Austenit Dư và Xử Lý Lạnh Sâu: Khi Nhiệt Độ Dưới 0 Độ Mang Lại Hiệu Quả

Austenit dư là gì

Tôi chuyển biến austenit thành martensit trong khoảng giữa nhiệt độ bắt đầu martensit (Ms) và nhiệt độ kết thúc martensit (Mf). Trong thép carbon thấp thường, Mf nằm trên nhiệt độ phòng và chuyển biến hoàn thành. Trong thép carbon cao và thép hợp kim cao — thép dụng cụ, các mác thấm carbon, thép ổ lăn — hàm lượng carbon và hợp kim làm giảm Ms và Mf, và một phần austenit đơn giản là không bao giờ chuyển biến: austenit dư, một pha mềm trộn lẫn vào tổ chức đã hóa bền.

Lượng thay đổi rộng rãi theo mác và thực hành austenit hóa; các con số từ vài phần trăm đến khoảng 20–30% được báo cáo trong thép dụng cụ hợp kim cao được hóa bền từ đỉnh khoảng nhiệt độ của chúng.

Vì sao nó quan trọng

• Độ cứng và mài mòn: austenit dư mềm hơn martensit, vì vậy lượng quá mức gây tổn thất độ cứng và hiệu năng mỏi tiếp xúc (thép ổ lăn được chỉ định chặt chẽ vì lý do này).
• Tính ổn định kích thước: austenit dư ở trạng thái giả bền. Nó có thể chuyển biến sau này — dưới ứng suất, nhiệt mài hoặc thay đổi nhiệt độ — và chuyển biến làm chi tiết giãn nở. Các dụng cụ đo, khuôn chính xác và cấu kiện ổ lăn trôi ra khỏi dung sai trong dịch vụ là triệu chứng kinh điển.
• Nó không hoàn toàn xấu: một lượng nhỏ, được kiểm soát có thể mang lại lợi ích cho độ dai và hành vi tiếp xúc lăn, và riêng ram chuyển biến phần lớn trong số đó (xem bên dưới).

Các biện pháp khắc phục, theo thứ tự

1. Ram. Một lần ram được chọn đúng cách (và đối với thép dụng cụ, một lần ram thứ hai) phân hủy austenit dư và ram martensit mới tạo thành. Đối với nhiều dụng cụ, điều này là đủ và không cần xử lý lạnh.
2. Xử lý dưới 0 độ — làm nguội chi tiết vừa tôi đến khoảng −70 to −85 °C (khoảng đá khô hoặc làm lạnh cơ học) và giữ trong thời gian ngắn, thúc đẩy chuyển biến gần hơn đến Mf. Được sử dụng rộng rãi cho các cấu kiện ổ lăn và thấm carbon.
3. Xử lý lạnh sâu — làm nguội đến nhiệt độ nitơ lỏng, khoảng −196 °C, với làm nguội và làm ấm chậm có kiểm soát, thường giữ trong nhiều giờ và luôn tiếp theo là ram. Ngoài việc hoàn thành chuyển biến austenit, lạnh sâu được cho là thúc đẩy sự kết tủa cacbit rất mịn trong thép dụng cụ; lợi ích về ổn định kích thước đã được xác lập rõ, trong khi mức độ lợi ích về tuổi thọ mài mòn thay đổi theo mác và nghiên cứu.

Các quy tắc trình tự quyết định thành công

• Xử lý ngay sau khi tôi — các chi tiết bị trì hoãn có thể ổn định austenit, và các chi tiết chịu ứng suất có thể nứt nếu để ở trạng thái vừa tôi.
• Làm nguội và làm ấm dần dần; các tiết diện mỏng và khuôn phức tạp nhạy cảm với sốc nhiệt theo cả hai hướng.
• Luôn ram sau đó. Martensit mới hình thành trong lạnh chưa được ram và giòn; một chu trình lạnh sâu kết thúc ở nhiệt độ phòng mà không ram đã làm chi tiết tệ hơn.

Khi nào nó mang lại hiệu quả

Xử lý dưới 0 độ hoặc lạnh sâu xứng đáng với chi phí của nó trên: dụng cụ đo chính xác và mẫu chuẩn, dụng cụ cắt và tạo hình cao cấp, cấu kiện ổ lăn với giới hạn austenit dư chặt chẽ, và các khuôn mà dung sai của chúng không thể hấp thụ sự phát triển kích thước trong dịch vụ. Đối với các chi tiết máy móc thông thường bằng thép carbon trung bình — vốn giữ lại ít austenit ngay từ đầu — nó bổ sung chi phí mà không có cơ chế để hoàn trả.