Ferrita, Austenita, Cementita, Perlita, Bainita, Estrutura Widmanstatten, Martensita, Ledeburita... Tudo em Um Artigo!

Os materiais modernos podem ser divididos em quatro categorias: metais, polímeros, cerâmicas e materiais compósitos. Apesar do rápido desenvolvimento de materiais poliméricos, o aço em materiais metálicos ainda é o material mais utilizado e mais importante na tecnologia de engenharia. Então, quais fatores determinam o domínio dos materiais de aço. Aqui está uma introdução detalhada para os fãs de ouro.

O aço é refinado a partir do minério de ferro, com fontes abundantes e preços baixos. O aço, também conhecido como liga ferro-carbono, é composto de ferro (Fe), carbono (C), silício (Si), manganês (Mn), fósforo (P), enxofre (S) e outras pequenas quantidades de elementos (Cr, V, etc.) Liga. Ajustando o conteúdo de vários elementos no aço e o processo de tratamento térmico (quatro fogos: têmpera, recozimento, revenimento e normalização), uma variedade de estruturas metalográficas podem ser obtidas, de modo que o aço tenha diferentes propriedades físicas.

O aço é amostrado, polido, polido e finalmente corroído com um agente corrosivo específico. A estrutura observada ao microscópio metalúrgico é chamada de estrutura metalúrgica do aço. Os segredos dos materiais de aço estão escondidos nessas estruturas organizacionais.

No sistema Fe-Fe3C, uma variedade de ligas de ferro-carbono com diferentes composições podem ser formuladas. Suas estruturas de equilíbrio em diferentes temperaturas são diferentes, mas são compostas por diversas fases básicas (ferrita F, austenita A e cementita Fe3C). Estas fases básicas são combinadas na forma de uma mistura mecânica para formar uma estrutura metalográfica colorida em aço. Existem oito estruturas metalográficas comuns, como segue:

1. Ferrita

A solução sólida intersticial formada pela dissolução do carbono nos interstícios da rede α-Fe é chamada de ferrita, que possui estrutura CCC e distribuição de grãos poligonais equiaxiais, representada pelo símbolo F. Sua estrutura e propriedades são semelhantes às do ferro puro, com boa plasticidade e tenacidade, mas baixa resistência e dureza (30-100 HB).

No aço-liga, é uma solução sólida de carbono e elementos de liga em α-Fe. A quantidade de carbono dissolvido em α-Fe é muito baixa. Na temperatura AC1, a quantidade máxima de carbono dissolvido é 0,0218%, mas a solubilidade diminui para 0,0084% à medida que a temperatura diminui. Portanto, o limite do grão de ferrita será Cementita aparece três vezes. À medida que o teor de carbono no aço aumenta, a quantidade de ferrita é relativamente reduzida e o número de perlita aumenta. Neste momento, a ferrita tem formato de rede e crescente.

2. Austenita

A solução sólida intersticial formada pela dissolução do carbono nos interstícios da rede γ-Fe é chamada de austenita, que possui uma estrutura cúbica de face centrada e é uma fase de alta temperatura, representada pelo símbolo A.

A austenita tem solubilidade máxima de 2,11% C a 1148 ℃ e uma solução sólida de 0,77% C a 727 ℃; maior resistência e dureza do que a ferrita, boa plasticidade e tenacidade e não magnéticas, propriedades mecânicas específicas e teor de carbono e grãos. O tamanho está relacionado, geralmente 170 ~ 220 HBS, = 40 ~ 50%.

O aço TRIP (aço plastificado) é um aço desenvolvido com base na boa plasticidade e flexibilidade da austenita. Ele usa a transformação induzida por tensão e a plasticidade induzida pela transformação da austenita retida para aumentar a plasticidade da placa de aço e melhorar a formação da placa de aço. desempenho. A austenita no aço estrutural carbono ou liga se transforma em outras fases durante o processo de resfriamento. Somente depois que o aço de alto carbono e o aço carburizado são carburados e temperados em alta temperatura, a austenita pode permanecer nas lacunas da martensita. A estrutura metalográfica é branca porque não é facilmente corroída.

3. Cementita

A cementita é um composto metálico sintetizado por carbono e ferro em uma determinada proporção. É representado pela fórmula molecular Fe3C. Seu teor de carbono é de 6,69% ​​e forma (Fe, M)3C na liga. A cementita é dura e quebradiça, a plasticidade e a resistência ao impacto são quase zero, a fragilidade é muito alta, a dureza é de 800HB. É frequentemente distribuído em rede, semi-rede, flocos, flocos de agulha e forma granular em aço.

4. Perlita

A mistura mecânica composta por ferrita e cementita é chamada de perlita e é representada pelo símbolo P. Suas propriedades mecânicas estão entre a ferrita e a cementita, com alta resistência, dureza moderada e certo grau de plasticidade.

A perlita é o produto da transformação eutetóide do aço, e sua forma é que a ferrita e a cementita têm formato alternado como impressões digitais e estão dispostas em camadas. De acordo com a distribuição dos carbonetos, pode ser dividido em dois tipos: perlita em flocos e perlita esférica.

(1) Perlita em flocos: Pode ser dividida em três tipos: flocos grossos, flocos médios e flocos finos.

(2) Perlita esférica: obtida por recozimento esferoidizante, a cementita é distribuída em esferóides na matriz de ferrita; o tamanho dos esferóides de cementita depende do processo de recozimento de esferoidização, especialmente da taxa de resfriamento. A perlita esférica pode ser dividida em quatro tipos de perlita: esfera grossa, esfera, esfera fina e ponto.

5. Bainita

É o produto da transformação da austenita do aço abaixo da zona de transformação perlita e acima do ponto Ms na zona de média temperatura. A bainita é uma mistura mecânica de ferrita e cementita, estrutura entre perlita e martensita, representada pelo símbolo B.

De acordo com as diferentes temperaturas de formação, é dividida em bainita granular, bainita superior (B superior) e bainita inferior (B inferior).

A bainita granular tem baixa resistência, mas boa tenacidade; a bainita inferior tem alta resistência e boa tenacidade; a bainita granular tem a pior tenacidade. A forma da bainita é mutável. Do ponto de vista das características da forma, a bainita pode ser dividida em três tipos: semelhante a uma pena, semelhante a uma agulha e granular.

(1) Bainita superior: A característica da bainita superior é que as tiras de ferrita estão dispostas aproximadamente em paralelo, e há tiras finas (ou em forma de bastão curto) de cementita paralelas ao eixo da agulha de ferrita, que são penas. forma.

(2) Bainita inferior: Tem o formato de agulhas finas e tem uma certa orientação, sendo mais suscetível à corrosão do que a martensita temperada, muito semelhante à martensita temperada, que é extremamente difícil de distinguir ao microscópio óptico e fácil de distinguir ao microscópio eletrônico; Os carbonetos são precipitados na ferrita acicular e seu alinhamento forma um ângulo de 55 a 60 graus com o longo eixo da folha de ferrita. Não há gêmeos na bainita inferior e há mais deslocamentos.

(3) Bainita granular: o formato é equivalente à ferrita poligonal e há muitas estruturas irregulares semelhantes a ilhas em seu interior. Quando a austenita do aço é resfriada ligeiramente acima da temperatura superior de formação da bainita, uma parte dos átomos de carbono na ferrita precipitada migrará da ferrita e através do limite da fase ferrita/austenita para a austenita, de modo que a austenita é desigualmente rica em carbono, de modo que a transformação de austenita em ferrita é suprimida. Essas regiões austeníticas geralmente têm formato de ilhas, granulares ou alongadas e distribuídas na matriz de ferrita. Durante o processo de resfriamento contínuo, de acordo com a composição da austenita e as condições de resfriamento, a austenita nos grãos pode ocorrer. Várias alterações são as seguintes.

1) Total ou parcialmente decomposto em ferrita e carboneto. Sob o microscópio eletrônico, podem ser vistos pedaços granulares, em forma de bastonete ou pequenos pedaços de carbonetos distribuídos em múltiplas direções;

2) Parte dela se transforma em martensita, que fica amarelada ao microscópio óptico;

3) Ainda mantendo a austenita rica em carbono.

A matriz de ferrita na bainita granular é coberta por carbonetos granulares (a pequena estrutura da ilha era originalmente austenita rica em carbono, que se decompunha em ferrita e carbonetos quando resfriada ou transformada em martensita ou partículas de austenita ainda ricas em carbono). Bainita semelhante a uma pena, a matriz é ferrita e carbonetos semelhantes a tiras são precipitados na borda da folha de ferrita. Bainita inferior, a ferrita acicular é coberta por pequenos carbonetos escamosos, e o longo eixo dos carbonetos escamosos é de aproximadamente 55 a 60 graus na ferrita.

6. Organização da Sabedoria

É uma espécie de estrutura superaquecida, formada pela inserção de pedaços de agulhas de ferrite que se cruzam em um ângulo de cerca de 60 graus em uma matriz de aço. A estrutura grosseira de Widmanstatten reduz a plasticidade e a tenacidade do aço e aumenta a fragilidade. O aço hipereutetóide forma cristais grosseiros devido ao superaquecimento quando aquecido e precipita rapidamente quando resfriado. Portanto, além da precipitação líquida ao longo do limite de grão da austenita, uma parte da ferrita é cortada do limite de grão para o interior do grão. O mecanismo de deformação é formado e disposto em agulhas para separação. Este tipo de organização distribuída é chamada de organização Widmanstatten. Quando o aço hipereutetóide superaquecido é resfriado, a cementita também formará agulhas que se estendem do limite do grão ao grão para formar a estrutura de Widmanstatten.

7. Martensita

A solução sólida supersaturada de carbono em α-Fe é chamada martensita. A martensita possui alta resistência e dureza, mas sua plasticidade é muito baixa, quase zero. É indicado pelo símbolo M e não suporta carga de impacto. A martensita é o produto do rápido resfriamento da austenita sub-resfriada e da transformação do modo de cisalhamento entre os pontos Ms e Mf.

Neste momento, o carbono (e os elementos de liga) não têm tempo para se difundir, mas a rede (centro da face) de γ-Fe é transformada na rede (centro do corpo) de α-Fe, ou seja, a solução sólida (austenita) de carbono em γ-Fe é transformada. É uma solução sólida de carbono em α-Fe, então a transformação da martensita é "não-difusão". De acordo com as características metalográficas da martensita, ela pode ser dividida em martensita ripada (baixo carbono) e martensita acicular.

(1) Martensita de ripa: também conhecida como martensita de baixo carbono. As finas tiras de martensita de aproximadamente o mesmo tamanho são alinhadas paralelamente para formar um feixe de martensita ou campo de martensita; há uma grande diferença na orientação entre os campos, e diversas orientações diferentes podem ser formadas em um único campo de grãos de austenita original.

Como a martensita ripada é formada a uma temperatura mais alta, o auto-revenimento ocorrerá inevitavelmente durante o processo de resfriamento, e os carbonetos serão precipitados dentro da martensita formada, tornando-a suscetível à erosão e ao escurecimento.

(2) Martensita acicular: também conhecida como martensita escamosa ou martensita com alto teor de carbono, suas características básicas são: a primeira folha de martensita formada em um grão de austenita é relativamente grossa e muitas vezes Através de todo o grão, os grãos de austenita são divididos para limitar o tamanho da martensita formada posteriormente, de modo que o tamanho da martensita escamosa é diferente e a distribuição é irregular.

A martensita em forma de agulha é formada em uma determinada orientação. Há uma crista intermediária nas agulhas de martensita. Quanto maior o teor de carbono, mais óbvia é a martensita. Ao mesmo tempo, há austenita retida branca entre a martensita.

(3) A martensita formada após a têmpera também pode formar três estruturas metalográficas especiais após a têmpera:

1) Martensita revenida: refere-se à martensita escamosa formada durante a têmpera (a estrutura cristalina é centrada no corpo e tetragonal), que é decomposta no primeiro estágio de revenimento - o carbono nela é dessolvatado na forma de carbonetos de transição formados. Na matriz de solução sólida (a estrutura cristalina tornou-se cúbica centrada no corpo), há uma estrutura complexa de flocos de carboneto de transição extremamente finos (a interface com a matriz é uma interface coerente);

Sob um microscópio metalográfico (óptico), a estrutura interna desta estrutura não pode ser distinguida, mesmo se for ampliada ao máximo. Apenas agulhas pretas (o formato das agulhas pretas e da martensita escamosa formada durante a têmpera (também conhecida como As agulhas brancas de “α martensita” são basicamente as mesmas), e essa agulha preta é chamada de “martensita temperada”.

2) Troostita temperada: o produto da martensita temperada após revenido em temperatura intermediária, que é caracterizado por: a forma acicular da martensita desaparecerá gradualmente, mas ainda é fracamente visível (aço-liga contendo cromo, a ferrita realligada A temperatura de cristalização é alta, por isso ainda mantém a forma de agulha). Os carbonetos precipitados são pequenos e difíceis de distinguir ao microscópio óptico. Somente sob o microscópio eletrônico podem ser vistas as partículas de carboneto, que são muito fáceis de serem erodidas e a estrutura fica preta.

Se a temperatura de revenido for superior ao limite superior ou o tempo de retenção for um pouco maior, as agulhas ficarão brancas; neste momento, os carbonetos ficam concentrados nas bordas das agulhas, e a dureza do aço será menor e a resistência diminuirá.

3) Sorbato temperado: o produto da martensita temperada após revenido em alta temperatura. Sua característica é: a matriz de sorbato é coberta por carbonetos granulares finos, que podem ser claramente distinguidos ao microscópio óptico. Esse tipo de organização também é chamada de organização temperada e temperada, pois possui uma boa combinação de força e resistência. Quanto mais fino for o carboneto granular fino na ferrita, maior será a dureza e a resistência e pior será a tenacidade; pelo contrário, quanto menor a dureza e a resistência, e maior a tenacidade.

8. ledeburita

A mistura eutética na liga ferro-carbono, ou seja, a liga ferro-carbono líquida com fração mássica de carbono (teor de carbono) de 4,3%. A 1480°C, a mistura mecânica de austenita e cementita cristalizada do líquido ao mesmo tempo é chamada de ledeburita, representada pelo símbolo Ld.

Como a austenita se transforma em perlita a 727°C, a ledeburita é composta de perlita e cementita à temperatura ambiente. Para fins de distinção, a ledeburita acima de 727°C é chamada de ledeburita de alta temperatura (Ld), e a ledeburita abaixo de 727°C é chamada de ledeburita de baixa temperatura (L'd). As propriedades da ledeburita são semelhantes às da cementita, com alta dureza e baixa plasticidade.

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