8 Microestruturas comuns de metal e liga

Os materiais modernos podem ser divididos em quatro categorias: metais, polímeros, cerâmicas e materiais compósitos. Apesar do rápido desenvolvimento de materiais de macromoléculas, o aço ainda é o material mais utilizado e mais importante na tecnologia de engenharia atual. Que fatores determinam a posição dominante dos materiais de aço? Agora vamos apresentá-lo em detalhes.

O ferro e o aço são extraídos do minério de ferro, rico em fontes e de baixo preço. Ferro e aço, também conhecido como liga ferro-carbono, é uma liga composta de ferro (Fe) e carbono (C), silício (Si), manganês (Mn), fósforo (P), enxofre (S) e outros pequenos elementos (Cr, V, etc.). Várias estruturas metalográficas podem ser obtidas ajustando o conteúdo de vários elementos no processo de tratamento térmico e de aço (quatro queimas: têmpera, recozimento, revenimento, normalização), de modo que o aço tenha propriedades físicas diferentes. A estrutura observada ao microscópio metalográfico é chamada de estrutura metalográfica do aço após amostragem, retificação, polimento e ataque com um agente corrosivo específico. Os segredos dos materiais de aço estão escondidos nessas estruturas.

        No sistema Fe-Fe3C, ligas ferro-carbono com diferentes composições podem ser preparadas. Suas estruturas de equilíbrio são diferentes em diferentes temperaturas, mas são compostas por várias fases básicas (ferrita F, austenita A e cementita Fe3C). Essas fases básicas são combinadas na forma de misturas mecânicas, formando uma rica e colorida estrutura metalográfica em aço. Existem oito estruturas metalográficas comuns:

I. Ferrite

 A solução sólida intersticial formada pela dissolução do carbono no intersticial da rede a-Fe é chamada de ferrita, que pertence à Estrutura BCC e tem distribuição de grãos poligonal equiaxial, que é expressa pelo símbolo F. Sua estrutura e propriedades são semelhantes ao ferro puro. Tem boa plasticidade e tenacidade, mas sua resistência e dureza são menores (30-100 HB). Em liga de aço, é uma solução sólida de carbono e elementos de liga em alfa-Fe. A solubilidade do carbono em alfa-Fe é muito baixa. Na temperatura AC1, a solubilidade máxima do carbono é 0,0218%, mas com a diminuição da temperatura, a solubilidade diminui para 0,0084%. Portanto, a terceira cementita aparece no contorno de grão da ferrita sob condição de resfriamento lento. Com o aumento do teor de carbono no aço, o número de ferrita diminui e o número de perlita aumenta. Neste momento, a ferrite é rede e crescente.

Ⅱ.Austenita

 A solução sólida intersticial formada pela dissolução do carbono no espaço intersticial da rede gama-Fe é chamada de austenita. Tem uma estrutura cúbica de face centrada e é uma fase de alta temperatura, que é representada pelo símbolo A. A austenita tem uma solubilidade máxima de 2,11% C a 1148 C e solução sólida de 0,77% C a 727 C. Sua resistência e dureza são superior à da ferrita, sua plasticidade e tenacidade são boas e não é magnética. Suas propriedades mecânicas específicas estão relacionadas ao teor de carbono e tamanho de grão, geralmente 170-220 HBS, = 40-50%. O aço TRIP é um aço desenvolvido com base na boa plasticidade e flexibilidade da austenita. A transformação induzida por deformação e a plasticidade induzida por transformação da austenita retida são usadas para melhorar a plasticidade da chapa de aço e a conformabilidade da chapa de aço. A austenita em aços estruturais carbono ou ligas se transforma em outras fases durante o resfriamento. Somente após cementação e têmpera em alta temperatura de aços de alto carbono e aços cementados é que a austenita pode permanecer no entreferro martensita, e sua estrutura metalográfica é branca por não ser fácil de ser erodida.

Ⅲ. Cementita

 A cementita é um composto metálico sintetizado por uma certa proporção de carbono e ferro. A fórmula molecular Fe3C mostra que seu teor de carbono é 6,69%, e (Fe, M) 3C é formado na liga. A cementita é dura e quebradiça, sua plasticidade e tenacidade ao impacto são quase zero, sua fragilidade é muito alta e sua dureza é de 800HB. Em ferro e aço, a distribuição geralmente é em rede, semi-rede, floco, agulha-floco e granular.

 4. Perlita

 A perlita é uma mistura mecânica de ferrita e cementita, expressa no símbolo P. Suas propriedades mecânicas estão entre ferrita e cementita, com alta resistência, dureza moderada e certa plasticidade. A perlita é um produto da transformação eutetóide em aço. Sua morfologia é que a ferrita e a cementita estão dispostas em camadas como impressões digitais. De acordo com o padrão de distribuição dos carbonetos, pode ser dividido em dois tipos: perlita em flocos e perlita esférica.

 uma. Perlita em flocos: Pode ser dividida em três tipos: floco grosso, floco médio e floco fino.

b. Perlita esférica: obtida por recozimento esferoidizado, a cementita é esferoidizada e distribuída na matriz ferrítica. 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: esférica grossa, esférica, esférica fina e pontuada.

V. Bainita

Bainita é o produto da transformação da austenita abaixo da zona de transformação da perlita e acima do ponto MS na zona de temperatura média. A bainita é uma mistura mecânica de ferrita e cementita, uma estrutura entre perlita e martensita, expressa no símbolo B. De acordo com a temperatura de formação, pode ser dividida em bainita granular, bainita superior (B superior) e bainita inferior (B inferior). A bainita granulada tem baixa resistência, mas boa tenacidade. bainita inferior tem alta resistência e boa tenacidade. a bainita granular tem a pior tenacidade. A morfologia da bainita é variável. De acordo com suas características de forma, a bainita pode ser dividida em três tipos: pena, agulha e granular.

uma. Bainita superior:

A bainita superior é caracterizada pelo arranjo paralelo da tira de ferrita, com tira fina (ou haste curta) de cementita paralela ao eixo da agulha da ferrita, emplumada.

b. Bainita inferior:

floco de agulha fina, com certa orientação, mais vulnerável à erosão do que a martensita temperada, muito semelhante à martensita temperada, muito difícil de distinguir ao microscópio de luz, fácil de distinguir ao microscópio eletrônico. carboneto precipita em ferrita acicular, e sua orientação de alinhamento é de 55 a 60 graus com o eixo longo da folha de ferrita, a bainita inferior não contém gêmeos, há mais deslocamentos.

c. Bainita granulada:

Ferrite com forma poligonal e muitas estruturas irregulares semelhantes a ilhas. Quando a austenita do aço é resfriada a um pouco mais alta que a temperatura de formação da bainita superior, alguns átomos de carbono da ferrita precipitada migram da ferrita para austenita através do limite de fase ferrita/austenita, o que torna a austenita desigualmente rica em carbono, restringindo assim a transformação de austenita a ferrita. Essas regiões de austenita são geralmente em forma de ilha, granulares ou em tiras, distribuídas na matriz de ferrita. Durante o resfriamento contínuo, de acordo com a composição da austenita e as condições de resfriamento, a austenita em fardos de grãos pode sofrer as seguintes alterações.

(i) Decomposição em ferrite e carboneto no todo ou em parte. Sob o microscópio eletrônico, carbonetos granulares, em bastão ou em pequenos blocos com distribuição multidirecional dispersiva podem ser vistos.

(ii) transformação parcial em martensita, que é totalmente amarela ao microscópio de luz.

(iii) ainda retém austenita rica em carbono.

Carbonetos granulares são distribuídos na matriz de ferrita da bainita granular (a estrutura da ilha era originalmente austenita rica em carbono, que foi decomposta em ferrita e carboneto quando resfriada, ou transformada em martensita ou permaneceu em partículas de austenita ricas em carbono). Bainita de penas, matriz de ferrita, carboneto de tira precipitado na margem da folha de ferrita. Bainita inferior, ferrita acicular com carboneto de floco pequeno, carboneto de floco na ferrita do eixo longo é de aproximadamente 55 ~ 60 graus de ângulo. 

VI. TECIDO DE WEISHER

A estrutura de Widmanstatten é um tipo de estrutura superaquecida, que consiste em agulhas de ferrite que se cruzam cerca de 60 graus e embutidas na matriz de aço. A estrutura grosseira de Widmanstatten diminui a plasticidade e a tenacidade do aço e aumenta sua fragilidade. No aço hipoeutetóide, grãos grosseiros são formados por superaquecimento e precipitam rapidamente ao resfriar. Portanto, além da precipitação da rede ao longo do contorno de grão da austenita, algumas ferritas são formadas de contorno de grão a grão de acordo com o mecanismo de cisalhamento e precipitadas separadamente em agulhas. A estrutura desta distribuição é chamada de estrutura de Widmanstatten. Quando o aço supereutetóide superaquecido é resfriado, a cementita também se estende do contorno de grão ao grão e forma a estrutura de Widmanstatten.

Ⅶ. Martensita

A solução sólida supersaturada de carbono em alfa-Fe é chamada martensita. A martensita possui alta resistência e dureza, mas sua plasticidade é baixa, quase zero. Não pode suportar a carga de impacto expressa pelo símbolo M. A martensita é o produto do resfriamento rápido da austenita subresfriada e da transformação do modo de cisalhamento entre os pontos MS e Mf. Neste momento, o carbono (e os elementos de liga) não podem se difundir no tempo, apenas da rede (centro da face) do gamma-Fe para a rede (centro do corpo) do alfa-Fe, ou seja, a solução sólida (austenita) de carbono em gama-Fe para a solução sólida de carbono em alfa-Fe. Portanto, a transformação da martensita é baseada nas características metalográficas da martensita, que pode ser dividida em martensita ripada (baixo carbono) e martensita acicular.

uma. ripa martensita:

também conhecido como martensita de baixo carbono. Tiras finas de martensita de aproximadamente o mesmo tamanho são alinhadas em paralelo para formar feixes de martensita ou domínios de martensita. a diferença de orientação entre domínios e domínios é grande, e vários domínios com diferentes orientações podem ser formados em um grão de austenita primitivo. Devido à alta temperatura de formação de martensita de ripas, o fenômeno de auto-revenimento ocorrerá inevitavelmente no processo de resfriamento, e carbonetos precipitarão na martensita formada, por isso é vulnerável à erosão e escurecimento.

 b. martensita acicular:

também conhecida como martensita em flocos ou martensita de alto carbono, suas características básicas são: a primeira folha de martensita formada em um grão de austenita é relativamente grande, muitas vezes em todo o grão, o grão de austenita é dividido, de modo que o tamanho da martensita formada posteriormente é limitado , de modo que o tamanho da martensita em flocos varia, distribuição irregular. A martensita acicular é formada em uma determinada direção. Há um cume médio na agulha de martensita. Quanto maior o teor de carbono, mais óbvia é a martensita. Ao mesmo tempo, há austenita retida branca entre a martensita.

 c. A martensita formada após a têmpera também pode formar três estruturas metalográficas especiais após a têmpera:

(i) Martensita temperada:

o compósito de folha de martensita formado durante a têmpera (com uma estrutura cristalina de centro de corpo tetragonal) que é decomposto na primeira fase de revenimento, no qual o carbono é dissolvido na forma de carbonetos de transição, e folhas de carboneto de transição extremamente finas dispersas no sólido matriz de solução (cuja estrutura cristalina mudou para cubo centrado no corpo) (a interface com a matriz é uma interface coerente) Estrutura de fase. este tipo de estrutura não pode distinguir sua estrutura interna mesmo quando ampliada para a ampliação máxima sob microscópio metalográfico (óptico), só pode ver que toda a sua estrutura é agulha preta (a forma da agulha preta é basicamente a mesma que a da agulha branca formada durante o resfriamento). Esse tipo de agulha preta é chamado de “martensita temperada”.

(ii) Troostita temperada:

produto da martensita temperada temperada a média temperatura, caracterizada pelo desaparecimento gradual da forma de agulha da martensita, mas ainda vagamente visível (liga de aço contendo cromo, sua temperatura de recristalização de ferrita de liga é maior, por isso ainda mantém a forma de agulha), carbonetos precipitados são pequenos , difícil de distinguir ao microscópio de luz, as partículas de carboneto só podem ser vistas ao microscópio eletrônico, pólo Suscetível à erosão e escurecimento dos tecidos. Se a temperatura de revenimento for maior ou mantida por mais tempo, as agulhas ficarão brancas. Neste momento, os carbonetos estarão concentrados na borda das agulhas, e a dureza do aço será um pouco menor e a resistência diminuirá.

(iii) sorbita temperada:

produto de martensita temperada revenida em alta temperatura. Suas características são: carbonetos granulares finos são distribuídos na matriz de sorbita, que podem ser claramente distinguidos ao microscópio de luz. Esse tipo de estrutura, também conhecida como estrutura condicionada, possui uma boa combinação de resistência e tenacidade. Quanto mais finos os carbonetos finos na ferrita, maior a dureza e resistência, e pior a tenacidade. pelo contrário, quanto menor a dureza e resistência, e maior a tenacidade.

Ⅷ.Ledeburita

As misturas eutéticas em ligas FERROCARBON, ou seja, ligas FERROCARBON líquidas com uma fração mássica de carbono (conteúdo de carbono) de 4,3%, são chamadas ledeburita quando as misturas mecânicas de austenita e cementita cristalizam simultaneamente do líquido a 1480 graus Celsius. Como a austenita se transforma em perlita a 727 C, a ledeburita é composta de perlita e cementita à temperatura ambiente. Para distinguir a ledeburita acima de 727 C é chamada de ledeburita de alta temperatura (L d), 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.