notícias da empresa sobre Explicação abrangente das estruturas metalográficas comuns utilizadas na produção industrial de aço

一、Estrutura básica de solução sólida

1. Austenita（A [Feγ (C)] ）

A austenita é uma solução sólida formada pela dissolução de carbono e elementos de liga em γ -Fe. No sistema de aço de liga, é uma estrutura estável na qual o carbono e vários elementos de liga são dissolvidos em conjunto em γ -Fe. Sua característica notável é a excelente plasticidade, mas sua dureza e limite de escoamento são relativamente baixos, com valores de dureza Brinell tipicamente variando de 170 a 220HB. É a microestrutura com o menor volume específico entre os aços. Em condições de alta temperatura, a austenita tem uma forte capacidade de dissolver carbono. A 1147°C, a quantidade de carbono dissolvido pode atingir 2,11%, e quando a temperatura cai para 727°C, a quantidade de carbono dissolvido diminui para 0,77%. Sob um microscópio metalográfico, a austenita exibe uma forma poligonal regular devido à manutenção da estrutura de rede cúbica de face centrada de γ -Fe. Essa microestrutura confere ao aço excelentes propriedades de trabalho a frio. Durante processos de trabalho a quente, como forjamento e laminação, a presença de austenita auxilia na deformação plástica do aço.

2. Ferrita（F [Feα (C)] ）

A ferrita é uma solução sólida formada pela dissolução de carbono e elementos de liga em α -Fe. Seu desempenho é semelhante ao do ferro puro, com uma dureza relativamente baixa, variando aproximadamente de 80 a 100HB, mas possui excelente plasticidade. Quando elementos de liga são dissolvidos na ferrita, eles podem efetivamente aumentar a resistência e a dureza do aço. A 727°C, a solubilidade do carbono na ferrita é de apenas 0,022%, e à temperatura ambiente, é tão baixa quanto 0,008%. A ferrita mantém a estrutura de rede cúbica de corpo centrado de α -Fe e exibe características metalográficas poliédricas típicas de metais puros em estruturas metalográficas. A presença de ferrita confere ao aço boa tenacidade e conformabilidade a frio, e é frequentemente usada em componentes estruturais com altos requisitos de plasticidade.

二、Compostos e estruturas mistas

1. Cementita（Fe₃C ）

A cementita, um composto composto de ferro e carbono, também é conhecida como carboneto de ferro. À temperatura ambiente, a maioria do carbono em ligas ferro-carbono existe na forma de cementita. De acordo com o diagrama de equilíbrio ferro-carbono, a cementita pode ser classificada em três tipos com base em seu caminho de precipitação e morfologia: A cementita primária cristaliza e precipita do líquido ao longo da linha CD, apresentando principalmente uma forma colunar; A cementita secundária precipita ao longo da linha ES de soluções sólidas γ e frequentemente aparece em uma forma reticular branca. A cementita terciária precipita ao longo da linha PQ da solução sólida α e também é principalmente uma rede branca. A cementita tem magnetismo fraco em ambientes de baixa temperatura. Seu magnetismo desaparece quando a temperatura excede 217° C. Seu ponto de fusão é de aproximadamente 1600°C, e seu teor de carbono é de 6,67%. A dureza da cementita é extremamente alta, excedendo em muito 700HB, mas é extremamente frágil e quase não possui plasticidade. No aço, a morfologia e a distribuição da cementita têm um impacto significativo na resistência, dureza e resistência ao desgaste do aço. Por exemplo, a cementita granular pode aumentar a tenacidade do aço, mantendo uma certa resistência.

2. Perlita（P ）

A perlita é uma mistura mecânica de ferrita e cementita, e é o produto da transformação eutetoide do aço carbono com um teor de carbono de 0,77%. Sua microestrutura é uma estrutura lamelar com ferrita e cementita dispostas alternadamente. O tamanho do espaçamento da lâmina de perlita depende do grau de sub-resfriamento durante a decomposição da austenita. Quanto maior o grau de sub-resfriamento, menor o espaçamento da lâmina de perlita formado. Com base na diferença no espaçamento lamelar, ela pode ser classificada em perlita, sorbita e troostita, mas essencialmente todas são estruturas do tipo perlita. A perlita lamelar grosseira é o produto da decomposição da austenita na faixa de alta temperatura de 650-700 °C, com uma dureza de aproximadamente 190-230 HB. As lâminas de Fe₃C podem ser distinguidas usando um microscópio metalográfico geral (abaixo de 500 vezes de ampliação). A sorbita é o produto da decomposição da austenita na faixa de temperatura de 600-650 °C, com uma dureza de aproximadamente 240-320HB. Requer um microscópio de alta potência (ampliado 1000 vezes) para distinguir as lâminas de Fe₃C. A troostita é o produto da decomposição da austenita em altas temperaturas de 550-600 °C, com uma dureza de aproximadamente 330-400 HB. As lâminas de Fe₃C só podem ser distinguidas através de um microscópio eletrônico (ampliado 10.000 vezes). Sob condições específicas de tratamento térmico, como recozimento de esferoidização ou revenimento em alta temperatura, a cementita pode ser distribuída uniformemente em forma granular na matriz de ferrita, formando perlita esferoidal, também conhecida como perlita granular. Essa microestrutura pode efetivamente melhorar a usinabilidade e a tenacidade do aço.

3. Martensita（M ）

A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono em α -Fe. Quando o aço passa por tratamento de austenitização em alta temperatura e é resfriado a uma taxa extremamente rápida abaixo do ponto de martensita, devido à estrutura instável de γ -Fe em ambientes de baixa temperatura, ele se transformará rapidamente em α -Fe. No entanto, devido à taxa de resfriamento extremamente rápida, os átomos de carbono no aço não têm tempo para se difundir, retendo assim a composição da austenita da fase-mãe em altas temperaturas. Portanto, a martensita é o produto de uma transformação de fase não difusiva que ocorre quando o aço é resfriado rapidamente abaixo do ponto de martensita após a austenitização. A martensita está em um estado metaestável. Devido à supersaturação de carbono em α -Fe, a rede cúbica de corpo centrado de α -Fe é distorcida, formando uma rede quadrada de corpo centrado. Isso confere à martensita uma dureza extremamente alta, aproximadamente entre 640 e 760HB, mas também a torna altamente frágil, com baixa tenacidade ao impacto, e a redução da área e o alongamento são quase próximos de zero. Devido à distorção da rede causada pelo carbono supersaturado, o volume específico da martensita é maior do que o da austenita. Quando a martensita se forma no aço, ela gerará uma tensão de transformação de fase relativamente grande. Sob condições normais de processo de têmpera, a martensita apresenta estruturas brancas em forma de agulha em certos ângulos entre si na estrutura metalográfica. No entanto, nem todas as estruturas martensíticas são duras e frágeis. Por exemplo, aços de alta resistência de baixa liga contendo elementos de liga como manganês, cromo, níquel e molibdênio, após tratamento de têmpera e revenimento, possuem uma microestrutura de martensita de baixo carbono revenida. Essa estrutura combina alta resistência com boa tenacidade e é amplamente utilizada na construção, fabricação mecânica e outros campos.

• Estrutura metalográfica especial
  
  1. Bainita（B ）

A bainita é uma mistura de ferrita supersaturada e cementita formada pela transformação de fase da austenita sub-resfriada na faixa de temperatura média (aproximadamente 250-450 °C). A bainita pode ser classificada em bainita superior e bainita inferior com base na diferença em sua temperatura de formação. A bainita superior é uma microestrutura formada perto da temperatura de formação da perlita. Sua característica é que as lâminas de α -Fe são dispostas em paralelo na mesma direção dentro dos grãos, começando nas fronteiras dos grãos, com partículas de cementita intercaladas entre as lâminas. Na estrutura metalográfica, ela aparece em forma de pena e pode ser simétrica ou assimétrica. A resistência da bainita superior é menor do que a da perlita lamelar fina formada na mesma temperatura, e é mais frágil. A bainita inferior é uma estrutura formada em torno de 300°C e aparece como estruturas em forma de agulha preta em estruturas metalográficas. Tanto a bainita superior quanto a inferior são essencialmente combinações de ferrita e cementita, mas diferem na morfologia e na distribuição de carbonetos. A resistência da bainita inferior é semelhante à da martensita revenida na mesma temperatura, e seu desempenho abrangente é superior ao da bainita superior. Em alguns casos, é ainda melhor do que a martensita revenida. Para algumas peças que exigem um bom ajuste de resistência e tenacidade, como peças de eixo feitas de aço carbono médio, obter uma estrutura de bainita inferior por meio de tratamento térmico apropriado pode aumentar a vida útil das peças.

2. Organização de Widmanstatten

A estrutura de Widmanstatten geralmente ocorre em aço hipoeutetóide. É formada devido ao superaquecimento do aço e à formação de austenita de grão grosso. Sob condições específicas de sub-resfriamento, além da precipitação de α -Fe maciço nas fronteiras dos grãos de austenita originais, também haverá α -Fe em forma de placa crescendo das fronteiras dos grãos para o interior dos grãos. Esses α -Fe em flocos têm uma certa relação de orientação cristalina com a austenita original, apresentando nos grãos formas em flocos que estão em um certo ângulo entre si ou paralelos entre si, o que é comumente referido como a estrutura de Widmanstatten do aço hipoeutetóide. O aço hipoeutetóide superaquecido é propenso a desenvolver a estrutura de Widmanstatten a uma taxa de resfriamento relativamente rápida. Quando a estrutura de Widmanstatten é severa, ela levará a uma diminuição significativa na tenacidade ao impacto e na redução da área do aço, tornando o aço frágil. No entanto, por meio de tratamento de recozimento completo, a estrutura de Welmanstatten pode ser eliminada e as propriedades do aço podem ser restauradas. No processo de produção de aço, controlar a temperatura de aquecimento e a taxa de resfriamento é a chave para evitar a formação da estrutura de Widmanstatten.

3. Tecido em faixas

A estrutura em faixas é uma característica de microestrutura do aço estrutural de baixo carbono após o trabalho a quente, manifestada especificamente como uma estrutura em faixas na qual a ferrita e a perlita são distribuídas em camadas paralelas à direção de processamento. Essa microestrutura fará com que as propriedades mecânicas do aço mostrem anisotropia. Existem diferenças no desempenho do aço na direção paralela e perpendicular à direção da faixa, e também reduzirá a tenacidade ao impacto e a redução da área do aço. Durante o processo de laminação do aço, controlando a temperatura final de laminação, a taxa de resfriamento e a relação de laminação razoável e outros parâmetros do processo, a formação da estrutura em faixas pode ser reduzida ou evitada.

4. Fase δ

A fase δ é uma pequena quantidade de ferrita presente no aço inoxidável cromo-níquel, especialmente aqueles que contêm elementos como nióbio e titânio. No aço inoxidável austenítico, a fase δ desempenha um papel significativo. Ela pode efetivamente impedir a formação de rachaduras cristalinas em soldas de aço inoxidável, reduzir a tendência à corrosão intergranular e corrosão sob tensão e, ao mesmo tempo, aumentar a resistência do aço inoxidável. No entanto, quando a quantidade de δ ferrita excede um certo limite (por exemplo, mais de 8%), ela aumentará a tendência de pite do aço inoxidável. Além disso, em condições de alta temperatura, a fase δ é propensa a se transformar na fase σ, e essa transformação pode causar fragilização do metal. Ao projetar a composição do aço inoxidável e formular o processo de tratamento térmico, é necessário controlar com precisão o teor da fase δ para equilibrar seus efeitos benéficos e prejudiciais.

5. Fase σ

A fase - σ foi descoberta como uma fase de liga ao estudar o fenômeno de fragilidade de ligas Fe-Cr. À temperatura ambiente, a fase σ é não magnética e possui as características de ser dura e frágil. Quando a fase σ existe na liga, especialmente quando é distribuída ao longo das fronteiras dos grãos, ela reduzirá significativamente a plasticidade e a tenacidade do aço. A fase σ geralmente requer um ambiente de alta temperatura de 550-900 °C por um tempo relativamente longo para se formar gradualmente, e seu processo de formação levará à deterioração do desempenho do material em uso. A formação da fase σ está relacionada a muitos fatores do aço, como sua composição (incluindo o teor de elementos como cromo e níquel), microestrutura, temperatura de aquecimento, tempo de espera e pré-deformação. Em aços inoxidáveis de alto cromo e níquel-cromo, quanto maior o teor de cromo, mais fácil é formar a fase σ. Além disso, a δ ferrita no aço austenítico é propensa a se transformar na fase σ, e o processo de deformação a frio também promove a formação da fase σ, fazendo com que a faixa de temperatura em que a fase σ se forma se desloque para baixo. Durante a produção e aplicação de aço inoxidável, é necessário monitorar de perto a formação da fase σ e evitar seus efeitos adversos nas propriedades do material por meio de controle de processo razoável.