Tratamente Termice

Curs 1

1. Obiectul şi importanța Tratamentelor Termice

2. Sistemul Fe-C (proprietățile constituenților structurali rezultați în urma tratamentelor termice)

Obiectul și importanțaTratamentelor Termice

• succesiune de operaţii • încălziri, mențineri și răciri efectuate în

anumite medii,

• cu respectarea unor condiții de: • temperatură, durată, viteză de încălzire și

răcire,

• aplicate produselor (semifabricate, piese și scule)

pentru a produce modificări în structura materialului acestora

Tratamentul Termic

• la schimbarea proprietăților tehnologice, fizico-chimice și mecanice ale produselor.

• ! scopul tratamentelor termice este • obținerea unor anumite structuri, care

să dea produsului proprietățile dorite, fără a schimba• forma piesei• starea de agregare a materialului.

T. T.

Tratamentele termice, procese

tehnologice în urma cărora produsele

obțin proprietăți noi

Schema generală a ciclului tehnologic de fabricare a pieselor din oţel.

• TT incorecte ⇒ rebutarea produselor

• € ($) >>T.T.

Cunoașterea și executarea corectă a

Tratamentelor Termice

Sistemul Fe-C

• Fe ⇒ trei forme polimorfe:

• Fe α, Fe γ şi Fe δ.

Cubic cu Volum Centrat Cubic cu Fețe Centrate

Fierul α: rețea CVC, parametrul rețelei:✦2,86 Å la 20°C✦2,895 Å la 800°C.

Fierul γ rețea CFC, parametrul rețelei:✦3,638 Å la 912°C✦3,645 Å la 1000°C.

<

• Fierul δ aceeași rețea cristalină ca Fe α,• distanţa reticulară mărită. • fierul δ este un fier α stabil la temperaturi

înalte

• fierul are numai două forme polimorfe (α şi γ).

• Sistemul Fe-C ⇒2 forme:

• sistemul fier-grafit (sistemul stabil)• sistemul fier-cementită (sistemul metastabil)

Punctul critic Semnificaţia

A0 Punctul Curie al cementitei, 210-215°C

A1 Temperatura transformării eutectoidei corespunzătoare izotermei PSK, 727°C

A2 Puntul Curie al feritei, 770°C (linia MO)

A3 Temperaturile corespunzătoate liniei GOS

A4 Temperatura corespunzătoare transformării δ → γ

Acem Temperatura corespunzătoare liniei SE

Ac1Temperatura la care începe transformarea perlitei în austenită, la încălzire; la oţelurile hipoeutectoide începe şi transformarea (dizolvarea) feritei în austenită, iar în oţelurile hipereutectoide a cementitei secundare în austenită.

Ar1Temperatura de transformare a austenitei în perlită, la răcire; în oţelurile hipoeutectoide se termină separarea feritei, iar la cele hipereutectoide a cementitei secundare din austenită

Ac2 Temperatura transformării magnetice a feritei la încălzire

Ar2 Temperatura transformării magnetice a feritei la răcire

Ac3 Temperaturile la care se termină transformarea (dizolvarea) feritei în austenită la încălzirea oţelurilor hipoeutectoide

Ar3 Temperaturile la care începe separarea feritei din austenită, la răcirea oţelurilor hipoeutectoide

Accem Temperaturile la care se termină dizolvarea cementitei în austenită, la încălzirea oţelurilor hipoeutectoide

Arcem Temperaturile la care începe separarea cementitei secundare din austenită, la răcirea oţelurilor hipereutectoide

• diagrama Fe-Fe3C este caracterizată prin două tipuri de transformări:a) transformarea eutectică:✴ lichid(4,3%C) ↔ Fe3C + γ(2,11%C)

b) transformarea eutectoidă:✴γ(0,77%C) ↔ Fe3C + α(0,02%C)

c) transformarea peritectică:✴ lichid(0,51%C) + δ(0,1%C) ↔ γ(0,16%C)

727°C

1148°C

perlită

ledeburită

1487°C

• Constituent structural

• un element component al structurii, format din una sau mai multe faze.

• faza este o parte omogenă dintr-un sistem (aliaj) care are aceeași compoziție chimică, un tip de rețea cristalină, proprietăți determinate și care este delimitată de alte părți din sistem printr-o suprafață de separație bine conturată.

Constituenții structurali rezultați în urma TT

• Constituenții alcătuiesc arhitectura internă a materialelor metalice:

• metalul pur,

• soluția solidă,

• compusul chimic,

• amestecul mecanic.

cristale perfect omogene, cu aceeași compoziție chimică

constituent eterogen format din cel puțin două faze, care pot fi oricare din fazele precedente

Diagrama Fe-Fe3C❖ faze sau constituenți omogeni:

❖ austenita, ferita, cementita și grafitul,

❖ constituenți eterogeni:❖ perlita (lamelară sau globulară) și

ledeburita.

În diagramele TTT❖ constituenți și faze diferite de

echilibru:❖ martensita de călire,

❖ martensita de revenire,

❖ bainita superioară și inferioară,

❖ troostita

❖ sorbita.

Ferita

Soluție solidă de carbon în fierul α, cu o rețea CVC. Rețeaua CVC are locuri interstițiale octaedrice și tetraedrice.

!

solubilitatea maximă este de 0,0218%C la 727º C

Austenita

Soluție solidă de carbon în Fe γ, rețeaua cristalină CFC.Locul liber din centrul celulei elementare (1,02÷3,68Å)

creează posibilitatea dizolvării unor cantități relativ mari de carbon în această celulă.

solubilitatea maximă este de 2,11%C la 1148º C!

Cementita

✤Conține 6,67%C ➡ compusul chimic al carbonului cu fierul α (Fe3C), numită și carbură de fier.

✤Rețea ortorombică, nu prezintă transformări alotropice, este cel mai dur constituent al aliajelor Fe-C (peste 800 HV), nu este plastic, este casant și fragil.

✤Este stabilă la temperaturi < de 727 ℃, în anumite condiții se poate descompune sub 727 ℃ în ferită și grafit.

primară

Cementita eutectică

secundară

eutectoidă

terțiară

lamelară

globulară

aciculară

în benzi

în plăci sau în insule

în rețeaDupă domeniul și condițiile în care se formează După aspectul microscopic

Perlita

Amestec mecanic de ferită și cementită. Cele două faze se separă simultan, în condiții de echilibru, la temperatură constantă (727 ℃) din austenita de concentrație eutectoidă (0.77% C) la răcire lentă.

După aspectul microscopic

Lamelară✦ lamele de cementită prinse într-o masă de bază de ferită,

✦ la răcirea lentă de la temperaturi mai înalte decât temperatura punctului, prin transformarea eutectoidă a austenitei

✦are aspectul unei amprente digitale

Globulară ✦sub formă de globule într-o masă metalică,

✦se poate obține printr-o recoacere de globulizare (de înmuiere) a perlitei lamelare

✦are cea mai bună prelucrabilitate prin așchiere

În rozetă✦perlită fină cu aspect radial, ✦apare în oțelurile încălzite la temperaturi ridicate, temperaturi de la care ulterior sunt răcite în aer

Bainita

Ferită suprasaturată în carbon α’ și carburi globulare fine FexC.

Rezistenţa ridicată a bainitei se datorează dimensiunilor mici ale cristalelor de ferită, dispersiei precipitatelor de

carburi, densității mari a dislocațiilor și distorsiunii rețelei feritei datorită suprasaturării cu carbon.

Bainită superioară✦ formată în apropierea maximului

cinetic (stabilitatea minimă a austenitei, tmin)

Bainită inferioară✦ formată la temperaturi joase

deasupra punctului Ms,✦ are o structură aciculară

asemănătoare martensitei

Martensita

Soluție solidă de carbon în fierul α, suprasaturată

și metastabilă.

Principala caracteristică: duritatea ridicată, care depinde practic numai de conținutul în carbon

!

Alte structuri

Troostita de călire✦amestec de ferită și cementită, extrem de fin

✦călire moderată, cu o viteză de răcire mai mică decât cea critică

✦ la microscop: sub formă de pete negre, sferoidale sau rozete, situate la marginea grăunților (foști austenitici).

✦duritate de 35÷40 HRC, tenacitate și plasticitate mai ridicată decât a bainitei.

Troostita de revenire✦din martensita de revenire sau călire în urma revenirii medii (300÷500℃)

✦amestec de ferită nerecristalizată și cementită parțial sferoidizată

Sorbita de călire✦ la o răcire continuă mai lentă decât ce a troostitei

✦un amestec de ferită şi cementită mai puţin fin decât troostita

✦duritate sub 300 HB, plasticitatea și tenacitate > troostită.

Sorbita de revenire✦din martensita sau troostita de revenire în urma revenirii înalte (500÷650℃)

✦ îmbină în modul cel mai favorabil caracteristicile de rezistenţă mecanică cu cele de plasticitate.

Martensita de revenire ✦din martensita de călire în urma revenirii joase (100÷250℃) și asigură oțelurilor carbon rezistenţă la tracțiune și duritate mari, în dauna tenacității

✦valorile alungirii și gâtuirii sunt mici.

• Gradul de fineţe a structurilor de tip perlitic • distanţa dintre lamelele de cementită şi

ferită, Δ0, ⇒ suma grosimii lamelei de cementită şi ferită.

• Valoarea lui Δ0 se poate calcula cu relaţia:

✦ TE este temperatura de echilibru (Ac);✦ T temperatura la care are loc transformarea în

urma răcirii cu anumite viteze.

Temperatura de subrăcire Structura Reprezentare Valoarea lui

Δ0, µmDuritatea

HB

700°C Perlită 0,5-0,8 180

650°C Sorbită 0,3…0,4 250

600°C Trostită 0,1…0,2 400

Gradul de fineţe a structurilor de tip perlitic (schemă)

Influenţa elementelor de aliere

• Dacă în sistemul Fe-C mai intervine un element de aliere (X), ⇒ ternar Fe-C-X (15Cr9; 42Cr4 ş.a.).

• Carbonul în oțelurile aliate formează carburi cu elementele de aliere.

• Afinitatea termodinamică (-ΔG) a diverselor elemente pentru carbon:

Si-Al-Cu-Ni-Co-Fe-Mn-Cr-Mo-W-V-Ti-Nbnu formează carburi

(nu sunt carburigene)formează carburi

(sunt carburigene)

• Carburile formate sunt de două tipuri, în funcţie de natura elementului şi de conţinutul său:• cementite aliate: (Fe, X)3C, cu structură

ortorombică;• carburi speciale: (Fe, X)mCn; tipurile

principale sunt: M23C6; M6C; M2C; M7C3; MC.

M reprezintă unul sau mai multe elemente metalice, carburigene

• Ni şi Mn sunt elemente gamagene, măresc domeniul γ

• Si, Mo şi Cr sunt elemente alfagene reduc domeniul γ

Modificarea domeniului γ de către

Ni, Mn, Si, Mo, Cr