ferrites perlites austénites

Ce sont les trois mots que tout métallurgiste ou scientifique des matériaux voit constamment. Mais lorsqu'on commence à travailler le vrai métal, notamment dans la fabrication d'équipements, on se rend compte qu'il y a un abîme entre le schéma d'état idéal et ce qui se trouve sur la table de l'atelier. Beaucoup de gens, en particulier les jeunes ingénieurs, pensent avoir compris la théorie – et c’est tout, ils peuvent prédire les propriétés. Mais en fait c'est pareilperlitedans le moulage du corps du concasseur et dans la poutre laminée - ce sont, excusez-moi, deux grandes différences. Ou prenonsausténite— tout le monde connaît sa stabilité dans les aciers inoxydables, mais lorsque l'on fabrique des composants de grandes dimensions pour des équipements miniers, où la résistance aux chocs à basse température est importante, on commence à valoriser les aciers austénitiques d'une manière complètement différente, on recherche une balance avec de la ferrite pour que les fissures n'apparaissent pas dues au choc thermique.

De la théorie à l'atelier : là où commencent les problèmes

Je me souviens qu'il y a une dizaine d'années, nous avions essayé de moderniser une boîte de vitesses dans l'une des anciennes usines. Le client exigeait une résistance accrue à l’usure des engrenages. Nous avons examiné le matériau : de l'acier avec une bonne teneur en carbone ; en théorie, une bonne structure en plaques fines aurait dû se formerperliteaprès un traitement thermique approprié. Nous avons effectué la normalisation, le durcissement et le revenu. Sur une microsection au microscope, il semble y avoir une belle structure. Mais lors des premiers tests sur stand, la dent a commencé à s’effriter. Ils ont commencé à comprendre.

Il s’est avéré que l’histoire du métal n’a pas commencé dans notre four. La billette d'origine a surchauffé lors du laminage et des traces de Widmanstätt sont restées dans la structure. Notre traitement thermique n’a pas corrigé cela, il a simplement « camouflé ». La perlite s'est formée, mais il existe encore des zones fragiles autour d'elle. Voilà pour la théorie pure. Il a fallu changer complètement la chaîne technologique, introduire une exposition supplémentaire d'homogénéisation afin de niveler la structure avant durcissement. Cher et fastidieux, mais le résultat a été réussi.

Cet incident m’a appris à avoir une vision plus large. Maintenant queLONGI CorporationLorsqu'il s'agit de développer ou de réparer un composant critique, par exemple l'arbre d'un séparateur magnétique, qui fonctionne dans des conditions d'usure abrasive et de charges variables, nous ne demandons pas seulement la qualité de l'acier. Il nous faut une histoire : quelle déformation il a subi, comment il s'est refroidi. Cela dépend si nous parviendrons à obtenir le rapport souhaité entre ferrite et perlite dans le produit final ou si nous devrons opter pour des solutions plus complexes.

Austénite : pas seulement pour l'acier inoxydable

L'austénite regorge également de mythes. Tout le monde se souvient immédiatement de la résistance à la corrosion. Mais dans les équipements miniers qui produisentLONGI, la résistance et l'amortissement des vibrations sont souvent critiques. Nous disposons par exemple de points de fixation pour électro-aimants de puissance. Les vibrations d’un concasseur ou d’un broyeur en activité sont colossales. Utiliser ici de l’acier au carbone ordinaire signifie condamner la structure à la rupture par fatigue.

Nous avons essayé d'utiliser des aciers à austénite métastable, qui se transforment partiellement en martensite lors de la déformation. L'effet du durcissement par écrouissage. En théorie, super. Dans la pratique, nous avons constaté que le degré de conversion dépend fortement de la température de l'unité elle-même pendant le fonctionnement. En été, dans un atelier chaud, il y a un résultat, en hiver, dans une pièce non chauffée, un autre. L’imprévisibilité est la pire chose dans l’ingénierie.

En conséquence, pour les voitures de série, nous abandonnons souvent ces plaisirs au profit de ceux plus prévisibles, quoique moins « à la mode ». matériels. Mais pour les commandes spéciales, où les conditions peuvent être strictement contrôlées, nous poursuivons les expérimentations. L'équilibre entre la ductilité austénitique et la résistance de la ferrite-perlite est une recherche constante.

Ferrite comme base

Ohferritesouvent parlé de manière désobligeante : doux, faible. Mais vous ne pouvez aller nulle part sans lui. C’est la phase qui fournit cette viscosité, la capacité d’absorber l’énergie d’impact. Dans les godets et les dents d'excavatrice soumis à des charges de choc, la présence d'un certain volume de ferrite molle dans la structure n'est pas un inconvénient, mais une nécessité. Cela ralentit la fissure.

Le problème est de savoir comment le contrôler. La vitesse de refroidissement après forgeage ou coulée est un paramètre clé. Auparavant, dans l'ancienne production, beaucoup de choses étaient faites « à l'œil » : on le sortait du four, on attendait que la couleur cesse d'être rouge vif, puis on le mettait dans l'eau ou l'air. Le résultat variait d'un jeu à l'autre. Maintenant sur un site moderneLONGI Corporationà Fushun, ils essaient d'éviter cela. Des lignes de refroidissement contrôlées sont introduites, notamment pour les pièces moulées de grande taille. Car un châssis refroidissant de 10 tonnes et un petit bushing sont des univers différents du point de vue de la cinétique des transformations de phase.

Un incident désagréable s'est produit avec un lot de dalles de protection. Le matériau semblait standard, mais lors de l'installation, plusieurs dalles ont éclaté sous un léger impact. La microstructure montrait d'énormes grains de ferrite allongés formant un réseau presque continu le long des limites des anciens grains d'austénite. Perlite à l'intérieur des grains. Structure fragile. La raison en est un refroidissement trop lent dans une certaine plage de température. Le four a mal fonctionné et le contrôle était sélectif. L'ensemble du lot a dû être fondu. Des pertes, bien sûr. Mais une telle expérience vaut beaucoup - elle vous oblige à construire un système de contrôle non seulement aux points finaux, mais également tout au long du parcours de traitement thermique.

Perlite : subtilités de dispersion

La perlite est probablement la plus problématique en termes de dureté et de résistance à l’usure. Tout le monde veut obtenir de la perlite en plaques minces, même de type sorbitol. Plus c'est petit, plus c'est dur. Mais c’est là que la technologie entre en jeu. Pour obtenir une perlite très fine, il faut une vitesse de refroidissement strictement définie et suffisamment élevée. Pour une pièce massive, cela peut signifier un refroidissement soudain dans l'huile ou même dans une solution polymère, ce qui entraîne des contraintes résiduelles élevées et des déformations.

Ceci est essentiel pour les arbres de concasseur que nous fabriquons. Une courbure de quelques dixièmes de millimètre par mètre de longueur peut entraîner un déséquilibre et la destruction des paliers. On fait donc souvent un compromis : on autorise une perlite légèrement plus grosse, mais on effectue un traitement isotherme, par exemple dans un bain de sel à une température légèrement supérieure au début de formation de martensite. Nous obtenons de la bainite. La structure est plus complexe, mais ses propriétés complexes (résistance, ténacité, déformation minimale) sont souvent supérieures à la perlite pure.

Cela ne vient pas d’un manuel où tout est clairement présenté sur les étagères. Il s'agit de la cuisine, où la recette est adaptée à la cuisinière et aux casseroles existantes. ExpérienceLONGI Corporation, qui s’accumule depuis 1993, n’est-ce que l’accumulation de telles « recettes ? pour différents types d'équipements miniers. Une superficie totale de 140 000 m2 et plus de 1 200 salariés ne sont pas que des chiffres, c'est l'occasion de mener de telles expérimentations et d'accumuler des statistiques, qui constituent ensuite la base de cartes technologiques.

Synthèse dans un produit spécifique

Par conséquent, lorsque vous concevez une nouvelle machine, par exemple un séparateur magnétique, vous ne pensez pas séparément à la ferrite, à la perlite ou à l'austénite. Vous pensez aux domaines fonctionnels. Un tambour constamment en contact avec la pâte nécessite une résistance maximale à l'abrasif, ce qui implique de privilégier les phases solides, éventuellement un durcissement superficiel en martensite. C'est dans le cadre, qui supporte la charge principale, que la résistance et la rigidité sont importantes, ce qui signifie un acier allié de haute qualité avec une structure fine et uniforme garantie après durcissement volumétrique et revenu élevé. Et certains supports de montage, où la plasticité est importante pour amortir les vibrations, peuvent avoir une structure plus ferritique.

C'est cette approche systématique qui permet à l'entreprise de produire environ 4 000 unités d'équipement par an aux caractéristiques prévisibles. Chaque phase d'un diagramme d'état cesse d'être une abstraction et devient un outil. Un outil qu’il faut pouvoir utiliser en connaissant tous ses aléas. Parfois, le meilleur résultat n’est pas la phase que tout le monde vante dans les manuels, mais celle dont vous avez appris le comportement grâce à vos propres erreurs et succès. C'est peut-être la principale chose qui distingue la théorie de la pratique dans notre travail avec le métal.