Defecte de TT

NDRUMTOR PRACTIC PENTRU TRATAMENTE TERMICE __________________________________________________________________________________

101

11 DEFECTE DE

TRATAMENT TERMIC I TERMOCHIMIC

Tratamentele termice sunt procese care produc modificri ale proprietilor prin schimbri convenabile ale structurii i strii de tensiuni ale produselor metalice. In cazul n care nu se respect tehnologia prescris este posibil s se ajung la structuri defectoase care nrutesc proprietile produselor. Ele pot apare att datorit nerespectrii regimurilor de nclzire, ct i a celor de rcire.

Defectele de tratament termic au o serie de particulariti, i anume: - n general sunt remediabile i numai o categorie restrns duce la rebutarea piesei; - nu toate defectele pot fi puse n eviden pe cale vizual, necesitnd astfel metode

speciale cum ar fi: ncercri mecanice, analiza macro i microstructural, defectoscopie, metode chimice etc.; aceste defecte ascunse n material pot produce accidente grave n agregatele sau instalaiile unde sunt montate piesele;

- apariia unor defecte datorit condiiilor anterioare de prelucrare la cald sau la rece a piesei respective.

Defectele pot fi definite funcie de tratamentul termic sau termochimic ce se aplic; astfel putem avea defecte: de recoacere, clire, revenire, cementare, nitrurare etc

11.1. Defecte de recoacere

"Arderea" materialului metalic este un defect ce apare atunci cnd nclzirea se realizeaz timp ndelungat la temperaturi apropiate de curba solidus. In acest caz, la limita grunilor (unde de obicei se aglomereaz impuritile ce coboar curba solidus) poate ncepe topirea. Materialul n stare topit se arde uor, astfel c dup rcirea pn la temperatura mediului ambiant, aceste limite se observ la microscop (fig.11.1.) datorit oxizilor formai n aceste zone. Cu ct temperatura este mai ridicat, materialul se arde mai mult i pelicula de oxizi observat este mai groas. Dac arderea este mai puin avansat (durat mai scurt sau temperatur mai sczut) se observ puncte negre la marginea grunilor. Materialul ars devine foarte fragil, avnd rezisten mecanic sczut. Acest defect nu poate fi remediat; un material ars trebuie rebutat.

Oelurile ard cu att mai uor cu ct coninutul de carbon este mai mare, deoarece

Defecte de tratament termic i termochimic __________________________________________________________________________________

102

scade temperatura de nceput de topire. Alierea cu elemente gamagene mrete pericolul de ardere, n timp ce elementele de aliere alfagene diminueaz acest pericol.

"Supranclzirea" materialului este un defect structural datorat meninerii produsului

deasupra intervalului optim de nclzire (fig.11.2.) ceea ce conduce la creterea accentuat a grunilor. Mrimea gruntelui obinut la nclzire se va transmite gruntelui real rezultat dup rcire, obinndu-se o structur grosolan ce afecteaz negativ rezistena mecanic i tenacitatea.

La oelurile hipoeutectoide perlita este nconjurat de o reea de ferit proeutectoid (fig.l1.3.a.), n timp ce la otelurile hipereutectoide este nconjurat de o reea de cementit (fig.l1.3.b.).

In practic, la rciri mai rapide, n structura oelurilor hipoeutectoide, grunii grosolani de perlit pot fi strpuni de separri lamelare sau aciculare de ferit (fig.11.3.c.). O astfel de structur poart denumirea de Widmannsttten. La oelurile hipereutectoide, supranclzirea i rcirea rapid pot conduce la separarea unor lamele sau ace de cementit n interiorul grunilor de perlit (fig.11.3.d.).

Structurile de supranclzire (cu grunte grosolan sau Widmannsttten) nu sunt convenabile n practic datorit fragilitii ridicate. Ele pot fi corectate prin normalizare (austenitizare complet urmat de o rcire n aer linitit). Se asigur astfel o structur cu gruni fini omogeni fr separri de ferit sau cementit secundar n interiorul grunilor.

"Duritate mare" este un defect, remediabil, datorat unei viteze de rcire prea mari. Se obin, n acest caz, structuri fine, cu un grad mare de dispersie i duritate mare. In acest situaie este necesar s se refac tratamentul termic cu o vitez de rcire mai mic, sau cu temperatur de nclzire mai sczut, sau s se aplice alt tratament termic (de ex. recoacere izoterm). Astfel se obine un grad de dispersie al fazelor mai mic, deci duritate mai redus.

In cazul oelului hipereutectoid care dup recoacere i mai ales dup normalizare prezint duritate mare, este necesar s se aplice un tratament de globulizare a cementitei sau o recoacere suberitic.

"Sprtur neagr". Acest defect se datoreaz apariiei grafitului la recoacerea oelurilor cu procent ridicat de crom, wolfram, cobalt. Pentru evitarea separrii acestui constituent, se recomand aplicarea tratamentului de normalizare.

Fig.11.1. Structur tipic pentru un material metalic ars.

Fig.11.2. Domeniile optime de nclzire pentru diferite tehnologii de tratament termic

la oeluri.


103

Fig.11.3. Structuri de supranclzire: a) oel hipoeutectoid cu gruni grosolani (250:1); b) oel hipereutectoid cu gruni grosolani (250:1); c) oel hipoeutectoid cu structur Widmannsttten

(250:1); d) oel hipereutectoid cu structur Widmannsttten (atac picrat) (250:1).

"Structura dendritic". Apare la piesele turnate i omogenizate, pentru care

temperatura la care s-a efectuat recoacerea de omogenizare a fost prea mic. In acest caz se mrete temperatura de omogenizare pentru a favoriza procesele de difuzie (fig.11.4.).

Fig.11.4. Structur dendritic cu microfisuri la limita grunilor ntr-o pies turnat.

a b

c d


104

11.2. Defecte de clire

"Decarburarea i oxidarea". Prin decarburare are loc eliminarea carbonului de la suprafaa produselor pe o anumit adncime, ducnd la apariia altor defecte (pete moi, fisuri). Oxidarea are loc prin formarea unei pelicule de oxizi la suprafaa materialului, dur i casant (fig.11.5.).

Fig.11.5. Structuri cu defecte datorate nclzirii incorecte pentru austenitizare: a) decarburare; b) oxidarea stratului superficial.

Decarburarea i oxidarea sunt defecte care pot fi remediate foarte greu; dac totui ele

apar pot fi ndeprtate prin prelucrri mecanice, atunci cnd dimensiunile produselor permit acest lucru. Pot fi evitate prin folosirea atmosferelor controlate, a mediilor neutre i prin respectarea regimului de nclzire.

"Duritate sczut" - este un defect care se poate manifesta n toat piesa, sau numai local (pete moi). Duritatea sczut n toat masa piesei se poate datora alegerii necorespunztoare a temperaturii de austenitizare, a mediului de rcire, a calitii oelului .a. nclzirea insuficient (temperatura mai mic dect cea optim sau durata de meninere prea mic la temperatura optim) duce la scderea duritii. De exemplu, dac un oel

hipoeutectoid se nclzete la temperaturi sub 3c

A , dup clire rezult o structur format din

ferit i martensit cu duritatea mai mic dect la nclzirea corect executat, la temperaturi cu

30...50 C peste

3cA .

Petele moi, prezente pe lng zonele cu duritate corespunztoare, sunt cauzate de mediul de rcire sau de nclzire. Prezena oxizilor (undrului) care s-au desprins cu ntrziere sau care nu s-au desprins n timpul rcirii, lipsa agitrii mediului de clire sau chiar agitarea necorespunztoare, conduc la scderea duritii.

"Deformaiile" pieselor clite apar, n general, datorit repartiiei neuniforme a tensiunilor interne (termice i structurale) n volumul produsului. Modificrile structurale, ce au loc n materialul metalic n timpul tratamentului termic, produc modificri de volum (deformaie), iar neuniformitatea nclzirii i rcirii pe seciune duce la modificarea formei exterioare (strmbare). Practic, n cazul tratamentelor termice deformaiile sunt inevitabile. Creterea volumului se elimin la prelucrrile mecanice ulterioare (rectificare), fiind de obicei, n limitele adaosurilor de prelucrare. Strbarea este remediat prin ndreptare.

Pentru evitarea strbrii se impune o nclzire uniform a produsului, iar la rcire, alegerea poziiei optime de introducere n mediul de rcire pentru realizarea uniformitii

a b


105

rcirii (fig. 11.6.). Piesele cu grosimi diferite se vor introduce mai nti cu partea groas, astfel ca acestea s aib un "avans" la rcire fa de partea subire. Reperele lungi i subiri trebuie introduse n mediul de rcire n lungul axei longitudinale (vertical). Piesele sub form de discuri (freze, aibe, discuri,etc) nu trebuie introduse pe lat, iar cele cu configuraie complicat este bine s fie introduse sub un unghi de 45. Roile dinate, frezele melc se introduc prin rostogolire "pe cant".

Fig. 11.6. Exemple de introducere corect a unor piese i scule n mediul de clire.

"Fisurile i crpturile", sunt defecte care duc ntotdeauna la rebutarea pieselor.

Cauza principal a producerii fisurilor i crpturilor este apariia tensiunilor interne care depesc local rezistena de rupere la traciune a materialului. Tensiunile interne depind de urmtorii factori:

- compoziia chimic a oelului i proprietile fizice exprimate prin: modulul de elasticitate, coeficientul de dilatare liniar, conductibilitatea termic etc.; pericolul mare de fisurare i crpare exist n special la oelurile aliate i la cele cu carbon mult;

- viteza de rcire, care se recomand s fie pe ct posibil apropiat de viteza critic de rcire; n multe cazuri piesele crap n timpul rcirii;

- mrimea seciunii i configuraia piesei joac un rol important n apariia fisurilor. Diferena mare de seciune pe lungimea piesei, trecerile brute, duc la formarea concentratorilor de tensiuni implicit la apariia fisurilor: la treceri brute de seciune se recomand raze de racordare pentru evitarea concentratorilor de tensiune (fig. 11.7.);

- mrimea gruntelui; - viteza de nclzire.

Fig.11.7. Influena geometriei

piesei asupra susceptibilitii la fisurare.


106

Fisurile pot fi mprite n urmtoarele tipuri: - longitudinale, ce pornesc de la suprafa i se continu de-a lungul piesei; apar n

special dup clirea complet; - sub form de arc, ce ncep din straturile centrale ale piesei; sunt frecvente dup

clirea incomplet a oelurilor carbon i pot fi ntlnite i dup clirea prin inducie; - fine superficiale, ce apar pe o adncime de 0,01...1,50 mm sub forma unei reele de

pianjen; se ntlnesc frecvent dup operaia de rectificare a pieselor clite sau carburate i clite;

- de exfoliere, ce apar n apropierea suprafeei i se datoreaz neomogenitii structurii martensitice.

Mai pot fi menionate i microfisurile, ce nu pot fi puse n eviden prin mijloace obinuite de control i care apar n urma clirii la temperaturi nalte.

11.3. Defecte de revenire

- "Duritate sczut" defect cauzat de efectuarea revenirii la o temperatura mai ridicat dect cea prescris;

- "Duritate ridicat" - apare n cazul revenirii la temperaturi prea joase; - "Fragilitatea de revenire", se manifest prin valori sczute ale rezilienei; acest

defect apare de obicei la temperaturi cuprinse ntre 450...600 C, interval n care viteza de rcire trebuie s fie mare pentru nlturarea acesteia.

11.4. Defecte de carburare

"Repartiia necorespunztoarea a carbonului n strat"- este un defect care se

manifest printr-o scdere brusc a coninutului de carbon de la stratul carburat la miez, lucru care conduce adesea la exfolierea stratului cementat, urmare a distribuiei nefavorabile a tensiunilor remanente rezultate n urma clirii. Cauza defectului rezid ntr-o difuzie slab a carbonului, n condiiile carburrii la temperaturi prea joase; de asemenea, nclzirea prea rapid poate conduce la situaii asemntoare.

Defectul poate fi corectat printr-o recoacere de difuzie, cu luarea unor msuri adecvate de prevenire a decarburrii superficiale.

"Structur grosolan". Datorit temperaturilor nalte i a duratelor mari de cementare (ndeosebi n mediu solid), frecvent, att n stratul ct i n miezul pieselor carburate, are loc o intensificare a fenomenului de coalescen, fapt ce conduce la creterea granulaiei, nsoit de diminuarea rezistenei la rupere i a tenacitii. Defectul este mai frecvent la oelurile nealiate i, n general, la cele cu granulaie ereditar grosolan. Poate fi prevenit prin utilizarea oelurilor cu granulaie ereditar fin i prin alegerea unor procedee de carburare (n gaze) cu regimuri termice adecvate.

Granuaia grosolan poate fi corectat printr-un tratament de normalizare nainte de clire sau prin aplicarea unei cliri duble.

"Hipercarburarea" - se manifest prin creterea exagerat a coninutului de carbon din stratul carburat (pn la 1,30...1,40%). In structur apare o reea grosolan de cementit secundar (fig.11.8) care fragilizeaz stratul, putnd duce chiar la exfolierea lui. Cauza principal o constituie potenialul de carbon prea ridicat al mediului de carburare.

Defectul poate fi prevenit prin alegerea corect a parametrilor tehnologici ai carburrii i respectarea n tocmai a tehnologiei de lucru, precum i prin aplicarea cementrii n trepte. Efectul nefavorabil al hipercarburrii poate fi contracarat prin una sau dou recoaceri


107

subcritice, care asigur globulizarea att a cementitei secundare, ct i a celei perlitice, dup care se aplic o clire de strat i o revenire joas.

"Structur anormal". Se caracterizeaz prin aglomerarea cementitei (mai evident

n zona hipereutectoid a stratului carburat) i ncadrarea acesteia de ctre ferita structural liber, tot sub form de reea. Apariia acestei structuri este determinat de repartiia neuniform a carbonului n austenit, micorarea coninutului acestuia n vecintatea poriunilor cu aglomerri de cementit. O asemenea structur conduce frecvent la apariia petelor moi dup clire n zonele cu ferit, ceea ce afecteaz nefavorabil comportarea piesei. Defectul este mai frecvent la carburarea n mediu solid a oelurilor ce conin crom i mangan, elemente care, n condiiile difuziei oxigenului spre interior, intr n reacie cu acesta, conducnd la "oxidarea intern" a lor. In acest mod se uureaz difuzia carbonului spre poriuni n care separarea cementitei s-a produs deja.

La carburarea n mediu gazos, oxigenul din atmosfera de lucru intr n reacie cu hidrogenul rezultat prin disocierea hidrocarburilor i, ca atare, nu difuzeaz n stratul superficial al piesei.

Pentru a preveni apariia petelor moi dup clire, trebuie s se adopte temperaturi de austenitizare mai ridicate i durate de meninere mai mari pentru a asigura dizolvarea cementitei ntr-un grad mai nalt, precum i omogenizarea austenitei.

"Duritate insuficient". Defectul apare, de regul, cnd, n urma clirii, nu se asigur gradul de suprasaturare n carbon a martensitei. Acest lucru se poate datora unui coninut insuficient de carbon n stratul cementat, ca rezultat al unei carburri insuficiente sau al decarburrii suprafeei n ultima etap a cementrii ori n timpul austenitizrii pentru clire.

Duritatea necorespunztoare mai apare i atunci cnd clirea este efectuat greit (austenitizare la temperaturi prea joase, meninere insuficient sau rcire prea lent). Defectul poate fi corectat prin refacerea clirii n condiii corecte, atunci cnd duritatea insuficient i are cauza n modul de efectuare a clirii.

"Pete sau zone moi". Att la carburarea n mediu solid ct i la cea n mediu gazos, pot apare zone sau pete moi. In primul caz, acest defect se produce datorit aezrii necorespunztoare a pieselor n cutia de cementare, cnd pe suprafeele pieselor aezate prea aproape nu se realizeaz gradul de carburare normal. La cementarea in mediu gazos poate apare n condiiile unui grad de disociere prea mare a hidrocarburilor utilizate pentru carburare, caz n care se depune negru de fum pe suprafaa pieselor, mpiedicnd adsorbia carbonului. Zonele slab carburate sau necarburate nu se durific dup clire. Acest defect poate fi prevenit prin respectarea ntocmai a tehnologiei de carburare.

"Deformarea pieselor carburate". Se manifest prin variaia dimensiunilor cauzat de transformrile structurale survenite n timpul clirii, precum i prin deformarea propriu-zis (strmbarea), care este urmare a distribuiei neuniforme a tensiunilor interne (termice i structurale) n piesa tratat.

Fig.11.8. Microstructur tipic de supracarburare.


108

Asupra variaiilor dimensiunilor se poate influena prea puin, ele depinznd, n principal, de raportul n care se afl grosimea stratului carburat fa de grosimea piesei. n timp ce asupra deformaiilor propriu-zise datorate tensiunilor termice se poate influena, uneori decisiv, prin adoptarea unor tehnologii adecvate de carburare-clire. Conteaz n multe cazuri (mai ales la piese zvelte, L/D mare) modul n care sunt aezate piesele n fazele de nclzire-meninere i rcire, alegerea ciclogramei de tratament termic i, ndeosebi, modul n care se realizeaz clirea.

11.5. Defecte de nitrurare

"Straturi nitrurate cu duriti sau grosimi insuficiente" (fig.11.9.a.). Cauzele duritii insuficiente pot fi mai multe, printre care: utilizarea unor oeluri necorespunztoare sub raportul compoziiei chimice sau a microstructurii, curirea necorespunztoare a suprafeei, parametrii tehnologici neadecvai (temperatur prea nalt sau prea joas), debit de amoniac insuficient, circulaia gazului i temperatura neuniform n retort.

In privina grosimii insuficiente, la cauzele enumerate se mai adaug i o eventual durat prea redus de meninere.

"Strat alb mai gros dect cel admis" (fig.11.9.b.). Defectul este caracteristic nitrurrii prea joase sau cnd se lucreaz cu grade de disociere prea reduse (sub 15%), precum i atunci cnd se introduce prea repede (temperaturi prea mari, peste 480 C) amoniacul nedisociat pentru rcire, n locul amoniacului disociat.

Fig.11.9. Defecte de nitrurare:

a) grosime insuficient de strat; b) strat alb de grosime mare.

"Fisurarea suprafeei nitrurate". Apariia fisurilor n stratul nitrurat poate fi generat

de o form complex a pieselor tratate (variaii mari de seciune, coluri i margini ascuite etc), de existena unui strat alb prea gros, precum i de efectuarea necorespunztoare a tratamentelor termice anterioare nitrurrii.

"Schimbarea culorii pieselor nitrurate". Acest defect este determinat de efectuarea

incorect a unor operaii de pregtire a suprafeelor ce urmeaz a fi nitrurate, respectiv:

a b


109

decapare, splare, fosfatare. De asemenea, defectul poate fi cauzat de ptrunderea uleiului n retort (favorizat de piese cu guri adnci insuficient curate), de pierderea de presiune prin neetaneiti, de ptrunderea vaporilor de ap n retort sau chiar de introducerea prea devreme a aerului pentru splarea retortei (la temperaturi prea nalte, peste 180 C).

"Deformaii n limite prea mari". Nerespectarea tehnologiei de tratament preliminar, aezarea necorespunztoare, protecie neuniform, form constructiv neadecvat nitrurrii, temperatura de nitrurare prea nalt, strat nitrurat prea gros, toate acestea conduc la apariia deformaiilor excesive.

*

* *

In cadrul lucrrii vor fi identificate principalele defecte pe piese existente n laboratorul de "Tratamente termice". Fiecare student va primi un set de probe pentru

analiz. Rezultatele analizei vor fi trecute ntr-un referat care trebuie s cuprind: - schiele pieselor analizate; - caracterizarea materialelor din care sunt confecionate reperele respective;

- tehnologiile de tratamente termice aplicate;

- fotografia i caracterizarea defectelor; - cauzele care au generat defectele;

- metodele de remediere (dac ele exist); - concluzii.

Defecte de TT

Documents

Transcript of Defecte de TT