdere a tenacității la impact care se dezvoltă atunci când anumite oțeluri aliate sunt menținute în domeniul de aproximativ 375–575 °C sau răcite lent prin acesta. Proprietățile la tracțiune și duritatea oțelului abia se modifică — o piesă poate trece fiecare încercare de rutină și poate fi totuși fragilă la temperatura camerei, cu temperatura de tranziție ductil–fragil deplasată brusc în sus. Este cel mai bine cunoscută la oțelurile cu crom și Cr-Mo, inclusiv familiile 2.25Cr-1Mo și Cr-Mo-V folosite pentru recipiente sub presiune, rotoare și șuruburi grele.

Mecanismul: impurități la limitele grăunților

Fragilizarea nu este cauzată de principalele elemente de aliere în sine. Impuritățile în urme — în principal fosfor, staniu, antimoniu și arsen — segregă la limitele grăunților de austenită anterioară în timp ce oțelul se află în domeniul critic, slăbind limitele, astfel încât ruperea se propagă între grăunți. Manganul și cromul favorizează segregarea; molibdenul, în cantități moderate, o întârzie, acesta fiind unul dintre motivele pentru care Mo apare în atât de multe mărci pentru recipiente sub presiune.

Din mecanism decurg două caracteristici:

• Este reversibilă. Reîncălzirea peste domeniu (și răcirea rezonabil de rapidă) redizolvă segregarea și restabilește tenacitatea — de aici "fragilizare reversibilă la revenire", distinctă de fragilizarea unidirecțională a martensitei revenite la temperaturi mai scăzute.
• Depinde de timp. Trecerea scurtă prin domeniu face puțin rău; menținerile lungi, răcirea lentă în cuptor a secțiunilor grele și anii de exploatare în interiorul domeniului acumulează deteriorarea.

Cum o combat specificațiile

Deoarece cauza este chimia, apărarea este înscrisă în cerințele de achiziție:

• Limite pentru impurități — elaboratorii controlează P, Sn, Sb și As la niveluri scăzute, iar cumpărătorii de piese forjate critice specifică în comanda de achiziție parametri combinați de fragilizare (formulele utilizate pe scară largă J-factor și X-bar ponderează aceste elemente împreună).
• Practica de revenire — revenire peste domeniu, acolo unde este posibil, și evitarea răcirii lente prin acesta în secțiuni grele; ciclurile de încercare cu răcire în trepte sunt folosite pentru calificarea materialului pentru recipiente care vor funcționa în domeniu.
• Acceptare prin încercări la impact — cerințele Charpy privind temperatura de tranziție, uneori după un ciclu simulat de fragilizare, verifică tenacitatea reală, mai degrabă decât să o presupună.

Interpretare practică

Dacă o componentă Cr-Mo a petrecut o exploatare lungă la 400–550 °C și trebuie evaluată, duritatea singură nu spune nimic despre tenacitatea ei. Invers, o piesă forjată nouă care îndeplinește limite stricte pentru impurități și este revenită corect nu este "în pericol" doar pentru că temperatura ei de revenire a fost aleasă aproape de domeniu — fenomenul are nevoie împreună de impurități, temperatură și timp.

Cum este detectată

Deoarece duritatea și rezistența la tracțiune rămân normale, fragilizarea la revenire este depistată prin încercarea la impact Charpy — în special prin deplasarea temperaturii de tranziție ductil–fragil în comparație cu starea nefragilizată. Tenacitatea măsurată la o singură temperatură poate induce în eroare; curba de tranziție este dovada. Acolo unde istoricul unei componente este suspect, sunt încercate eșantioane trepanate din piesă sau prelungiri ale piesei forjate originale, uneori după o reîncălzire de defragilizare pentru confirmarea diagnosticului: dacă tenacitatea revine după reîncălzire și răcire rapidă, cauza a fost fragilizarea la revenire — mai degrabă decât o deteriorare permanentă, precum fluajul sau atacul cu hidrogen.