1 ALIAJELE NICHELULUI 1.1. CLASIFICARE, CARACTERISTICI, DOMENII DE UTILIZARE Aliajele pe baz de nichel sunt materiale metalice de o importan covritoare n tehnic, datorit proprietilor deosebite pe care le posed, dintre care putem aminti : caracteristici mecanice foarte bune att la temperaturi ridicate ct i la temperaturi sczute, refractaritate i rezisten la coroziune, proprieti magnetice (permeabilitate magnetic variabil sau constant, pentru magnei permaneni), rezisten la uzur i proprieti antifriciune corespunztoare, coeficient de dilatare practic nul n domeniul de temperatur 0...100C sau apropiat de cel al platinei i sticlei, rezistivitate electric constant, n intervalul de temperatur 0...100C, mare rezisten electric, for termoelectromotoare ridicat etc. Dup proprieti i domeniile de utilizare, aliajele pe baz de nichel pot fi convenional mprite n : aliaje pentru industria construciilor de maini, aliaje pentru industria electrotehnic i electronic, aliaje cu proprieti fizice speciale, aliaje refractare, aliaje pentru industria aerospaial, energetic, nuclear, chimic, alimentar i criogenie. n industria constructoare de maini, unde se cer materiale cu o nalt rezisten mecanic i o mare stabilitate la coroziune se utilizeaz mai ales aliajele nichelului cu cupru, fiind prezente i alte elemente de aliere precum i aliaje pe baza altor sisteme. n aceast grup pot fi incluse aliajele tip maillechort, alpaca, argentan, metal monel: 400, 401, K-500, inconel 601, 702, 721, incaloy 761, utilizate pentru arbori, pompe, elice, echipament pentru motoare cu combustie intern, corpuri de ventile, armturi ale pieselor din font etc. Recent au fost elaborate aliajele de tip NiCu, unde raportul, n compoziie, ntre aceste elemente se menine n limitele 1,5...2,5/1, avnd ca adaosuri siliciu, crom, mangan, fier i molibden, cu R = 70...95 daN/mm2, A = 4...12%, destinate pentru producerea de elice, corpuri de pompe i pistoane. Aliajul cu rezisten mare la uzur 5% Cr, 4% Al, 0,5% Ti, 0,75% C, 0,25% Si, 0,02% Zr, rest % Ni se compar din punct de vedere al proprietilor antifriciunc cu bronzurile nalt aliate pe baz de aluminiu. Rezislena la uzur maxim se realizeaz la un coninut de carbon de 0,6...0,85 % , la care R=90...125 daN/mm2, A= 25...35%, 2 HB=180...350 daN/mm . Se mai utilizeaz compoziia 20% Cr, 2,5% Ti, 1,5% Al, 1,3% Y,08. rest % Al. Aliajele antifriciune pe baz de nichel, anticorozive i refractare, pentru armturi n instalaiile de aburi supranclzii cu compoziia chimic 50% Ni, 5...10% Sn, 1 % Zn, 1 % Fe, pn la 3% Si, rest% Cu, au: R=40..,64 daN/mm 2, A = 1...20%, HB = 100...400 daN/mm2 (valorile minime se obin n absena siliciului), respectiv 40% Ni, 5...11% Sn, 6...10% Pb, 0,5% Fe, 1% Zn, rest % Cu, cu R = 30...40 daN/mm2, A = 1,.:.10%, HB = 100...170 daN/mm2. De asemenea sunt folosite, pentru cuzinei i lagre de alunecare, aliajele pe baza sistemului CuNiZn, cu adausuri de staniu i plumb iar pentru instalaiile care funcioneaz n vid la temperaturi ridicate compoziia 0,08...0,1% C, 1,5...20% Si, 1G...20% Mo, 2...3,5% Fe, 1,5...2% Al, 1,5...2% Ti, 0,03...0,05% B, 1,3...1,6% Nb, 3...5% W, 3...5% Zr02. nalta temperatur de volatilizare n vid, marca rezisten electric i fora termoelectromotoare ridicat, rezistena bun la temperaturi ridicate i un ir de alte proprieti valoroase determin utilizarea aliajelor pe baz de nichel n industria electrotehnic i electronic pentru confecionarea reostatelor, elementelor de nclzire, aparatelor de msur, termocuplelor etc. Din aceast grup fac parte aliajele de tip constantan, alurmel; copel, cromel, nicrom, climax, nichel-manganos, nichel 200, 205, 211, 212, monel 400, 404, nilo 42,47,48, konel; tophet F i H, silyoloy, tensise, hil 10,rohn etc, destinate obinerii electrozilor, lmpilor radio, tuburi electronice, instrumenle de msur, termostate, rezistene, reostate, poteniometre. Aliajele cu 2,5...5% Mn, rest % Ni sunt utilizate pentru bujiile motoarelor cu ardere intern. Nichelul slab aliat cu siliciu se folosete pentru catozi i alte piese de la lmpile electrice, iar compoziiile 34...37% Ni, 13...17'% Cr, 0,5...2% Si, rest Fe sau 35% Ni, 15%

Cr, 5% W, 4% Mo, 24% Co, 1% Ti, 0,08% Si, 1,3% Mn, rest % Fe, sunt destinate confecionrii armturilor cuptoarelor metalurgice, pentru rotoare, recuperatoare, carcasele pirometrelor. n industria electronic, pentru microconductoare n tuburi de sticl snt destinate materialele metalice de compoziii 10...20% Cr, 25...30% Mo, 0,2...0,3% Si/0,1...1,2% B, rest % Ni ; 9...12% Cr, 8... 14% Ge, 3...6% Si, 0,5... 3% La, rest % Ni; 38...47 % Cu, 0,3...1,5 % Si, 0,3...3% Ce, rest % Ni sau 48...57% Cu, 0,4...0,8% Ga, 0,2...1,2% Ti, rest % Ni. Din categoria aliajelor cu proprieti speciale (anexa 32) fac parte aliajele cu permeabilitate magnetic mare : permaloy, supermaloy, remaloy, vicaloy, Mo-permaloy, megaperm, hipernic, moly-permaloy, radio-metal, rezisto-per-maloy, hard-perm, precum i compoziiile : 77...82% Ni, 6...8% V, 0,1......1% Al, rest % Fe; 70...83% Ni, 2% Mn, 0,5...5% Ti, 1...6% Mo, 5...6% Cr, 1...14% Cu, rest % Fe. Aliajele pentru magnei permaneni sunt: alni, alnico, cunico, magnico, ticonal, permat precum i compoziia : 25...35% Co, 15...18% Ni, 6...9% Al, 2...12% Ti, rest % Fe, avnd : Br, = 6 500...7700 gausi, Hc = 750...975. Oe. Aliajele termomagnetice cunoscute sunt calmoloy, termaloy, precum i compoziia 12% Mo, rest % Ni ; aliajele cu permeabilitate constant se numesc perminvar. iar aliajele dentare au compoziia: 5...20% Co, 15...30% Cr, 7...8% Mo, 0,5...2% Si, 2...8% Mn, 0,5'...2% Be, 2...8% Cu sau 50...77% Ni, 11...18%'Cr, 1...3% Co, 1,5...6% Mo, 1,5...4% Mn, 7...14% Al. Aliajele cu coeficieni de dilatare practic nuli n domeniul de temperatur 0...100CC sunt de tipurile: invar, elinvar, nilo, super-invar, fernico. Unele aliaje cu coeficieni de dilatare egali cu ai sticlei, pot nlocui platina (platinit, kovar, nicovar, dilver, kovarit etc). Aliajele cu memorie au compoziiile 55% Ni, 45% Ti ; 49,1...50,2% Ti, 2.1...4,7% Fe, rest % Ni ;aliajele amorfe conin 5...20% Si,20...40" N rest % Ti, 40% Ni, 40% Fe, 14% P, 6% B, respectiv 32% Fe, 36% Ni, 14% Cr, 12% P, 6% B. Aliajele cu modul de elasticitate constant au compoziia 40...60% Ti, 20...45% Ni, 3....25% Co, 3....15% Fe, alte. elemente maxim 3% (Bc, Al, Mn, Nb, Mo, Cu), iar cele pentru bijuterii conin 2...8% Sn, 8...18% Cr, 0...1% Si, 0...3% Al. 0...10% Nb, rest % Ni sau 40% Ni, 30% Al, 20% Sn, 10% Ag. Aliajele pe baz de nichel refractare i cu o rezisten deosebit la temperaturi ridicate, cele mai cunoscute, sunt : nimonic, hasteloy, caronel, illium, inconel, incoloy, corosist, sfervac, udimet, unitemp, nimocast, inco, termaloy, colmonoy, in, rene, piromet, carpenter-waspalloy, aliaje pe baza sistemelor NiBe Al, NiTa Al, bronzuri cu nichel i beriliu i cu alte elemente de aliere etc. n industria aerospaial unde se solicit proprieti mecanice deosebite, refractaritate, rezisten la fluaj, la oboseal i la coroziune, precum i o fluiditate ridicat, sunt folosite aliajele refractare nimonic: 75, 80 A, 00, 105, 118, PK 25, inconel 601, 625, 718, 617, 903, incoloy 802, nimocast 713, rene77, 80, 41, 85, 90, MAR-M 211, .udimet 500, 520, 710. De asemenea, se mai pot utiliza i compoziiile: 25% W, 16% Cr, 2% Al, 2% Ti, rest % Ni, armat cu fire din WHfC (de 8 ori mai refractar la 1 100C dect materialele clasice); 0,05...0,25% C, 5...8% Cr, 0,5...4% Mo, 0,5...2% Ti, 4,5...6% Al, 1...10% Co, 4...8% W, 0...2% Re, 0,2...3% Hf. 0,001...0,5% Zr, 0,005...0,2% B, 6...10% Ta, 0...2% Nb, 0...1% V, rest % Ni (pentru turbinele turboreactoarelor); 60...80% Ni, 12... 16% Al, 2...6% Cr, 0...6% Hf, 0...12% Co, 0...12% Ti,0...3% Mo, 0...6% Nb, 0...3% W, 0...0,6% Ta, 0,4...0,65% C sau 20...30% Co, 6...15% Cr, 7.. .10% W, 3...6% Ai, 4...6% Nb, 0,4...0,65% C, rest % Ni, care au la 20C: R = 160 daN/mm2 i la 1 050C, R = 30 daN/mm2 dup prelucrare i tratament termic; 54...64% Ni, 9...15% W, 5...6% Al, 0,05...10% Ta, 6,5...11% Co, 6...9% Cr,Mo,4%,Ti < 6%,Hf < 1,5%, Zr < 0,007%, 0,005...0,025% B, 0,02..0,14% C cu: R = 210 daN/mm2 la 20C i R = 147 daN/mm2 la 760C ; 7...10% Ta, 9% Cr, 9% Co, 2% Mo, 7,5% W, 0,75% Ti, 0,02% B, 0,1% Zr, 0,5% V, 1% Hf, 0,13% C, 3,5% Al, rest % Ni cu R = 175 daN/mm2 la 20C, cu R = 133 daN/mm2 la 760CC, care pot fi prelucrate prin toate metodele cunoscute. Un numr important de aliaje pe baz de nichel care pol funciona n domeniul temperaturilor 800...1 200C i beneficiaz de rezisten la coroziune i oxidare excepional,

i-au gsit o larg utilizare n industria energetic i nuclear. Dintre acestea cele mai importante sunt monel R-405, inconel 625, 600, 750, 702, incoloy. 801, nimonic B, CB, D, F, 90, 95, in 543, 702, 61, 718, hasteloy N, X, W, stervac 1000, 2 000, 5 000, precum i compoziiile 5...14% Mo, 19...32% Cr, 2...8% W, 6...50%Ni,0,2...2,8% C,0...5% V, 0...5% Zr,0...5% (Nb.+ Ta), 0...3% Mn, 0...1,5% B, rest % Fe. Daca fierul este nlocuit cu nichel i cobalt, aliajul are o deosebit rezisten la coroziune i eroziune, de exemplu, aliajul 0,01..;0,1% C, 0,01. ..0,1% B, 0,15..0,6% Ti, 0,15.. .0,6% Al, 20...25% Cr, 25...35% W, 0,045.. .0,055% Ce. 0,02...0,2% Ca, 0,0055% Co, 0,01...0,06% Y, rest % Ni are la 1 200C,R= 10 daN/mm2. n industria chimic, naval, alimentar i n criogenie unde se solicit o palet larg de caracteristici ca rezisten deosebit la coroziune, eroziune, coroziune prin cavitaie, n diferite medii, la temperaturi foarte ridicate sau foarte sczute, proprieti mecanice stabile n atmosfer nociv fiabilitate n timpul funcionrii, meninerea plasticitii, rezilienei i tenacitii la temperaturi sub 0C etc, pot fi utilizate urmtoarele materiale metalice pe baz de nichel : monel 400, K-500, inconel 600, 610, 611, 705, 713, corosit B,C,D,hasteloy A, B, C, D, F, C 4, termolloy 47, 58, 85, coronel B, nimonic C, 80, 86, 90, in 102, 731, 733, 792, udimet 660, 700, ilium MW, R,S, P, 98, M, B, D, 6. n ultima perioad au fost introduse. n practica industrial i alte aliaje ale acestui metal, compoziiile cele mai importante 53... 63% Ni, 15...25% Cr, 0,01...0,15% C, 0,01...1% Si,0,1...2% 1,5...3% Ti, 0,5... 1,5% Al, 0,7...1,5% Nb, rest % Fe. Acestea se comport excepional la aciunea coroziv a oxizilor de plumb. Aliajele % Cu, 0,25...0,45% Ti, 0,3...1,6% Al, rest % Ni rezist n mediu de floruriri pn la 700C, iar cele cu compoziia 0,1.. .0,4% P, 0,001...0,005% N,% Ni, rezist bine n soluii alcaline avnd viteza de coroziune v = ,006 mm/an. Aliajele cu 20...29% Cr, C < 0,1%, Si < 1,5%, Mn < 1%,0,15...1% Ti, 0,15...0,5%, Nb,0,5...2% Cu, 6... 9% Mo, 0,15.. . 1,5% Ta,% Ni, rezist n soluii de H3P04, H2.SO4, H2SiF6, i HCl pn la 80 C, iar cele de compoziie 39... 42% Cr, C < 0,03%, Mn 130 pentru poteniometre HB=> 320...450

-

71 rest

-

-

26 -

3 -

-

65

-

Fe +Co -

-

Ni + Cr 35 Cr 1. . .9 -

-

rest

-

1....30

-

-

b. Aliaje de lipit. Aliajele de lipit pe baz de aur conin Cu, Ag, Ni, Cd, Zn, Pt etc. ; unele compoziii i domeniile de utilizare ale acestora se dau n tabelul 8.7. c. Aliaje pentru bijuterii. Aceste aliaje conin Ag, Fe, Al, Cu, Zn, Ni, Be, Cr, Co, Pt, Pd etc, avnd compoziia i caracteristicile date n anexa 81.

Tabelul 8.7

Denumirea Au8K Au 10K Au 12K Aur alb 12K Aur 12K Aur alb 14K Aur alb 14K Aur18K Aur18K Aur alb 18K AuPtlO Au 40 41 50 50 50 60,8 61 75 75...63 82 90

Compoziia i utilizrile aliajelor de aur pentru lipit Compoziia, in% Utilizri Ag 37 37 15 36 33 14 13,5 17 13...33 Cu 23 22 35 1 17 4 1,5 8 6...12 Zn 11 15,2 17 6 C obinuit, oelurile pentru cementare nealiatc, inclusiv marca 15Cr08(X) se clesc n ap, iar cele aliate n ulei. n funcie de scop i importana pieselor, oelurilor de cementare li se aplic diferite .variante de tratament termic (tabelele 2.5 si 2.6).Tabelul 2.5 Tratamentele termice i termochimice caracteristice oelurilor carbon (nealiate) de cementare Tempera

Duritatea

Tratamentul tuta, Recoa-cere 550-600 C

Mediul de rcire ulei

Miez HB

Suprafa HRC

Scopul nmuiere dup deformare plastic la rece Corectarea structurii texturate (fibrozate); trat. final

Dup necesitate

Normalizare

870-900

aer

110-150

Clire

860-900

ulei

140-200

min. 56 min. 52

mbuntirea achiabilitii

Cementare Clire I Clire II Cianu-rare i clire direct

880-920 870-900 770-800 840-860

cutie-aer ulei, ap ap ap

110-150 160-200

Obinerea de rezisten la uzare la suprafa i tenacitate n miez

Revenire joas J50-180 La OLC 20

asr

110-150

min. 56-52 Betensionare

Cel mai convenabil i ieftin tratament termic ulterior aplicabil pieselor de importan mic este clirea direct de la temperatura de cementare (900950 C) ; aceasta se aplic oelurilor nealiate (OLC 10, OLC 15, STAS 880-80), crora li se cere doar rezisten la uzare, precum i oelurilor slab aliate, de ex. de tipul CrMn Ti (21TiMnCrl2(X) etc, STAS 791-80) sau Cr-Mo (12(16) MoCrlO.STAS 11500/2-80). Se mai poate aplica o rcire n aer pn la cea 760 C i apoi clirea n ap, prin care se evit apariia unei structuri grosolane. n cele mai multe cazuri ns piesele se rcesc lent de la temperatura de cementare la cea normal, aplicnduli-se n fapt o normalizare ; apoi se renclzesc la temperaturi peste 900C i se clesc (cazul 18MnCrl0, 16CrMnl2, 20CrNil5). n cazul pieselor importante, dup cementare se aplic o clire dubl: prima de la temperaturi n jurul 900 C (n scopul finisrii structurii miezului) i a doua de la temperaturi peste 760 C, pentru clirea corect i a stratului superficial (structur martensitic fin). n toate cazurile, n final, se aplic o revenire joas (stabilizarea martensitei). Caracteristicile mecanice dup astfel de tratamente termice ale acestor oeluri snt date n tabelul 2.7. Oelurile nealiate pentru cementare, n stare recoapt, snt uor sudabile (prin topire), cele aliate ns trebuie prencl-zite i, dup sudare, supuse recoacerii. Aehiabilitatea cea mai favorabil o au oelurile n stare normalizat sau recoapt, cu structur mai grosolan.

Deoarece adncimea de clire a oelurilor nealiate pentru cementare este mic, acestea pot fi utilizate pentru piese cu dimensiuni (diametre) de pn la cea 10 mm, n timp ce cee aliate (de ex. 21TiMnCrl2) pn la eca 80 mm iar cele de tipul 13CrNi30, pentru dimensiuni i mai mari. Utilizrile cele mai reprezentative ale oelurilor pentru cementare, nealiate i aliate,fsnt artate n tabelul 2.8. Oeluri de mbuntire. n scopul obinerii concomitente unei rezistene i tenaciti ridicate, aceste oeluri snt upuse unei clin, urmate de o revenire nalt (mbunty ej. Pentru asigurarea unei corespunztoare duritiTabelul 2.8 Utilizri ale o e l u r i l o r de ceraentare

Macra OLC 10

STAS

Exemple de utilizare Piese fr rezisten mare n miez: aibe, clichei, furci, tije, pene de ghidare, culbutori, supape, discuri, eclise, buce i role ptr. lanuri; piese cu plasticitate mare: evi, aibe, inele de etanare, garnituri. Idem: boluri, uruburi de micare, piulie, prghii, chei, pene de ghidare; buloane, uruburi, crlige, cuple.

880-80

OIX 15

15Cr08 17CrNiMo06

791-8011500/2-80'

Boluri de pistoane, culbutori, arbori cu came, axe de diferenial, buce, roi dinate, melci, instrumente de msurat. Boluri de pistoane, arbori cu came, roi dinate etc. Piese cu rezisten static, tenacitate i rezisten la oboseal a miezului, supuse la presiuni mari i solicitate (variabil) mediu: roi dinate (ptr. maini grele), arbori (inclusiv cu came). Idem : roi dinate, arbori, pene etc.

18MnCrlO 20MoNi3S 21(28)TiMnCrl2 21MoMnCrl2

13(20)CrNi30(15) !8MoCrNil3 20MoCrNi06 17MoNi35 11504-80

.Sape de foraj (conuri).

martensitice, coninutul lor de C trebuie s fie de 0,25 0,60% (tabelul 2.9), iar n cazul unor seciuni mai mari ale pieselor, se apeleaz la oeluri aliate (STAS 791-80 tabelul 2.10). cu n funcie de compoziia lor chimic, oelurile de mbuntire snt, n principiu, de cinci tipuri: nealiate, aliate

Tabelul 2.10 Tratamentele termice aplicate otelurilor aliate cu utilizare general, de mbuntireMatca (STAS 791- Reeoacerc de C Rcire "C c Normal zare Rcire 850-880 A 870-900 840-870 860-890 850-880 930-960 Clire C 830-860 870-900 830-860 840-870 830-860 820-850 920-950 Rcire u a, u a, u u a, u u, A C Rcvcn re Rcire 540-680 a, A 540-640 a 540-680 a, u 540-680 a 540-680 A,a,u 570-580 a,u,A 620-670 a, u

80)

MnMn-Si Cr(-B) Cr-V Cr-Mo Cr-Mo-Al

35Mnl6 35MnSil2 40(B)CrlO 50VCrll 33MoCrll 38MoCrA109

680-720 680-720 680-720 680-720 700-730 710-740

Ni-Cr Ni-Cr-Mo

41CrNil2 34MoCrNil5 30MoCrNi20

650-700

840-870

800-830 830-860

a, u u

500-600 a, u 540-680 A

Observaie. S-au utilizat prescurtrile: c [cuptor; A aer; a ap; u ulei

Mn(-Si), cu Cr(-V), cu Cr-Mo(-Al) i cu Ni-Cr(Mo). Caracteristicile mecanice (dup mbuntire) ale acestora snt date n tabelul 2.11.

Tabelul 2.11 Caracteristicile mecanice ale oelurilor de mbuntire Rezistena de rupereR m, daN/rnni1 60

Marca oelului

lyimita de curgere

0}

Gltuire Rcziliena Duritatea a 2. % KCU 300/2, HB J/cm*

jj-g]z c4 ou

OLC 25 OLC 35 OLC 45 OLC 50 OLC 55 OLC 60 35Mnl6 35MnSil2 40CrlO 40BCrlO SOVCrll 33JIoCrll 41MoCrll 38MoCrA109 41CrNil2 34MoCrNil5 301IoCrNi20

p0,2, 37R

19 45 17 40-50 14 45 13 40-45 12 35-40 11 35 12 50 14 45 10 45 11 9 40 12 45 10 50 10 50 11 45 9 9 50 45

100 70 60 50 50 45 60 60 40 70 60 70 60 60 70 60 60

200-160 220-180 260-200 260-200 300-200 300-200 300

22 26 30

43 49 52 55 58 52 75 80 75 90 80 90 80 85 100 105

70 77 82 87 92 85 105 110 100 120 110 120 110 110 130 135

30 33 36

300-200 36 340-240 36

-

400-300 38 300-200 38 320-270 38 370-300 40

-

40 320-250 40 320-250 44

In afara tratamentului specific de mbuntire, acestor oeluri li se mai aplic recoacere de nmuiere (celor carbon: nclzire la 680-700C i rcire n cuptor, obinndu-se "" 150 ... 240) i, mai frecvent, normalizare. Rezistena dup mbuntire a oelurilor carbon crete o dat cu coninutul de C, dar scade cu dimensiunea transversal a piesei. Prezena manganului mbuntete clibilitatca, oeluri ca 35Mnl6(X) avnd dup revenire aproximativ aceeai Rpoa ca i OI,C 60. Dar oelurile aliate numai cu Mn au sensibilitate la supranclzire i tendin de formare dej structuri grosolane, neajunsuri diminuate de adaosuri de'I Si (35MnSil2) sau de V. Oelurile de tip MnSi snt mai I rezistente i la uzare, dar mai greu prelucrabile i au ten- ] dina de decarburare superficial. Prezena cromului mbuntete de asemenea clibilita-tea, precum i plasticitatea. Adaosuri i de Si sau V (de ex. 50VCrll) amelioreaz n continuare proprietile dup mbuntire, aceste oeluri avnd, la aceleai dimensiuni, Rpe,2 superioare celorlalte oeluri aliate numai cu Cr. Adaosul de Mo mbuntete n i mai mare msur clibilitatea dect Cr. n ce privete caracteristicile oelurile CrMo (de ex. 33(41)MoCrll) snt asemntoare oelurilor CrV cu acelai coninut de C.

Nichelul mrete, nainte de toate, tenacitatea oelurilor pentru mbuntire. Utilizarea oelurilor de mbuntire se face n primul rnd n funcie de dimensiunile i de rezistenele necesare ale pieselor (tabelul 2.12), utilizri tipice ale acestora fiind indicate n tabelul 2.13. Pn la C < 0,35% aceste oeluri se sudeaz bine, dar condiionat, necesitnd prenclzire i recoacere dup sudare prin topire. Achiabilitatea cea mai favorabil o au cele nealiate, cu pn la 0,45% C, precum i cele de tip 35Mnl6 n stare normalizat. Pentru toate celelalte mrci este recomandabil o recoacere prealabil de nmuiere. Majoritatea oelurilor pentru mbuntire se preteaz la tratamente termice ale suprafeei (clire prin inducie i cu flacr), recomandate cnd raportul suprafa de durificat/volumul piesei este mic, cnd snt necesare clin locale etc. Rcirea de la temperatura de clire se face in general n ap, exceptnd oelurile sensibile la fisurare (pentru acestea, n emulsii ulei-ap, ulei ete.). Pentru a

Tabelul 2.12 Alegerea diferitelor mrci de oel n funcie de limita de curgere i dimensiunea transversal a piesei

Diametrul (grosimea), mm30

01,60; 70 OLC45N OLClOCr OLC25CR

OLC60N OLC50CR

m, tlaN/mm* (inform.) >50R

>40

OLC60N OLCISCr

OLC60CR >60

OI.C35CR 35Mnl6; 40Mnl0 >50 OLC20Cr 18MnCrlO

(33MoCrll) . >70

40CrlO; 35MnSil2; 33(41)MoCrll 40BCrlO 21MoMn50VCrll

>60

OLC55CR 35MnSil2 18MnCrlO* 40CrlO 33MoCrll 13CrNi30*

>80

Crl2* 18MoCr41MoCrll 34MoCrSOVCrll Nil5 21TiMn-Cil2* >90

>70

40BCH0 35MnSil2 21MoMn13CrNi30* Crl2* 18MoCr-

>80

1-4 H

S ili

41MoCrll .'; 1 MoCr50VCrll Nil5 21TiMn-Crl2*

30MoCrKi20

>100

>90

41MoCrll 34MoCrXil5 50VCrll 21MoMn28TiMnCrl2

2STiMnCrl2 30MoCrNi20

>110

>100

34MoCrNtl5

30MoCrNi20

>120

Observaie. La oelurile carbon s-au utilizat prescurtrile: N normalizat ; C clit; r revenire joasa; R revenire nalt (CR mbuntit). Oeluri aliate: * pentru piese cementate ** pentru piese nitrurate

Tabelul 2.13

Utilizri ale oelurilor de mbuntire

Marca OLC 25 OLC 35

STAS 880-80

Exemple de utilizare Axe, buloanc, manoane, arbori, flane, uruburi i alte piese mici. Piese mai puternic solicitate: arbori cotii (de dimensiuni mici), biele, butuci (sudai) de roi, bandaje etc. Piese cu rezisten ridicat i tenacitate medie: discuri de turbine, arbori cotii, biele, coroane dinate, volani, roi cu clichet, flane, pene (inclusiv de ghidare), melci, buloane i piulie (ptr. aparatur de nalt presiune) etc. Piese cu rezisten i mai ridicat: arbori cauelai, cremaliere, roi dinate (pentru cutii de avans), uruburi conductoare, prghii etc. Piese cu rezisten foarte ridicat, nesolicitate puternic la oc: pinioane, tije, came, .a. Piese cu rezisten ridicat i elasticitate: excentrice, bandaje, arcuri (ptr. supape, amor-tizoare, de fixare), buce elastice, roi dinate, role de presiune etc. Idem: melci, coroane melcate, cuplaje, roi de curea, sectoare dinate, pene de ghidare etc.

OLC 45

OLC 45X

OLC 55 OLC 60

OLC 60X

35Mnl6 35MnSil2 28TiMnCrl2

791-80

Piese solicitate ndeosebi la torsiune: arbori (netezi, cu caneluri, cotii), roi, came, lon-jeroane, bandaje etc. Piese cu rezisten (inclusiv la oboseal i uzare) i tenacitate, supuse la presiuni mari i solicitate (variabil) mediu: roi dinate (pentru maini grele), arbori (inclusiv cu came). Piese puternic solicitate n construcia de automobile, tractoare etc. : roi de antrenare, arbori, tije de pistoane, roi dinate (cia-nurate), supape de admisie .a. Idem: angrenaje, biele, came etc.

40(B)CrlO

50VCrll

Tabelul 2.13 continuare Marca 33MoCrll 41MoCrll STAS 781-80 Exemple de utilizare Idem cu seciune mare: rotoare de turbine, arbori pentru motoare cu ardere intern etc; piese clite superficial: axe planetare, nuci, roi dinate, fuzete, biele, buloane, uruburi etc. Idem, dar de dimensiuni i mai mari; piese solicitate la ocuri puternice: angrenaje mari etc. Piese de nalt rezisten (inclusiv la uzare), clibile i nitrurabile: roi dinate, arbori, axe de distribuie, cmi de cilindri, tije de supape, role, buce etc.

30(34)MoCrNi20(15) 38MoCrA109

mpiedica fisurarea suprafeelor clite la rcire, este indicat revenirea la 140-200C. Mare importan la alegerea oelurilor de mbuntire are deci i duritatea superficial, alturi de adncimea de clire, ce trebuie obinute. Duritatea superficial realizabil crete cu coninutul de C, de la 5157 HRC pentru cea 0,35% C (OLC 35CS, 40CrlOCS - STAS 10677-76, 33.\loCrli) la 58-64 HRC pentru OLC 55CS, 50VCrll. Oelurile nealiate snt clibile pn la adncimi de cea 4 mm, cele aliate ns pn la cea 12 mm. Astfel de oeluri de mbuntire clite superficial i gsesc frecvent utilizare n construcia vehiculelor (arbori, arbori cotii i cu came), mainilor-unelte (roi dinate, arbori principali) i alte piese puternic solicitate (boluri pentru lanuri, melci, roi melcate), piese ale utilajelor*de transport etc. O grup aparte a oelurilor pentru mbuntire o formeaz cele pentru nitrurare, care conin elemente de aliere (Al, Cr, Mo i V) ce formeaz nitruri speciale. Aceste oeluri snt achiabile att dup recoacere de nmu*ere, ct i n stare mbuntit. Sudarea lor prin topire nu este indicat. Pentru piese de dimensiuni mai mici se recomand otelurile de tipul 38MoCrA109, acesta fiind i stabil dup revenire i rezistent la temperaturi nalte. Un astfel de oel ', dup nitrurare, o duritate superficial de cea 900 HV

i Rpo.2 ^ 60 daN/mm2 la 0 80 mm. Pentru piese de dimen-j siuni mai mari sau care necesit miez tenace indicat este i oelul 50VCrll cu Rp0>2 > 65 daN/mm2 la 0 (80 ... ... 150) mm i min 750 HV. Oelurile pentru nitrurare snt utilizabile pentru execuj tarea de arbori principali ai mainilor-unelte, ine de ghidare, calc i calibre, elemente de etanare care lucreaz a abur supranclzit ctc. O alt grup aparte a oelurilor pentru mbuntire o1 constituie cele pentru piese mari (cu dimensiuni peste 100 mm) forjate. Aceste oeluri snt elaborate ngrijit (dezoxidate n vid). Recomandate snt oelurile: nealiate| (OLC 25 . . . OIX 60), aliate cu Mn (35Mnl6), cu Mn (35MnSil2), cu Cr-Mo (33MoCrll, 41MoCrll, precum 3 cu 4-12% Cr i 4% Mo), cu Cr(Mo)V (50VCrll, precum i cu 5% Cr i 511% Mo) i cu NiCr Mo (34(30)MoCrNil5(20) i cu 4% Cr i 4-7% Ni). Oelurile nealiate sau simplu aliate snt destinate pentru piese lucrndj' la temperaturi obinuite, iar cele mai complex aliate pentru temperaturi pu la 550 C. 2.1.3. Oteluri pentru turnare de piese Din punct de vedere tehnologic i economic este mai avantajos ca piesele cu configuraie complicat crora li se cer rezisten i tenacitate s fie executate nu prin forjare sau sudare, ci prin turnare din oeluri adecvate acestei metode de prelucrare.

n pofida proprietilor n general sczute de turnare i a sensibilitii pronunate la rcire ale oelurilor, destul de numeroase oeluri nealiate (OT 400 .. . OT 700 cifrele reprezentnd R, mi n N/mm2, STAS 60082) sau aliate (STAS 1773-82, simbolizate ca i cele prelucrate la cald, dar cu T nainte) se elaboreaz i se utilizeaz pentru turnare de piese. Oelurile turnate comparativ cu cele laminate au rezistena (Rm < 60 daN/mm2 n stare normalizat), plasticitatea i tenacitatea inferioare celor n direcia laminrii i uor superioare celor perpendiculare pe aceasta. Rezistenele la oboseal, la temperaturi nalte i la uzare snt, de ' asemenea, sensibil inferioare celor ale oelurilor laminate. Otelurile nealiate pentru turnarea de piese au 0,10,6% C (cel mai frecvent ns 0,20,4% C). Snt elaborate pe trei clase de calitate n funcie de caracteristicile mecanice prescrise {l-Rm; 2-Rm i A; 3-Rm, A i Z sau KCU 2). Temperatura de turnare trebuie s fie cu 3050 C superioar temperaturii lichidus, corelndu-se de regul i cu grosimea pereilor piesei (tabelul 2.14).

Tabelul 2.1 A

Temperatura de turnare a oelurilor Grosimea peretelui, mm Temperatura de turnare, C 7-10 1630-1590 10-20 1600-1580 20-40 1585-1565 40-60 1570-1560

Proprietile acestor oeluri snt determinate nu numai de compoziia chimic, ci i de tratamentele termice aplicate (de obicei recoacere, normalizare i detensionare). Oelurile slab aliate (cel mai frecvent cu Mn, Cr, Ni, Mo, Si, V, Ti, la 0,30,4% C) snt mai dificil de turnat (au temperaturi de topire i de turnare mai ridicate, fluiditate sczut, contracie mare la solidificare, segregaie major). Adaosurile de Mn, Si, Cu, V, P amelioreaz n-tructva fluiditatea. Aceste oeluri snt totui utilizabile pentru turnarea de piese, mai ales pentru proprietile lor mecanice superioare i bine echilibrate ce se obin n urma unor tratamente termice, care pot fi normalizare + + revenire sau clire-f-revenire (mbuntire). Oelurile turnate snt sudabile (cele aliate numai cu pren-clzire la 300500 C), chiar dac n mai mic msur dect cele laminate sau forjate, astfel nct este posibil executarea unor construcii complexe prin sudarea mai multor piese turnate, sau piese turnate cu oeluri laminate. Domeniile de utilizare ale oelurilor nealiate (pentru temperaturi cuprinse ntre 10250C) snt: roi pentru cabluri i lanuri, roi dinate, carcase de reductoare, corpuri de pompe, arbori cotii, flaue, nuci cardanice etc., iar ale celor aliate: pentru piese rezistente i la coroziune, la temperaturi nalte, la uzare etc. 2.1.4. Oeluri pentru deformare plastie la rece Snt oeluri carbon moi, cu max 0,1% C, Rpo,z < 22 daN/mm2, Rm= 27 ... 37 daN/mm2,, A, > 30% i indice Erichsen IE = 8 ... 9,5 mm la grosime de 0,5 mm i 11,512,5 mm la grosime de 2 mm. Aceste oeluri snt disponibile sub form de table i benzi (cu grosimi de 0,43 mm i diferite caliti, n general bune ale suprafeei) pentru ambutisare, ndoire, n urmtoarele mrci: Al (pentru grade reduse de deformare, ambutisri obinuite), A2 (grade moderate de deformare, ambutisare adnc), A3 (grade medii de deformare, ambutisare foarte adnc), toate (STAS 9485-80) utilizabile n industria de autovehicule, maini agricole, articole de menaj, precum i (STAS 10318-80 : A4 pentru ambutisare adnc i A5 pentru ambutisare foarte adnc) pentru caroserii auto, articole de menaj, cuplaje electromagnetice.

Ambutisabilitate deosebit (pn la circa 350 h de la laminare) au tablele din oeluri necalmate, i anume cu suprafa lucioas pentru ambutisare cu reducere de grosime i cu suprafaa mai rugoas (Ra > 1,8 jim) pentru cea de tip ntindere-contracie. Pentru ndoirea la rece a unor elemente (cu bun stabilitate a formei) de structuri portante (cu greutate redus) ale materialului rulant i rutier (de ex. lonjeroane pentru camioane, autobuze etc.) utilizabile snt oeluri cu raport Rpo,2lRmmic- Astfelesteoelul slab aliat 1,42(STAS 11505-80, benzi i table cu grosime 53 daN/mm2).

2.1.5. Oeluri cu achiabilitate ridicat ntruct prelucrarea prin achiere pe maini-unelte automate este caracteristic pieselor mici, de serie foarte mare (mas), se utilizeaz preponderent n acest scop oeluri nealiate de cementare i mbuntire, care n vederea obinerii unei achiabiliti mai ridicate (cu viteze mari, 50_70 m/min i chiar pn la 130 m/min) au coninuturi ridicate de S (0,01-0,3%) i P (0,04-0,15%). Acestea snt denumite oeluri pentru automate (STAS 1350-80), simbolizate AUT urmate de cifrele reprezentnd coninutul de C sub 0,4%, n sutimi de %). Se livreaz laminate la cald (bare - STAS 333/4/-80, 6433-80) sau trase la rece. Caracteristicile mecanice ale acestor oeluri (n stare netratat termic) snt: Rm = 40 ... 75 daN/mm2, A = = 23 ... 14%, HB = 160 ... 205 (n stare laminat) i Rm = 50 ... 85 daN/mm2, Rp0,2 = 35 ... 60 daN/mm2, A x X 7% i HB = 170 ... 240 (n stare tras la rece). Se mai utilizeaz oeluri pentru automate aliate, de ex. cu 0,15-0,30% Pb (OL 56Pb, 38Cr05Pb, STAS 1152180), care au i un efect lubrifiant, mrind durabilitatea sculelor pn la de 4 ori. Oelurile pentru automate pot fi supuse acelorai tratamente termice (chiar regimuri) la care se supun oelurile de compoziii chimice similare, dar cu coninuturi sczute de S i P; astfel mrcile AUT 12 i AUT 20 se pot cementa sau cianura, iar AUT 30 i AUT 40M se pot mbunti prin clire i revenire nalt. Deformabilitatea plastic la cald (prin forjare, matriarc) a acestor oeluri este redus (prezint fragilitate la rou > la alb). Deformabilitatea la rece este satisfctoare. Alungirea mic (cea 5%) i reziliena sczut dup tragere a rece pot fi mbuntite prin recoacere, dar aceasta nuTabelul 2.15 Utilizarea oelurilor pentru automateM a Exemple de utilizare

AUT 12

Piese de dimensiuni mici, slab solicitate, cu mare duritate superficial i suprafa curat dup tratament termic (uruburi, piulie, prezoane, rondele, tifturi etc.)

AUT 20

Aceleai utilizri ca AUT 12, dar pentru solicitri medii. n plus, se recomand i pentru: axe, tije, aibe de presiune, uruburi i piulie cu demontare frecvent etc.

AUT 30

Diferite piese pentru maini-unelte i agregate, maini rutiere, maini de uz casnic, aparate etc. (buce, boluri, opritori, piese filetate care necesit tratament termic, tifturi de centrare etc.)

AUT40M

Ca i n cazul oelului A UT 30 dar care admit deformaii mai mici, ca: uruburi conductoare pentru strunguri i freze, ase canelate, cuplaje cu gheare, buce i axe de dimensiuni mici etc. n general, piese solicitate mai puternic, cu duritate mare i suprafa curat dup tratament.

este recomandabil ntruct nrutete achiabilitatea. De asemenea nu este indicat sudarea acestor oeluri. Domeniile de utilizare se prezint n tabelul 2.15. 2.1.6. Oeluri eu nalt rezistena mecanic, sudabile Comparativ cu oelurile carbon nealiate (de uz general, de calitate sau turnate) cu rezisten normal (Rm < 60 daN/mm2), cele de nalt rezisten snt oeluri slab aliate cu Mn, Si, Mo, Cr, Ni, V, Ti, Al etc. (max 2% fiecare i sub 5% n total), caracterizate prin structur (granulaie)

tenitic fin (STAS 9021-80) i Rm = 60 ... 220 daN/ 2 Rp02 = 35 ... 180 daN/mm2, KCU > 35 J/cm2 i HV ^ 30 J, la -30C.aUS

pentru asigurarea unei sudabiliti corespunztoare a oelurilor de nalt rezisten, coninutul de C echivalent se limiteaz la C, ^ 0,4%, iar grosimea maxim sudabil la 37 mm. Din aceast categorie de materiale fac parte ndeosebi oelurile Oh 52.3(4) (STAS 500/2-80), OCS 52 ... OCS58 (STAS 9021-80), 15Cr08, 13(18)CrNi30(20), 18MnCrlO STAS 791-80), 17MoNi35 (STAS 11504-80), RV 52, R 58 STAS 11502-80), 20MnlO (STAS 11513-80), OLT 65 (STAS 8183(5)-80). Oelurile cu granulaie fin de tipul OCS snt indicate mai ales pentru construcii metalice sudate (grinzi rulante, utilaje feroviare, construcii navale, hidroenergetice, poduri etc), permind reducerea sensibil a greutii acestora, implicit economie de metal, dar i pentru batiuri, carcase de maini, precum i construcii aeronavale. O grup aparte de oeluri de construcie ultrarezistente o constituie oelurile de tip Maraging", nalt i complex aliate (cu 18-26% Ni, 8-10% Co, 3-5% Mo .a., la ^0,03% C). Acestea au structur martensitic cu ridicat plasticitate si nalt rezisten mecanic (Rm = 220 . .. ... 250 daN/mm2, Rp02 = 150 . .. 180 daN/mm2, A = = 12 ... 15%, KCU = 60 . . . 100 J/cm2). Aceste oeluri se durific prin precipitare (mbtrnire) de ex. clire la 820C, 1 h, rcire n aer, cu revenire (mbtrnire), 3 - 6 h, la 510480 C. Astfel tratate termic aceste oeluri snt deformabile plastic, sudabile (custurile pot fi apoi durificate local prin mbtrnire) i prelucrabile prin achiere. Aceste oeluri pot fi i de turnare (coninnd pe ling Ni, Co, Mo i Cr, Cu,' Mn).Astfel de materiale i gsesc o din ce n ce mai larg utilizare n construcii de maini, aeronave etc, pentru realizarea pieselor puternic solicitate sau supuse la presiuni mari, ca: arbori de antrenare, rezervoare sub presiune, elemente ale cutiilor de viteze, angrenaje, pistoane .a. Oelurile i tratamentele termice recomandate pentru organe de maini de uz general snt indicate n tabelul 2.16.

Tabelul 2.1$

tratamente termite recomandate pentru organe ile maini de uz general

ipul organului

Oelurile i tratamewtele termice recomandate

Organe de asamblare OLC 20, 18MuCrlO, 18MoCrNil3, 13CrNi30 cianurate i ulterior tratate termic; OLC 45, 35Mnl6, 34MoCrNril5, 41MoCrll, 50VC11 mbuntite la 35-45 HRC. Pentru reducerea deforruaiilor se recomand clire izoterm la martensit, in bi de sruri cu temperatura de 200 C OI, 37, OL 50...OL 70 uetratate; OLC 25. . . OLC 60 netratate termic sau Pene OL 50... OL 70 netratate ; OLC 35... OLC 60 Piulie netratate termic san

Arbori canelai, arbori cu profil K

Boluri, tifturi

OL 37 .. .OL 60, AUT 12, OP 25 netratate; OLC 25...OLC 45, 35Mnl6, 33MoCrll, 40CrlO, 41MoCrll, AUT 30, AUT 40 mbuntite

uruburi (obinuite, bu-loane, Idem cu piuliele (ecxepie OP 25); prezoane, speciale etc.) OLC 25, OLC 35 cianurate i clite la 56aibe, rondele (brute, obinuite, speciale) OL 34, OL 37 netratate Organe n micare de rotaie

Cuplaje

OL 60, OL 70 netratate;

Arbori cu flane dintr-o bucat OLC 35, OLC 45, 40CrlO, 41MoCrll mbuntite la pentru cuplaje rigide 30-40 HRC; OL 50, OL 60 normalizate Discuri de turbine cu abur sau OLC 45, 40CrlO, gaze mbuntite 33MoCrll, 34SIoCrNil5 Tabelul 2.16 (continuare)

Tipul organului Arbori, osii (bare de torsiune, axe auto, osii de vagoane, axe cardanice i planetare, fuzete, arbori melcai, principali etc) Arbori cotii

Oelurile i tratamentele termice recomandate OLC 35...0LC 50, 35Mnl6, 40CrlO, 41MoCrll, 34MoCrNil5, 21MoMnCrl2, 18MoCrlO, 28TiMnCrl2 mbuntite, cu eventual clire superficial a fusurilor OL 50, OL 60, OLC 45, OLC 60, 35Mnl6, 40CrlO mbuntite la 20-30 HRC, fusurile clite superficial (2 5 mm) OLC 15, OLC 20, 15Cr08, 13CrNi30, 21MoMnCrl2 cementate i clite; OLC 45, 40CrlO, 35>Inl6 mbuntite i clite superficial. Organe ale transmisiilor mecanice

Came, arbori cu came

Roi dinate:

foarte greu solicitate (viteze periferice mari ~ ~ 12 m/s i ncrcri specifice mari, combinate cu ocuri) greu solicitate (viteze i presiuni mari; ocuri)

mediu solicitate (viteze medii ~ 8-12 m/s, presiuni mari; ocuri) mediu solicitate (viteze medii i mici ~ 4 8 m/s, presiuni mari; fr ocuri)

slab solicitate (viteze medii ~ 6-12 m/s, presiuni mici; ocuri) slab solicitate (viteze m;ci < 6 m/s, presiuni uci; cu sau fr ocuri) foarte slab solicitate

13CrNi30, 18MoCrNil3, 20MoNi35, 21MoMuCrl2, 21TiMnCrl2 cementate (> 1,5 mm) i clite (58 62 HRC la suprafa i 30-40 HRC n miez) 18MoCrNil3, 18MnCrlO, 15Cr08 cementate (1 1,5 mm) sau carbonitrurate (0,6 0,8 mm) i clite (55-60 HRC la suprafa i 20-30 HRC n miez) OLC 45, 40CrlO, 41MoCrll mbuntite (30-35 HRC) i clite superficial (50-55 HRC) 40CrlO, SOVCrll, 41MoCrll mbuntite (45-50 HRC); ev. cianurate (0,2-0,3 mm), clite direct i revenite jos (55 HRC la suprafa i 40 45 HRC n miez) ; mbuntite (40-45 HRC) i clite superficial (52-56 HRC) OLC 15, OLC 20 cementate (0,6-1 mm) i clite (55 60 HRC la suprafa) ; carbonitrurate (0,4 0,6 mm) i clite direct OLC 45, 35Mnl6, 40CrlO, 35MnSil2 mbuntite (20-25 HRC) ; Oeluri carbon sau aliate turnate Oeluri carbon (0,25-0,5% C) netratate; Oeluri sau fonte turnate

Tabelul 2.16 (continuare)

Tipul organului Melci (arbori melcai)

Oelurile i tratamentele termice recomandate 13CrNi30, HRC) ; 21MoMnCrl2 clite i revenita (58-63

OLC 45, 40CrlO, 41CrNil2 clite i revenita (45-55 HRC)

EcliseRole(buce), boluri Organe de transformare a micrii Biele(capete)

OLC 45, 40CrlO, 50VCrll mbuntite (40--50 HRC) OLC 15, OLC 20, 15Cr08, 18MnCrlO 21MoMnCrl2

OLC 25.. .OLC 45, 35Mnl6, 40CrlO, 50VCrll, 33MoCrll, 41CrKil2 mbuntite (210--280 HB) 35Mnl6, 33MoCrll, 40CrlO, 41CrNil2. 34MoCrNil5 mbuntite (27-37 HRC)

Buloane de biel Organe cu micare de translaie Supape de admisie, de evacuare (scaune, tije) Boluri de capete de cruce, de pistoane Pistoane, capete de pistoane Tije de legtur Cmi de cilindru Ghidaje

OLC 45, 40CrlO, 41CrNil2 mbuntite; 38MoCrA109 OLC 10, OLC 15, 15Cr08, 15CrNil5 OL 50, OLC 35 forjate, eventual mbuntite; OT 550 OL 50, OL 60, OLC 35, OLC 45, 40CrlOr 50VCrl 1 38MoCrA109 nitrurat; . oel turnat; font cenuie Oeluri carbon de mbuntire clite (total sau superficial) ; font ce.nuie clit superficial

2.1.7. Oeluri microaliate i de nlocuire n ultimul timp, materiale de construcie cu acceptabile caracteristici mecanice (Rp0,2 > 30 daN|c'mm2) i tot mai larg rspndire snt oelurile microaifate cu anumite ele-

mente n proporii foarte mici (sutimi sau miinii de %), care micoreaz granulaia i mbuntesc clibilitatea. Otelurile microaliate cu V (0,010,03%), clite i revenite nalt, au duritatea, Rm i Rp0i2 mult superioare otelurilor similare ns fr V. Astfel de ex. OL 52.3(4), cu cea 0,03% V i 0,006% N are, pe lng Rp0,2 uor mrit, tenacitate i sudabilitate mbuntite. Asemntoare snt i oelurile microaliate cu Nb, Ti etc. Bune rezultate dau oelurile microaliate cu B (0,0015 0,005%). Prezena unui adaos de 0,001% B (n 40BCrl0, STAS 791-80) confer aceeai clibilitate ca i 1,33% Ni + + 3,1% Cr + 0,04% Mo, economisindu-se astfel elemente de aliere scumpe, deficitare i mbuntindu-se concomitent proprietile mecanice ale oelurilor. Astfel, oelul pentru cementare microaliat eu 0,002-0,005% B (20MnB5, STAS 11511-80) avnd i 0,81,1% Cr are clibilitatea i rezistenta mecanic superioare otelului cu 1,652% Ni i 0,2-0,3% Mo. Oelurile aliate de nlocuire cu adaosuri ntructva mrite de Cr i Mn permit economisirea substanial a nichelului, iar W este nlocuibil de ctre Mo. Un oel cu 1,41,8% Cr, 0,71,1% W i doar 0,35% Ni clit are proprieti mecanice similare i fragilitate la rece mai sczut dect oelurile mai bogat aliate cu Ni. Se recomand nlocuirea oelurilor CrNi de mbuntire (cu 3,54%, Ni) cu un oel cu pn la 1,3% Ni i mici adaosuri de Mn, Mo i Ti. Oelurile CrNi mai slab aliate se pot nlocui cu oeluri' CrMn (28TiMnCrl2). n locul oelurilor cu Mo (33MoCrll) pot fi utilizate oelurile CrMnSi sau un oel cu 1,5% Cr, 1,75% Ni'i 0,05% Ti care, dup clire i revenire joas, are Rm = 150.. . 160 daN/mm2, fiind recomandabil n construcia autovehiculelor, pentru piese cu caneluri i degajri. Ca nlocuitoare ale oelurilor de cementare aliate cu mult Ni (13CrNi30, 20MoNi35) se pot folosi oelurile cu ^>'~T,5% Ni, iar n locul primului (de ex. pentru sape de foraj , chiar si oelurile 22(20)MoCrNi05(06) (STAS 11504-80). Oelurile slab aliate cu 0,91,6%, Mn, 0,1 1% Ni, 0,150,35% Cr (-0,15% C), avnd caracteristici mecanice net superioare oelurilor carbon obinuite (spre ex OL 3: le pot nlocui pe acestea n construcii mecanice, obtin du-se o scdere a greutii cu pn ia 20%.2.2. FONTE

Fontele snt aliaje FcC al cror coninut de C este, cel mai frecvent, cuprins ntre 2,23,8%, n prezena unor coninuturi relativ ridicate de elemente nsoitoare (Si, Mn, P). Aceste aliaje au, n general, foarte slabe proprieti plastice (forjabilitate) i redus sudabilitate, rezisten mecanic mai mic dect a oelurilor, dar bun turnabi-litate (temperatur de topire mai sczut, fluiditate mare, interval de solidificare i implicit tendin de segregare reduse, contracie mic la solidificare pn la max 2%), precum i capacitate de amortizare a vibraiilor. Ca atare, fontele snt utilizate n construcia de maini cu precdere pentru piese turnate, chiar pretenioase, ce rezult la un pre de cost mai redus dect piesele prelucrate prin deformare plastic sau sudare. Clasificare. Fontele albe (cementitice) snt dure, fragile (duritate 350-500 HB, Rm= 20 .. . 40 daN/mm2, KCU x x 0) i neprelucrabilc prin achiere. Dintre acestea cele de compoziie hipocuteetie (C < 4,3%) prezint interes limitat, n scopuri antiuzare, precum i la obinerea fontelor maleabile. Fontele cenuii (de turntorie) snt, n funcie de forma grafitului prezent n structura lor: cu grafit lamelar, uodular (fonte modificate) sau n cuiburi (de recoacere fonte maleabile), iar dup structur: fonte perlitice, per-lito-feritice sau feritice. Fontele pestrie au simultan caracter de font alb ceinen-titic (cu lcdeburit) i de font cenuie (cu grafit). Un alt criteriu de grupare a fontelor este alierea, existnd fonte nealiate, care, n afar de Fe i C, conin max : 3% Si, 1,5% Mn, 0,3% P, 0,1% S, i fonte aliate, care conin n plus elemente de aliere, ca min 0,3% Cr, Ni, Cu, A

(fiecare), min 0,1% Mo, V, Ti, precum i Si peste 34%, Mn peste 1,52%, P peste 0,3%, toate adugate n mod voit n vederea obinerii unor proprieti superioare. n funcie de coninutul total de elemente de aliere fontele snt: slab aliate (suma elementelor de aliere sub 4%), mediu aliate (48%) i nalt aliate (peste 10%). Cu ajutorul diagramelor structurale (fig. 2.3) este practic posibil stpnirea structural a fontelor ncaliate i chiar

aliate cu pn la 5% elemente de aliere, prin dozarea corespunztoare a carbonului i siliciului n funcie i de viteza ue rcire (grosimea pereilor pieselor turnate). Grosimea minim realizabil a pereilor pieselor turnate Qin fonte n amestec de formare este dat n tabelul 2.17.

Tabelul 2.17

mea minim a pereilor i precizia realizabil la piesele turnate n amestec de formareFonta Font cenuie maleabi l 3-5 8-10 2,5-4 6-8 Aliaje de zinc

~-^^^^

Metalul

Ofel turnat 5 10-12

Alam

Aliaje de aluminiu

Caracter istici -^ Grosimea Piese mici minim a pereilor. Piese mijlocii

2*3,5

2*3,5 2*3,5

Piese mari Precizia realizabil, ram

12-15 1

1

15-20 1 1 0,8 0,8

Proprietile fizico-mecanice, dup cum i prelucrabilitatea (turnabilitatea, achiabilitatea) fontelor snt determinate de masa metalic de baz, precum i de cantitatea i forma grafitului din structur. Aciunea defavorabil minim asupra rezistenelor mecanice (Rm; Rt = (1,5 ... 2)Rm; Rc = 4Rm) o au formaiunile de grafit ct mai sferoidale, fine, uniform distribuite, izolate (grafitul nodular, punctiform). 2.2.1. Fonte cenuii eu grafit Iamelar Aceste fonte au compoziia chimic: 2,83,6% C, 0,5-3,5% Si, 0,4-1% Mn, 0,1-1% P, S2

90-130

40-80

180-300

diiile de turnare i de tratamentele termice ulterioare, care influeneaz mai puternic proprietile mecanice dect n cazul fontelor cu grafit lamelar. Influena grosimii pereilor piesei turnate asupra proprietilor de rezisten este ns mai mic dect n cazul fontelor cu grafit lamelar. Modulul de elasticitate al fontelor cu grafit nodular este sensibil mai ridicat (16 50018 500 daN/mm 2) dect al fontelor cu grafit lamelar (cea 12 000 daN/mm2), iar capacitatea de amortizare a vibraiilor mai mic. Aceste fonte au deformabilitate plastic interesant, pretndn-se la o astfel de prelucrare (ndeosebi dup recoacere la 970 C). Tratamentul termic specific n afara clirii indicate la fontele cu grafit lamelar este recoacerea de normalizare (nclzire la 870950C, 12 h, rcire n aer), n urma creia rezistena crete substanial, precum i recoacerea de feritizare, n urma creia fontei devenit feritic i se mrete alungirea (fig. 2.7). Achiabilitatea acestor fonte este foarte bun. _ Se recomand pentru confecionarea pieselor care necesit rezisten (ndeosebi la solicitri dinamice) i plasti-

Gros/rriea pere fi/or, mmFig. 2.7

citate mai ridicate (dect ale fontelor cu grafit lamelar). Cteva indicaii de utilizare pentru diferite mrci de font cu grafit nodular se dau n tabelul 2.20.Tabelul 2-20-Utilizrile fontelor cu grafit nodular

Marca Fgn370-17

Caracteristici

Exemple de utilizate Piese pentru maini agricole, autovehicule (n locul fontei cenuii, pentru micorarea greutii pieselor)

Fgn400-12

Achiabilitate foarte bun, plasticitate bun

Piese sub presiune (corpuri de pompe i vane), piese ale construciilor navale (elice), piese pentru maini agricole, piese solicitate la oc etc.

Fgn450-5 Fgn500 7

Structur ferito-perlitic

Matrie, armturi etc. Corpuri de compresoare, piese' pentru utilaje miniere, de transport (arbori cotii)

Tabelul 2.20 continuare

fon600-2 Fgn700-2 Fgn800-2 Caracteristici Exemple de utilizare

Rezisten ridicat n stare brut Segmeni de piston, roi dinate, turnat, cli-bilitate matrie, piese n contact cu arbori superficial tratai termic, cilindri de laminor Structur fin (dup normalizare i revenire sau prin aliere), plasticitate i rezisten la uzare foarte bun Arbori cotii de mari dimensiuni (pentru motoare diesel), piese pentru turbine, roi dinate i pinioane, came, ghidaje, piese pentru maini agricole, saboi de frn

2.2.3. Fonte maleabile Snt fonte superioare, obinute prin grafitizarea celor albe turnate n piese, printr-un tratament termic caracteristic recoacerea de maleabilizare (transformarea structurii cementitice ntr-o matrice metalic de baz, constituit total sau preponderent din ferit i C; acesta fie c este eliminat complet cazul fontei maleabile albe sau cu miez alb, fie c se precipit n cuiburi cazul fontei maleabile negre sau cu miez negru) STAS 569-79, mrcile avnd precizate n simbolizare structura (alb, neagr, perlitic), Rmmini A. Fontele maleabile albe (Fma) se obin din fonte primare cu 2,8-3,5% C (i 0,7-1,1% Si) prin recoacere decarbu-rant n mediu oxidant (Fe203). Tratamentul durnd 80140 h este artat n fig. 2.8, a. Structura rezult perlitic sau perlitic n miez si feritic la exterior, conferind acestor fonte = 35'.. . 40 daN/mm2, Rp02 = = 22 daN/mm2, ,4=3... 7%, HB = 230. Fontele maleabile negre (Fmn) se obin din fonte cu coninut mai sczut de C (2,2-2,8%) i 0,9-1,5% Si prin recoacere de grafitizare (complet) n mediu neutru (nisip cuaros splat Si02). Tratamentul este n acest caz cel dat de curba 1 din fig. 2.8, b. Structura rezult feritic, putnd ns conine uneori i perlit (ndeosebi la

Fig. 2.8

^t

suprafa). Caracteristicile mecanice snt inferioare celor ale fontelor maleabile albe (Rm = 30 ... 37 daN/mm2, Rpo,2 = 18 daN/mm2, HB x 155 i Rc x 100 daN/mm2, Ri x 70 daN/mm2, rezistena la oboseal 1620 daN/mm2), dar fontele negre au o plasticitate sensibil mai ridicat (.4=6... 14%). _ Fontele maleabile negre perlitice (Rm = 45 ... 70 daN/ mm2, 2^0,2 = 25 ... 50 daN/mm2, A =2 ... 6%) se obin din fonte cu Mn > 0,6% supuse maleabilizrii conform fig. 2.8, b, curba 2 (rcire mai rapida n aer sau chiar ulei), tratament n urma cruia structura rezult perlitic (Rm i HB mai mici, dar A, respectiv plasticitatea, mai mari). Se pot obine i

fonte maleabile cu structur perlitic globular (cu proprietile mecanice cele mai ridicate), i anume printr-o recoacere grafitizant -+- normalizare (renclzire 1 h la 770 C, rcire n ulei) -f- recoacere de globulizare a per----------------0 Jn toate cazurile grafitul rezult aglomerat n form de cuiburi, cu margini neregulate, mai L Htei (renclzire 15 b la favorabil pentru rezisten dect cel lamelar, dar mai puin \* 705C, rcire n aer). Efectul favorabil dect cel nodular. globulizrii perlitei .asupra caracteristicilor la traciune, funcie de duritatea rezultat., este indicat n fig. 2.9-

2 .

Proprietile mecanice ale fontelor maleabile se situeaz ntre cele ale fontelor cenuii cu grafit lamelar i cele ale oelurilor turnate. Prezena perlitei n structur mbuntete n toate cazurile Rm i duritatea, dar micoreaz A, respectiv deformabilitatea, care oricum ns rmn remarcabile (superioare celor ale fontelor cenuii, obinuite, dar inferioare celor ale fontelor cu grafit nodular). Proprietile mecanice ale fontelor maleabile albe snt puternic influenate nu numai de cantitatea de perlit, ci i de grosimea pereilor pieselor (fij proprietile fontelor maleabile negre (mai - . cu seam ale celor fe240J- j; ritice, dar i ale celor

perlitice sensibil mai rezistente dect primele) nu snt a-proape deloc influenate de grosimea pereilor piesei. Modulul de elasticitate este aproximativ acelai (=17500 daN/mm2) pentru toate fontele maleabile. Proprietile mecanice (de rezisten, inclusiv la uzare) ale fontelor maleabile perlitice pot fi mbuntite prin aplicarea unor tratamente de clire sau de mbuntire. chiabilitatea fontelor maleabile albe este similar celei a oelurilor turnate, iar a celor maleabile negre, mai bun. Sudabilitatea fontelor maleabile albe cu grosimi sg 6 mm este corespunztoare (asemntoare cu cea a oelurilor cu coninut sczut de C), dar cele negre se sudeaz dificil. Datorit proprietilor superioare i preului de cost mferior, fontele maleabile negre snt mai mult folosite n construcia de maini dect cele albe. Utilizarea fontelor maleabile este ngrdit de grosimea limitat a pereilor pieselor (max 2530 mm), iar a celor negre, parial i de duritatea redus, care mpiedic folosirea lor pentru piese rezistente la uzare. n general, se recomand pentru piese turnate mici, de forme complicate cu perei subiri, cu bun rezisten, oarecare tenacitate i rezisten la ocuri i anume pentru: 3%) Fmn 300 (A x 6%); buce: Fma (350)400; cilindri (sau cmi de cilindri), roi dinate, organe de. legtur, buce: Fma 400 (A ^3%); armturi, organe de legtur: Fmn 300; axe cu came, arbori cotii, cmi de cilindri: Fmn 320 (A a 8%), Fmn 350 (A e 10%)'; organe de legtur supuse la solicitri alternative (biele, manivele) : Fmn (350)370 (A S 12%) ; piese ale mainilor textile, poligrafice, de prelucrare a cauciucului: Fmp 450 (A s 6%) ; piese ale' mainilor agricole: Fina 350 (A x ''

piese puternic solicitate ca roi dinate, roi de lan, pistoane i supape (pentru motoare diesel) : Fmp 500 ... . . . Fmp 700 (A^ 5 ... 2%). 2.2.4. Fonte aliate Acestea snt fonte cenuii, albe sau maleabile care, datorit prezenei unor elemente de aliere ca peste 0,3% Ni, Cr, Cu sau W, peste 0,1% Mo, V sau Ti, mai mult de 2% Mn i de 4% Si, posed caracteristici mecanice mbuntite, inclusiv rezisten la uzare i la temperaturi nalte (fontele slab i mediu aliate) sau rezisten ridicat la coroziune (fontele bogat aliate). Proprietile mecanice ridicate, comparabile cu ale oelurilor, ca Rm pn la 80 daN/mm2 i HRC = 60, ale fontelor de turntorie slab i mediu aliate totui relativ restrns utilizate se datoresc ndeosebi prezenei elementelor de aliere (fig. 2.11), implicit mririi calibilitii. Dup clire se recomand o revenire mai nalt (400500C). Prezena nichelului mrete rezistena (de ex. fontele pentru cilindri de laminoare), mbuntind n acelai timp .

Adaosurile

^ de Cr, V i Ti mresc duri- " tatea i rezistena fontei, n- ^ ruti'nd ns prelucrabilita-tea. Adaosuri concomitente de jji _ Cr se utilizeaz pentru compensarea reciproc a acestor influene. n funcie de structur i de proprieti, fontele slab i mediu aliate (pentru utilizri diverse i nu speciale) se mpart n: fonte cenuii perlitice cu Ni, Cr, Cu, Mo,' V etc. n diferite combinaii (NiVMo, Mo-Cr, Cu-Cr-V); cele continnd Ni, Cr, Mo, Cu au Rm = 35 . . . 40 daN/mm2 i rezisten bun la uzare i oxidare; snt utilizabile pentru principalele piese turnate ale motoarelor cu ardere intern i compresoarelor;

fonte cenuii aciculare (bainito-martensitice), cu N i Mo sau Ni i W, prin a cror dozare, n funcie i de viteza de rcire, se pot obine direct din turnare eventual prin tratamente termice ulterioare structuri de clire sau de revenire (martensitic, bainitic), cu separri fine de grafit lamelar sau nodular i implicit diferite proprieti, oricum ns ridicate (Rm = 40 ... 70 daN/mm2, 300400 HB). Aceste fonte snt recomandate pentru turnarea unor piese greu solicitate ca arbori cotii pentru motoare diesel i compresoare, segmeni de pistoane, cmi de cilindri rcii cu aer, cochile i matrie pentru prelucrarea metalelor neferoase etc. Alte utilizri ale unor fonte aliate de diferite compoziii se indic n tabelul 2.21.Tabelul 2.21 Fonte aliate

Compoziia, % UtilizareaC Si

Mn 0,75 0,8

p

Ni

Cr -2,5