Fier Cementita, Fonte Albe

Capitolul 5 Oţeluri şi fonte

155

ŞTIINŢA MATERIALELOR Modulul (capitolul) 5

CUPRINS

OTELURI SI FONTE .......................................................................157 5.1. Introducere...............................................................................157 5.2. Diagrama de echilibru metastabil Fe - Fe3C. ..........................158 Oţelurile carbon şi fontele albe ......................................................158 5.3. Oţelurile carbon folosite în tehnică .........................................163 5.4. Diagrama de echilibru stabil Fe - C. .......................................165 Fontele cenuşii................................................................................165 5.5. Transformările la răcire ale austenitei .....................................170 5.6. Transformarea martensitei la încălzire – tratamentul termic de revenire ...........................................................................................175 5.7. Oţeluri si fonte aliate ...............................................................176 Cuvinte cheie ..................................................................................180 Bibliografie.....................................................................................181 Teste de autoevaluare .....................................................................181

OBIECTIVE:

Insuşirea noţiunilor privind structurile şi proprietăţile materialelor cu cea mai largă utilizare practică − oţelurile şi fontele.

Se au în vedere următoarele aspecte: studiul diagramei de echilibru metastabil Fe-Fe3C, structurile şi proprietăţile oţelurilor şi fontelor albe cu structuri de echilibru, studiul diagramei de echilibru stabil Fe-C, structurile şi proprietăţile fonetlor cu grafit (fonte cenuşii, maleabile şi nodulare), transformările la răcire ale austenitei – baza aplicării tratamentelor termice la fonte şi oţeluri, alierea oţelurilor şi fontelor.

Timp mediu necesar asimilării modulului: 16 ore


157

OTELURI SI FONTE

5.1. Introducere

Studiul sistemului fier - carbon prezintă o importanţă deosebită din punct

de vedere ingineresc, deoarece acest sistem cuprinde aliajele cu cea mai largă

utilizare practică: oţelurile şi fontele.

Componentul principal (de bază) al aliajelor sistemului fier - carbon este

fierul. Fierul este un metal alb - argintiu, cu temperatura de solidificare - topire

ts = 1538 oC şi următoarele caracteristici fizico - mecanice (la temperatura

ambiantă): densitatea ρ = 7850 kg/m3, modulul de elasticitate E = 2,05⋅105 N/mm2,

limita de curgere Re = 100...140 N/mm2, rezistenţa la tracţiune Rm = 200...250 N/mm2,

alungirea procentuală după rupere A = 40...50%, coeficientul de gâtuire

Z = 70...90%, duritatea 45...55 HBS, energia de rupere KV = 170...200 J. Fierul

are două forme alotropice sau modificaţii proprii (v. scap. 1.6): Feα, cu structură

cristalină CVC, stabil sub temperatura tc1 = 910 oC şi în intervalul de temperaturi

(tc2 = 1392 oC; ts = 1538 oC) şi Feγ, cu structură cristalină CFC, stabil în intervalul

de temperaturi (tc1 = 910 oC; tc2 = 1392 oC); Feα stabil în intervalul de temperaturi

(tc2 = 1392 oC; ts = 1538 oC) este numit şi Feδ. Fierul prezintă proprietăţi

magnetice sub temperatura Curie tCFe = 770 oC (v. cap 4)

Componentul de aliere al aliajelor fier - carbon este carbonul. Carbonul

formează cu fierul compusul definit Fe3C (carbura de fier), denumit în tehnică

cementită, caracterizat printr-o concentraţie masică de 6,67% C; cementita este

STIINTA MATERIALELOR

158

un compus interstiţial de tip geometric (v. scap. 2.2.2), cu reţea cristalină

complexă şi temperatura de solidificare - topire tsCem ≅ 1250 oC. Cementita are

densitatea apropiată de cea corespunzătoare fierului (ρCem ≅ 7600 kg/m3), este o

fază dură (duritatea cementitei este de aproximativ 800 HV) şi prezintă proprietăţi

magnetice sub temperatura tCCem = 215 oC (numită punctul Curie al cementitei).

Cementita este o fază metastabilă; prin menţinere de lungă durată la

temperatură ridicată şi/sau în prezenţa siliciului, cementita se descompune în fier

şi grafit (carbon liber). Grafitul este o formă alotropică (modificaţie) a carbonului,

caracterizată printr-o structură cristalină de tip hexagonal şi un punct de sublimare

(transformare a grafitului solid în carbon gazos), tsubC ≅ 3540 oC. Grafitul are

densitatea mult mai mică decât fierul (ρC ≅ 2500 kg/m3) şi prezintă caracteristici

de rezistenţă mecanică foarte scăzute. Grafitul este forma stabilă de existenţă a

carbonului în aliajele fier - carbon.

Având în vedere cele prezentate anterior rezultă că sistemul de aliaje fier -

carbon poate fi analizat în două variante:

* sistemul metastabil fier - cementită (Fe - Fe3C), în care carbonul este

legat sub formă de cementită;

* sistemul stabil fier - grafit (Fe - C), în care carbonul se află sub formă

de grafit (carbon liber).

5.2. Diagrama de echilibru metastabil Fe - Fe3C.

Oţelurile carbon şi fontele albe 5.2.1. Descrierea diagramei Fe - Fe3C

Diagrama de echilibru metastabil Fe - Fe3C (construită experimental) este

prezentată în figura 5.1, notaţiile din diagramă fiind făcute în conformitate cu

prescripţiile din SR EN 10052: 1996. Abscisele (concentraţiile masice de carbon)

şi ordonatele (temperaturile) punctelor caracteristice ale diagramei sunt precizate

în tabelul 5.1.


159

Fig. 5.1. Diagrama metastabilă Fe-Fe3C

Tabelul 5.1. Coordonatele punctelor din diagrama metastabilă Fe-Fe3C

Punctul A B C D E F G H J K N P Q S Abscisa,

%Cm 0 0,54 4,30 6,67 2,11 6,67 0 0,10 0,16 6,67 0 0,02 0,002 0,77

Ordonata, oC 1538 1495 1148 1250 1148 1148 910 1495 1495 727 1392 727 ta 727

Fazele care apar în diagrama de echilibru metastabil Fe - Fe3C sunt:

* L este soluţia lichidă a componentelor Fe şi C;

* γ, denumită austenită, este soluţia solidă interstiţială de carbon în Feγ (γ

≡ Feγ(C)); aşa cum rezultă examinând diagrama, concentraţia masică maximă a

carbonului în austenită este de 2,11% şi se poate realiza la temperatura de 1148 oC

(v. coordonatele punctului E);

*α, denumită ferită, este soluţia solidă interstiţială de carbon în

modificaţia Feα stabilă la temperturi joase (α ≡ Feα (C)), iar δ, denumită ferită

delta este soluţia solidă interstiţială de carbon în modificaţia Feα ≡ Feδ stabilă la

temperaturi ridicate (δ ≡ Feδ(C)); aşa cum rezultă examinând diagrama,

concentraţia maximă a carbonului în ferită este de 0,02 % şi se poate realiza la


160

temperatura de 727 oC (v. coordonatele punctului P), iar concentraţia maximă a

carbonului în ferita delta este de 0,10% şi se realizează la temperatura de 1495 oC

(v. coordonatele punctului H);

* Fe3C este compusul definit (faza daltonidă) cu denumirea tehnică

cementită şi caracteristicile prezentate anterior.

Analizând diagrama de echilibru metastabil Fe - Fe3C, se observă că

aliajele pot suferi (la încălzire sau răcire), funcţie de concentraţia de carbon a

acestora, următoarele transformări structurale:

a) Aliajele a căror verticală este situată între punctele H şi B ale diagramei

(aliajele cu concentraţia masică de carbon situată în intervalul (0,10%;0,54%))

suferă la temperatura de 1495oC transformarea peritectică:

răcire

LB(0,54%C) + δH(0,10%C) γJ(0,16%C); (5.1)

încălzire

b) Aliajele a căror verticală este situată între punctele E şi C ale diagramei


suferă la temperatura de 1148oC transformarea eutectică:

răcire

LC(4,30%C) (γE(2,11%C) + Fe3C); (5.2) încălzire

amestec eutectic

amestecul mecanic de austenită şi cementită format prin transformarea eutectică

este denumit ledeburită;

c) Aliajele a căror verticală este situată între punctele P şi K ale diagramei


suferă la temperatura de 727oC transformarea eutectoidă: răcire

γS(0,77%C) (αP(0,02%C) + Fe3C); (5.3) încălzire

amestec eutectoid

amestecul mecanic de ferită şi cementită format prin transformarea eutectoidă

este denumit perlită.

Dacă un aliaj care a suferit transformarea eutectică este adus (prin răcire)

în condiţiile realizării transformării eutectoide, austenita din ledeburită se

transformă în perlită; ledeburita a cărei austenită a suferit transformarea eutectoidă


161

este denumită ledeburită transformată şi are structura alcătuită din globule de

perlită (formate din lamele alternante de ferită şi cementită) uniform distribuite

într-o masă de cementită.

5.2.2. Clasificarea aliajelor sistemului metastabil Fe-Fe3C

Aliajele din diagrama Fe - Fe3C se clasifică şi se denumesc în funcţie de

concentraţia lor de carbon; categoriile unei astfel de clasificări şi denumirile

aliajelor din fiecare categorie se prezintă astfel:

A. aliajele având concentraţia masică de carbon situată în intervalul

(2,11%;6,67%), care pot suferi atât transformarea eutectică, cât şi transformarea

eutectoidă, sunt denumite fonte albe;

A.1. fonta albă având concentraţia masică de carbon de 4,30% este

denumită fontă albă eutectică;

A.2. fontele albe având concentraţia masică de carbon mai mică decât cea

corespunzătoare fontei albe eutectice sunt denumite fonte albe hipoeutectice;

A.3. fontele albe având concentraţia masică de carbon mai mare decât cea

corespunzătoare fontei albe eutectice sunt denumite fonte albe hipereutectice;

B. aliajele având concentraţia masică de carbon situată în intervalul (0,02%;2,11%],

care pot suferi numai transformarea eutectoidă, sunt denumite oţeluri carbon;

B.1. oţelul carbon având concentraţia masică de carbon de 0,77% este

denumit oţel carbon eutectoid;

B.2. oţelurile carbon având concentraţia masică de carbon mai mică decât cea

corespunzătoare oţelului carbon eutectoid sunt denumite oţeluri carbon hipoeutectoide;

B.3. oţelurile carbon având concentraţia masică de carbon mai mare decât cea

corespunzătoare oţelului carbon eutectoid sunt denumite oţeluri carbon hipereutectoide;

C. aliajele având concentraţia masică de carbon cel mult egală cu 0,02%

sunt cunoscute sub denumirea generică de fier tehnic.

Principalele date privind structurile la temperatura ambiantă ale

aliajelor sistemului Fe - Fe3C (fonte albe şi oţeluri carbon) sunt prezentate în

tabelul 5.2.


162

Tabelul 5.2. Structurile la temperatură ambiantă ale oţelurilor carbon şi fontelor albe

Denumirea aliajului Faze Constituenţi Microstructura

aliajului

OŢEL CARBON HIPOEUTECTOID

%Cm ∈ (0,02 %;0,77 %)

FERITĂ, CEMENTITĂ

PERLITĂ, FERITĂ,

CEMENTITĂ TERŢIARĂ

OŢEL CARBON EUTECTOID %Cm = 0,77 %

FERITĂ, CEMENTITĂ PERLITĂ

OŢEL CARBON HIPEREUTECTOID

%Cm ∈ (0,77 %;2,11 %]

FERITĂ, CEMENTITĂ

PERLITĂ, CEMENTITĂ SECUNDARĂ

FONTĂ ALBĂ HIPOEUTECTICĂ

%Cm ∈ (2,11 %;4,3 %)

FERITĂ, CEMENTITĂ

LEDEBURITĂ TRANSFORMATĂ,

PERLITĂ, CEMENTITĂ SECUNDARĂ

FONTĂ ALBĂ EUTECTICĂ %Cm = 4,3 %

FERITĂ, CEMENTITĂ

LEDEBURITĂ TRANSFORMATĂ

FONTĂ ALBĂ HIPEREUTECTICĂ

%Cm ∈ (4,3 %;6,67 %)

FERITĂ, CEMENTITĂ

LEDEBURITĂ TRANSFORMATĂ,

CEMENTITĂ PRIMARĂ

Aplicând principiile şi metodele prezentate anterior (v. scap. 2.5) se pot

construi diagramele structurale (de faze şi de constituenţi), la orice temperatură,

pentru sistemul de aliaje analizat; de exemplu, diagramele structurale

corespunzătoare temperaturii ambiante sunt prezentate în figura 5.2. Cu ajutorul

acestor diagrame se pot determina conţinuturile procentuale de faze şi constituenţi

în structurile de echilibru ale fontelor albe şi oţelurilor carbon, la orice

temperatură.


163

Fig. 5.2. Diagramele structurale la temperatura ta ale aliajelor din sistemul metastabil Fe-Fe3C

5.3. Oţelurile carbon folosite în tehnică

5.3.1. Proprietăţile structurilor de echilibru ale oţelurilor carbon

Conform prezentării anterioare, oţelurile carbon sunt aliaje fier - carbon

având concentraţia masică de carbon situată în intervalul (0,02%;2,11%].

Analiza transformărilor la răcirea din stare lichidă a oţelurilor carbon a

evidenţiat că constituentul tipic al structurii de echilibru a acestora este

eutectoidul perlită, care alcătuieşte singur structura (la oţelul eutectoid) sau

împreună cu constituenţii monofazici separaţi preeutectoid: ferita (la oţelurile

hipoeutectoide) sau cementita secundară (la oţelurile hiperuetectoide).

Pentru aprecierea proprietăţilor mecanice ale oţelurilor carbon, în tabelul

5.3 sunt prezentate valorile rezistenţei la tracţiune Rm, durităţii HB sau HV şi

alungirii procentuale după rupere A, pentru constituenţii care pot intra în

alcătuirea structurilor de echilibru ale oţelurilor carbon: ferită, cementită şi perlită.

Se obervă că ferita fiind o soluţie solidă interstiţială de carbon în Feα, are

proprietăţi de plasticitate foarte bune, dar prezintă duritate şi rezistenţă mecanică

reduse, cementita are duritate mare, dar prezintă proprietăţi de plasticitate şi de

rezistenţă la tracţiune foarte scăzute, în timp ce perlita care este un amestec

mecanic de ferită (88,7%) şi cementită (11,3%) are rezistenţă mecanică

ridicată (datorită efectului de întărire/ranforsare pe care îl au lamelele dure de


164

cementită asupra masei de bază feritice a acestui constituent) şi plasticitate

relativ redusă.

Tabel 5.3. Caracteristici mecanice ale constituenţilor structurali de echilibru ai oţelurilor

Caracteristici mecanice

Constituent Rezistenţa la tracţiune Rm, N/mm2 Duritatea

Alungirea procentuală după

rupere A, % Ferită 280 80 HBS 50 Cementită - 800 HV - Perlită 800 200 HBS 10

Deoarece tipul şi

conţinuturile procentuale al

constituenţilor structurali

depind de concentraţia masică

de carbon, şi proprietăţile

oţelurilor carbon sunt

dependente de aceasta, aşa cum

se observă în diagrama din

figura 5.3, care conţine curbele

de variaţie a valorilor

caracteristicilor Rm, A şi HB în

funcţie de concentraţia masică

de carbon a oţelurilor.

. Oţelurile carbon folosite în tehnică se obţin prin procedee tehnologice de

producere indirectă, la aplicarea cărora materia primă de bază o constituie

fontele, iar procesul principal ce se realizează constă din reducerea concentraţiei

de carbon a materiei prime la nivelul corespunzător oţelurilor care trebuie

obţinute. Procedeele de producere indirectă a oţelurilor carbon sunt de tip

pirometalurgic, procesele fizico-chimice care se realizează la aplicarea lor

desfăşurându-se la temperaturi ridicate, cu materiile prime aflate în stare topită;

pentru îndepărtarea componentelor nedorite ale materiei prime şi asigurarea unei

purităţi convenabile a oţelului elaborat se folosesc materiale ajutătoare, numite

fondanţi, care se combină chimic cu aceste componente şi determină formarea

unor produse metalurgice secundare, numite zgure, care, având densitatea mai

Fig. 5.3. Variaţia principalelor caracteristici mecanice ale oţelurilor carbon în funcţie de

concentraţia masică de carbon


165

mică decât cea corespunzătoare oţelului, se separă la suprafaţa băii de oţel topit şi

pot fi îndepărtate cu uşurinţă.

Datorită proceselor fizico-chimice care se desfăşoară la elaborarea lor prin

procedeele industriale actuale, oţelurile carbon folosite în tehnică conţin (pe

lângă fier şi carbon) şi concentraţii mici de alte elemente chimice, introduse

intenţionat sau întâmplător în timpul proceselor de elaborare (cu materiile prime şi

materialele utilizate, din atmosfera sau din materialele de căptuşire ale agregatelor

de elaborare etc.) şi care nu sunt (sau nu pot fi în condiţii economice) complet

îndepărtate în timpul desfăşurării acestor procese. În funcţie de natura influenţelor

pe care le au asupra structurii şi proprietăţilor tehnologice şi de utilizare ale

oţelurilor carbon, aceste elemente chimice sunt denumite impurităţi (cele cu

influenţe negative cum sunt sulful, fosforul, azotul, oxigenul, hidrogenul etc.)) sau

elemente însoţitoare (cele cu influenţe pozitive cum sunt siliciul şi manganul).

Concentraţiile masice ale impurităţilor şi elementelor însoţitoare conţinute de

oţelurile carbon se pot determina prin metode fizico-chimice speciale. Ţinând seama

că solubilitatea acestor componente în fier este mică şi că cea mai mare parte din

cantitatea de astfel de componente prezentă în oţeluri este legată sub formă de

compuşi chimici (oxizi: FeO, MnO, SiO2 etc., silicaţi: (FeO)⋅SiO2, (FeO)2⋅SiO2,

(MnO)⋅SiO2 etc., sulfuri: FeS, MnS etc., nitruri), denumiţi (datorită caracterului lor

chimic şi modului de distribuire în structura oţelurilor) incluziuni nemetalice, pentru

aprecierea purităţii oţelurilor se foloseşte în mod curent metoda metalografică

microscopică de determinare a conţinutului de incluziuni nemetalice.

5.4. Diagrama de echilibru stabil Fe - C.

Fontele cenuşii Diagrama de echilibru stabil Fe-C (construită experimental) are

configuraţia asemănătoare diagramei de echilibru metastabil Fe − Fe3C, dar

unele linii şi puncte caracteristice au poziţiile uşor modificate. Ţinând seama de

această particularitate, aşa cum se poate vedea în figura 5.4, diagramele de

echilibru Fe - C şi Fe - Fe3C se reprezintă împreună, liniile cu poziţii modificate

ale diagramei Fe - C fiind desenate punctat, iar literele care marchează punctele

caracteristice cu poziţii modificate ale diagramei Fe - C (aceleaşi ca şi în


166

diagrama Fe - Fe3C) sunt însoţite de semnul ‘ (prim). Abscisele (concentraţiile

masice de carbon) şi ordonatele (temperaturile) punctelor caracteristice ale

diagramei de echilibru stabil Fe - C sunt precizate în tabelul 5.4.

În cazul aliajelor din sistemul fier-carbon, formarea structurilor în

conformitate cu diagrama de echilibru stabil Fe - C este posiblă dacă sunt

îndeplinite simultan următoarele condiţii:

* aliajele au concentraţia masică de carbon suficient de ridicată pentru a

se asigura apariţia grafitului (carbonului liber) în structurile care se formează la

răcirea lor din stare lichidă;

* aliajele sunt răcite foarte lent (cu viteză foarte mică) din stare lichidă,

pentru asigurarea desfăşurării transformărilor structurale în condiţiile

corespunzătoare atingerii stărilor de echilibru stabil;

* aliajele au în compoziţia chimică (pe lângă fier şi carbon) concentraţii

masice suficient de mari de siliciu şi alte elemente cu efect grafitizant, cum ar fi

fosforul, aluminiul, nichelul şi cuprul.

In figura 5.5 se prezintă o diagramă care arată modul în care influenţează

aceşti factori transformările structurale în sistemul Fe-C.

Fig. 5.4. Diagrama de echilibru stabil Fe-C


167

Tabelul 5.4. Coordonatele punctelor din diagrama stabilă Fe − C Punctul A C‘ D‘ E‘ F‘ G K‘ P‘ Q S‘ Abscisa,

%Cm 0 4,26 100 2,08 100 0 100 0,02 0,00.. 0,68

Ordonata, oC 1538 1154 3540 1154 1154 910 738 738 ta 738

Ţinând seama de condiţiile anterior prezentate, rezultă că formarea

integrală a structurilor în conformitate cu diagrama de echilibru stabil Fe-C este

posibilă numai în cazul fontelor care au în compoziţie concentraţii suficient de

mari de Si şi care sunt răcite foarte lent din stare lichidă; pe măsură ce

concentraţiile de Si ale fontelor scad şi/sau vitezele cu care sunt răcite din stare

lichidă cresc, transformările structurale se produc parţial (sau nu se produc

deloc) în conformitate cu diagrama de echilibru stabil Fe-C şi parţial (sau integral)

în conformitate cu diagrama de echilibru metastabil Fe − Fe3C.

Transformarea eutectică are loc la atingerea temperaturii t2 = 1153oC

(corespunzătoare izotermei E‘C‘F‘), unde faza L are concentraţia masică de

carbon corespunzătoare abscisei punctului C‘ (4,26%) :

L ⇒ Feγ(C) + C sau L ⇒ γ + Grafit.

Transformarea eutectică se poate desfăşura şi printr-un mecanism indirect,

care presupune relizarea mai întâi a transformării eutectice în conformitate cu

diagrama de echilibru metastabil (formarea din faza L a unui amestec de austenită

şi cementită) şi descompunerea ulterioară a cementitei în austenită şi grafit:

L ⇒ Feγ(C) + Fe3C sau L ⇒ γ + Fe3C

⇓ ⇓

Feγ(C) + C γ + Grafit.

Rezultatul desfăşurării transformării eutectice este amestecul mecanic de

austenită şi grafit, denumit eutectic cu grafit; grafitul care rezultă prin

transformarea eutectică are formă lamelară.

Datorită separării grafitului secundar, la atingerea temperaturii t3 = 727oC

(corespunzătoare izotermei P‘S‘K‘) austenita are concentraţia masică de carbon

corespunzătoare abscisei punctului S‘ (0,68%) şi sunt îndeplinite condiţiile

desfăşurării transformării eutectoide:

Feγ(C) ⇒ Feα(C) + C sau γ ⇒ α + Grafit.

Fontele care conţin în structură grafit lamelar, obţinut (în principal) datorită

efectului grafitizant al Si introdus în compoziţia acestora la elaborare (în stare


168

lichidă), sunt numite fonte cenuşii; în funcţie de structura masei metalice de bază,

fontele cenuşii pot fi: fonte cenuşii feritice, fonte cenuşii perlitice sau fonte cenuşii

ferito-perlitice;

Caracteristicile de rezistenţă mecanică, plasticitate şi tenacitate ale fontelor

sunt influenţate esenţial de cantitatea, forma, dimensiunile şi distribuţia grafitului

în structura acestor aliaje; grafitul este o fază fragilă, cu rezistenţă mecanică foarte

scăzută, astfel că formaţiunile de grafit lamelar din structura fontelor cenuşii se

comportă ca nişte discontinuităţi (goluri, fisuri) care diminuează secţiunea

portantă a pieselor din fontă şi exercită un puternic efect de concentrator de

tensiuni.

Fig. 5.5 Diagrama structurală a fontelor

Creşterea plasticităţii şi tenacităţii fontelor cu grafit în structură,

concomitent cu sporirea caracteristicilor de rezistenţă mecanică, se poate realiza

prin finisarea (micşorarea dimensiunilor), distribuirea uniformă şi rotunjirea

(sferoidizarea) formaţiunilor de grafit.

Fontele maleabile sunt fonte care au în structură formaţiuni compacte şi

rotunjite de grafit, numite aglomerări sau cuiburi de grafit. Datorită formei

rotunjite, efectul de concentrare a tensiunilor mecanice produs de aceste

concentrări este redus şi fontele maleabile prezintă caracteristici de plasticitate şi


169

tenacitate superioare caracteristicilor corespunzătoare fontelor cenuşii (cu grafit

lamelar) echivalente(cu acelaşi conţinut procentual de grafit în structură); atributul

“maleabile” conferit acestor fonte din aceste motive, nu trebuie să conducă la

ideea că semifabricatele şi piesele din astfel de materiale pot fi prelucrate prin

deformare plastică.

Piesele din fonte maleabile se obţin printr-un proces tehnologic care

implică parcurgerea a două etape:

* în prima etapă, piesele cu configuraţia şi dimensiunile dorite se

realizează prin turnare din fontă albă hipoeutectică;

* în etapa a doua , piesele turnate cu structură de fontă albă sunt supuse

unor operaţii tehnologice care constau din reîncălzirea (recoacerea) pieselor la

temperaturi înalte (900…950 oC), menţinerea îndelungată a pieselor la aceste

temperaturi şi/sau răcirea foarte lentă a pieselor de la aceste temperaturi, în scopul

descompunerii totale sau parţiale a cementitei şi generării în structura piesei a

cuiburilor de grafit (carbon liber).

Fontele modificate se obţin introducând în fontele cenuşii (aliaje

Fe-C-Si) lichide (elaborate şi pregătite pentru turnarea pieselor) cantităţi mici

de substanţe (numite modificatori) care schimbă mecanismul obşnuit al

germinării şi creşterii formaţiunilor de grafit la solidificarea fontelor.

In funcţie de tipul modificatorilor utilizaţi şi de efectele produse prin

introducerea acestora, există mai multe categorii de fonte modificate, dintre care

cele mai utilizate sunt fontele cu grafit nodular.

Fontele modificate cu grafit nodular (fonte nodulare); se obţin utilizând

ca modificator magneziul (împreună, uneori, cu cantităţi mici de ceriu), iar ca

elemente de postmodificare şi ajutătoare - Si, Ni, Sr, Ca, Al; aceste elemente

modifică mecanismul creşterii germenilor lamelari de grafit, deoarece

reacţionează cu oxigenul şi sulful dizolvate pe suprafeţele acestor germeni şi

permite dezvoltarea uşoară a lor pe toate direcţiile (generarea unor formaţiuni

sferoidale sau nodulare de grafit) ceea ce conduce la obţinerea unei structuri cu un

număr mare de formaţiuni fine de grafit nodular, uniform distribuite în masa

metalică de bază, care, în funcţie de conţinuturile de carbon şi siliciu ale fontei,

poate fi feritică, ferito-perlitică sau perlitică (v. fig. 5.6)


170

Fig. 5.6. Microstructurile fontelor modificate

Datorită dimensiunilor mici, a formei rotunjite şi a distribuirii uniforme a

grafitului în structură, fontele cu grafit nodular au cele mai bune caracteristici de

rezistenţă mecanică, plasticitate şi tenacitate.

5.5. Transformările la răcire ale austenitei 5.5.1. Mecanmismele transformării austenitei la răcire

Prin subrăcire (răcire rapidă) şi menţinere la o temperatură oarecare t,

austenita devine o fază instabilă termodinamic, ce tinde să se transforme.

Transformarea austenitei subrăcite la t < A1 are la bază procesul de trecere a Feγ în

Feα. Deoarece solubilităţile carbonului în cele două forme alotropice ale fierului - Feγ

şi Feα - sunt mult diferite, ar trebui ca, printr-un proces secundar, să se producă

separarea parţială a carbonului sub formă de cementită. In funcţie de posibilităţile

difuziei componenetelor aliajului fier - carbon la temepratura t < A1, care determină

realizarea integrală sau parţială a proceselor definite mai înainte, transformarea

austenitei subrăcite se poate produce prin trei mecanisme distincte: mecanismul cu

difuzie, mecanismul fără difuzie şi mecanismul intermediar.

A. Transformarea austenitei prin mecanismul cu difuzie are loc în

cazul în care la t < A1 (atinsă prin subrăcirea austenitei) este posibilă atât difuzia


171

carbonului, cât si autodifuzia fierului, austenita se transformă prin mecanismul cu

difuzie, în structuri perlitice (perlită lamelară, sorbită sau troostită în funcţie de

distanţa dintre lamele) , conform schemei:

γ ⇒ (α + Fe3C) sau Feγ(C) ⇒ (Feα(C) + Fe3C)

Austenită Perlită Austenită

Perlită

B. Transformarea austenitei prin mecanismul fără difuzie se produce

în cazul în care la temperatura t < A1 (atinsă prin subrăcirea austenitei) nu este

posibilă nici difuzia carbonului, nici autodifuzia fierului, austenita se transformă

prin mecanismul fără difuzie, conform schemei:

γ ⇒ M sau Feγ(C) ⇒ Feα(C)suprasat Austenită Martensită Austenită Martensită

Structura rezultată în urma transformării austenitei prin acest mecanism este

martensita care constă dintr-o soluţie solidă suprasaturată de carbon în Feα, care

conţine întreaga cantitate de carbon a austenitei; transformarea austenitei prin

mecanismul fără difuzie este denumită şi transformarea martensitică.

Perlită lamelară PL

Bainită superioară BS

Martensită tetragonală M şi austenită reziduală γrez

Bainită inferioară BI

Fig. 5.7. Structurile care se pot obţine prin transformarea austenitei la răcire

Condiţia inexistenţei proceselor de difuzie la realizarea transformării

martensitice impune subrăcirea austenitei la temperaturi mai mici decât o

temperatură caracteristică, numită punct martensitic superior Ms (t < Ms < A1).


172

Transformarea martensitică prezintă următoarele particularităţi:

a) Transformarea se realizează prin modificările de poziţii atomice în

structura cristalină a austenitei schematizate în figura 5.8; deoarece întreaga

cantitate de carbon existentă în austenită rămâne dizolvată interstiţial în

martensită, martensita se caracterizează printr-o structură cristalină tetragonală

cu volum centrat (TVC); volumul martensitei care se obţine este mai mare decât

volumul austenitei din care s-a format, adică transformarea martensitică este

însoţită de o creştere de volum.

Fig. 5.8. Schema formării celulei elementare a martensitei la transformarea fără difuzie a

austenitei b) Procesele de germinare şi creştere a cristalelor de martensită se

produc practic instantaneu şi se realizează în cursul subrăcirii austenitei la t < Ms, menţinerile la t < Ms neproducând continuarea transformării;

c) Transformarea martensitică se autofrânează şi întotdeauna rămâne o

cantitate de austenită netransformată, numită austenită reziduală; pentru ca

austenita să se transforme integral în martensită, este necesar ca temperatura la

care se face subrăcirea să fie mai mică decât o temperatură caracteristică, numită

punct martensitic inferior Mf.

Fig. 5.9. Curbele de variaţie în funcţie de concentraţia masică de carbon a:

a - temperaturilor caracteristice Ms, Mf ; b - durităţii martensitei


173

Temperaturile caracteristice transformării martensitice a unui aliaj

fier - carbon (Ms şi Mf ), precum şi duritatea martensitei care se obţine sunt

influenţate esenţial de concentraţia de carbon a aliajului, aşa cum rezultă din

diagramele prezentate în figura 5.9.

d) Transformarea martensitică la aliajele fier - carbon este ireversibilă: prin

răcirea austenitei la t < Ms se produce transformarea acesteia în martensită, dar

încălzirea martensitei nu conduce la transformarea ei în austenită, ci în structuri de tip

perlitic, care prin înclzire la ti > A1 se transformă în austenită .

C. Transformarea austenitei prin mecanismul intermediar are loc în

cazul în care la temperatura t < A1 este posibilă difuzia carbonului, dar nu se pot

realiza procesele de autodifuzie a fierului, austenita se transformă prin

mecanismul intermediar, conform schemei:

Feγ(C) ⇒ Feα(C) ⇒ [Feα(C) + carburi] Austenită Martensită

Bainită

Structura bifazică ce rezultă în urma transformării poartă numele de

bainită B şi transformarea austenitei prin mecanismul intermediar este denumită

şi transformarea bainitică Asigurarea condiţiilor de difuzie (prezentate anterior)

pentru desfăşurarea transformării impun subrăcirea austenitei la o temperatură

t cuprinsă între tMC şi Ms.

Bainita formată prin subrăcirea şi menţinerea austenitei la o temperatură t

situată în vecinătatea temperaturii tMC este denumită bainită superioară BS şi are

aspect microscopic de fulgi sau pene (v. fig.5.7) şi caracteristici mecanice

asemănătoare cu ale troostitei, în timp ce bainita formată prin subrăcirea şi

menţinerea austenitei la o temperatură t situată în apropierea temperaturii Ms este

denumită bainită inferioară BI şi are caracteristicile mecanice şi aspectul

microscopic asemănătoare cu ale martensitei (v. fig. 5.7, care prezintă aspectul

platiform - acicular al bainitei inferioare).

5.5.2. Diagramele timp - temperatură - transformare (TTT)

la răcirea austenitei Modul în care se desfăşoară în timp procesele de transformare izotermă a

austenitei subrăcite la diferite temperaturi t < A1 poate fi reprezentat sugestiv cu

ajutorul aşa numitelor diagrame de transformare izotermă a austenitei sau


174

diagrame timp - temperatură - transformare (diagrame TTT) la răcirea

austenitei. Aceste diagrame au în abscisă timpul (la scară logaritmică) şi în

ordonată temperatura şi conţin două curbe principale: a) curba de început al

transformării (locul geometric al punctelor având ca abscise duratele de incubaţie

corespunzătoare începerii transformării austenitei la diferite temperaturi) şi

b) curba de sfârşit al transformării (locul geometric al punctelor având ca abscise

duratele necesare finalizării transformării austenitei la diferite temperaturi).

Diagramele TTT se construiesc pe cale experimentală: probe de dimensiuni reduse

(din aliajul fier - carbon analizat) se austenitizează prin încălzire, se subrăcesc în băi

de săruri la diferite temperaturi t < A1, se menţin până la terminarea transformărilor

şi se analizează prin metode adecvate (microscopie metalografică, metode

magnetice etc.), pentru a se evidenţia modul în care se desfăşoară în timp procesele

de transformare izotermă a austenitei.

In figura 5.10 este redată (pentru exemplificare) configuraţia diagramei TTT la răcirea austenitei, corespunzătoare oţelurilor eutectoide.

Fig. 5.10. Diagrama TTTla răcirea austenitei pentru un oţel eutectoid

La temperatura tMC, durata de incubaţie şi durata totală a transformării

izoterme a austenitei sunt minime (transformarea decurge cu viteză maximă),

motiv pentru care tMC este denumită temperatură de maxim cinetic

(a transformării austenitei).

Cu toate că reprezintă modalităţile transformării izoterme a austenitei,

diagrama TTT din figura 5.10 poate fi folosită şi pentru a preciza particularităţile

transformării austenitei la răcire continuă (răcirea austenitei cu o anumită viteză

de la o temperatură ti > A1). Astfel, construind pe diagrama TTT curbele de

răcire continuă a austenitei cu diferite viteze vrj, se observă că punctele de


175

intersecţie ale acestora cu curbele de început şi de sfârşit ale transformării

austenitei corespund la temperaturi diferite (tj şi tj’, j = 1...5) şi rezultă că

transformarea la răcire continuă a austenitei se realizează într-un interval de

temperaturi. De asemenea, observând că pentru unele curbe de răcire

temperaturile tj şi tj’ se află în intervale de temperatură corespunzătoare unor

mecanisme de transformare diferite, rezultă posibilitatea ca prin răcirea

continuă a austenitei să se formeze structuri complexe, cu mai mulţi

constituenţi. Pe diagrama TTT din figura 5.10 s-a trasat şi o curbă de răcire

tangentă la curba de început al transformării austenitei; această curbă

corespunde vitezei minime de răcire care poate asigură obţinerea unei

structură complet martensitice, numită viteză de răcire critică vrc.

5.6. Transformarea martensitei la încălzire – tratamentul termic de revenire

Procesul de răcire rapidă a austenitei la t < Ms pentru realizarea

transformării prin mecanismul fără difuzie este denumit călire martensitică. Aşa

cum s-a arătat anterior, în urma realizării unui astfel de proces se obţine o

structură alcătuită din martensită (tetragonală), numită şi martensită de călire

şi o anumită cantitate de austenită reziduală. Această structură este metastabilă şi

tinde să se transforme, mai ales dacă temperatura creşte şi sunt activate

fenomenele de difuzie a carboului. Operaţia de încălzire cu viteză mică sau de

încălzire şi menţinere la o temperatură ti < A1 a unei structuri de călire este

denumită revenire.

Deoarece toate transformările structurale ce au loc la încălzirea

oţelurilor călite martensitic sunt guvernate de difuzie, parametrii principali ai

tratamentului termic de revenire sunt temperatura de încălzire ti şi durata de

menţinere τm. Între aceşti doi parametri şi efectul tratamentului de revenire,

evaluat prin tipul structurii obţinute şi prin duritatea acesteia există o dependenţă

funcţională strictă, aceeaşi valoare a durităţii structurii realizate putându-se obţine

prin utilizarea mai multor regimuri (ti, τm), numite regimuri izosclere de

revenire.

In practică se aplică următoarele variante ale tratamentului termic de revenire :


176

• Revenirea joasă, prin care se urmăreşte reducerea tensiunilor

reziduale din piesele călite, fără scăderea durităţii lor; în mod obişnuit, revenirea

joasă se realizează cu: ti = 150…250 oC, τm = 1…3 ore şi răcirea în aer.

• Revenirea medie, prin care se urmăreşte obţinerea unei limite de

curgere ridicate ale materialului pieselor tratate, în vederea asigurării unei bune

elasticităţi a acestora; se aplică la arcuri, lamele elastice etc. şi se realizează de

obicei cu ti = 350…450 oC.

Revenirea înaltă, la ti = 450…650 oC < A1, prin care se urmăreşte

obţinerea unei structuri formate din sorbită de revenire, cu rezistenţă mecanică

ridicată şi tenacitate bună; se aplică pieselor de mare importanţă pentru construcţia

de maşini, confecţionate din oţeluri cu concentraţia masică de carbon de

0,35…0,60 %. Deoarece prin aplicarea acestei variante de revenire se obţine cea

mai bună combinaţie a proprietăţilor de rezistenţă mecanică şi tenacitate la

oţelurile folosite în construcţia de maşini, TT constând din călire martensitică,

urmată de revenire înaltă se numeşte îmbunătăţire.

5.7. Oţeluri si fonte aliate

Oţelurile aliate sunt acele oţeluri care conţin, pe lângă componentele

specifice (fierul – componentul de bază şi carbonul – componentul de aliere

principal), elementele însoţitoare (manganul, siliciul etc.) şi impurităţile tipice

(sulful, fosforul etc.) oţelurilor carbon, şi alte componente (denumite generic

elemente de aliere EA), introduse în mod intenţionat şi în cantitate suficientă la

elaborare, cu scopul de a conferi acestor aliaje anumite structuri şi proprietăţi.

În contextul acestei definiţii, un component al unui oţel este considerat element de

aliere, dacă concentraţia în care a fost introdus la elaborarea oţelului depăşeşte

concentraţia până la care acest component se încadrează în categoria elementelor

însoţitoare sau concentraţia maximă admisă când componentul are efectele unei

impurităţi a oţelului.

În practică, pentru a exprima gradul de aliere al unui oţel se utilizează ca

indicator suma concentraţiilor masice ale elementelor de aliere (exceptând

carbonul) conţinute de acesta Sa ( ∑==

n

jmja EAS

1% , EAj, j = 1 … n, fiind elementele


177

de aliere introduse la elaborarea oţelului, iar %EAmj - concentraţiile masice ale

acestor elemente), iar oţelurile aliate se clasifică în: oţeluri slab aliate, având

Sa< 5 %, oţeluri mediu aliate, având 5 % ≤ Sa < 10 % şi oţeluri înalt (bogat)

aliate, având Sa ≥ 10 %.

În mod similar, fontele aliate (denumite şi fonte speciale) sunt acele fonte

care conţin, pe lângă componentele specifice, elementele însoţitoare şi

impurităţile tipice fontelor albe (fără grafit în structură), cenuşii sau modificate

(cu grafit în structură), şi alte componente (numite generic elemente de aliere),

introduse în mod intenţionat şi în cantitate suficientă la elaborare, cu scopul de

a conferi acestor aliaje anumite structuri şi proprietăţi. Pentru a exprima gradul

de aliere al unei fonte se poate utiliza, ca şi la oţeluri, indicatorul Sa, iar fontele

aliate se clasifică în: fonte slab aliate, având Sa< 5 %, fonte mediu aliate,

având 5 % ≤ Sa < 10 % şi fonte înalt (bogat) aliate, având Sa ≥ 10 %.

Elementele de aliere se pot găsi în structurile oţelurilor şi fontelor, în funcţie

de caracteristicile lor fizico – chimice (raza atomică, valenţa, electronegativitatea,

tipul structurii cristaline, afinitatea chimică faţă de fier, carbon, elemente însoţitoare

şi impurităţi) şi de concentraţiile în care sunt introduse la elaborarea acestor aliaje,

în următoarele forme: a) dizolvate (prin substituţie sau interstiţial) în soluţiile solide

specifice structurii aliajelor fier – carbon, soluţii denumite în acest caz ferită aliată

şi austenită aliată; b) dizolvate în structura cristalină a cementitei, denumită în acest

caz cementită aliată; c) legate sub formă de carburi proprii; d) combinate chimic cu

fierul sub formă de compuşi intermetalici; e) legate sub formă de incluziuni

nemetalice (oxizi, sulfuri, silicaţi) sau libere sub formă de cristale de metal pur.

Primele trei forme de existenţă a elementelor de aliere sunt cele care corespund

frecvent structurii oţelurilor şi fontelor aliate.

5.7.1. Interacţiunea elementelor de aliere cu fierul şi cu carbonul

Majoritatea elementelor de aliere sunt solubile în fier, formând cu acesta

soluţii solide (în care, evident, fierul este solventul, iar elementele de aliere sunt

componentele solut). Prezenţa elementelor de aliere dizolvate (împreună cu

carbonul) în structura cristalină a fierului determină modificarea valorilor

punctelor critice de transformare în stare solidă a acestuia.


178

Unele elemente de aliere, cum ar fi cromul, siliciul, molibdenul,

woframul, vanadiul, niobiul, având structura cristalină de tip CVC, sunt

izomorfe cu Feα (şi Feδ), au o bună solubilitate în această modificaţie a fierului

şi determină extinderea domeniilor de stabilitate a feritei (şi feritei delta) şi

restrângerea domeniilor de stabilitate a austenitei. Elementele având

influenţele menţionate anterior sunt denumite elemente de aliere alfagene sau

elemente de aliere feritizante.

Unele elemente de aliere, cum ar fi nichelul şi manganul, având

structura cristalină de tip CFC, sunt izomorfe cu Feγ , au o bună solubilitate în

această modificaţie a fierului şi determină extinderea domeniilor de stabilitate

a austenitei şi restrângerea domeniilor de stabilitate a feritei. Elementele

având influenţele menţionate anterior sunt denumite elemente de aliere

gamagene sau elemente de aliere austenitizante.

Elementele de aliere deplasează punctul E al diagramei metastabile

Fe-Fe3C spre concentraţii ale carbonului mai scăzute şi, ca urmare, la unele

oţeluri aliate (aliaje caracterizate prin concentraţii masice de carbon %Cm ≤

2,11 %) devine posibilă producerea transformării eutectice şi apariţia în

structura lor de echilibru a unor mici cantităti de ledeburită (constituent

specific structurii fontelor albe); oţelurile aliate care prezintă aceste

particularităţi structurale sunt denumite oţeluri aliate ledeburitice.

Elementele de aliere introduse la elaborarea oţelurilor şi fontelor se pot

clasifica, în funcţie de modul în care interacţionează cu carbonul, astfel:

• elemente grafitizante, care împiedică formarea carburilor sau produc

descompunerea carburilor existente şi asigură apariţia grafitului (carbonului liber)

ca fază structurală a fontelor şi (uneori) a oţelurilor; principalele elemente de

aliere care fac parte din această categorie sunt siliciul, nichelul, aluminiul şi

cuprul;

• elemente carburigene, care formează carburi stabile, ce pot exista ca

faze distincte în structurile oţelurilor şi fontelor aliate; din această categorie fac

parte metalele de tranziţie situate în tabloul periodic al elementelor la stânga

fierului (v. tabelul 1.1), elemente ce pot fi ierarhizate, în funcţie de afinitatea lor

faţă de carbon (crescătoare odată cu mărirea deficitului de electroni în

substraturile atomice d, aşa cum se poate observa în fig. 5.11), astfel:


179

Fe; Mn; Cr; Mo; W; Ta; Nb; V; Zr; Ti Componentul de bază al oţelurilor şi fontelor

CREŞTE AFINITATEA FAŢĂ DE CARBON

Elementul de aliere cel mai carburigen

Fig. 5. 11 Afinitatea faţă de carbon a elementelor chimice carburigene

Carburile elementelor de aliere au duritatea mai mare şi fragilitatea mai

redusă decât cele corespunzătoare cementitei. Deoarece carburile sunt de obicei

prezente ca faze minoritare (cu conţinuturi procentuale scăzute) în structura

oţelurilor sau fontelor aliate, influenţelor pe care le au asupra proprietăţilor

mecanice ale acestor aliaje depind în măsură importantă de forma, modul de

distribuţie şi gradul lor de dispersie în structură.

5.7.2. Clase structurale de oţeluri aliate Oţelurile aliate se încadrează în clasele structurale prezentate mai jos în

funcţie de constituenţii care apar la temperatură ambiantă la răcirea în condiţii de

echilibru ( în stare recoaptă) .

a. Oţeluri perlitice. Sunt oţeluri slab sau mediu aliate la care apar aceeaşi

constituenţi structurali ca şi în cazul oţelurilor carbon (ferită şi perlită la oţelurile

hipoeutectoide, perlită şi carburi la oţelurile hipereutectoide) cu deosebirea că

fazele conţin şi atomi ai elementelor de aliere (ferită aliată, cementită aliată,

carburi ale elementelor de aliere). Prezenţa elementelor de aliere în ferită

provoacă modificarea parametrilor reţelei cristaline şi pe această bază are loc

creşterea rezistenţei la tracţiune. Influenţa se manifestă diferit, în funcţie de gradul

de tensionare a reţelei.

b. Oţeluri feritice. Sunt oţeluri cu conţinut scăzut de carbon, aliate cu

elemente alfagene (Cr, Si, W, V etc)., structura fiind formată din ferită aliată şi

eventual carburi ale elementelor de aliere. Au proprietăţi bune de tenacitate şi sunt

feromagnetice. Nu li se pot aplica tratamente de călire martensitică şi nici de

recoacere fazică pentru finisarea granulaţiei; grăunţii pot fi micşoraţi numai prin

deformare plastică la rece şi recoacere de recristalizare nefazică.

c. Oţeluri martensitice sau autocălibile . Sunt oţeluri înalt aliate la care

viteza critică de călire este mică astfel că la răcirea în aer se obţine martensită.


180

Oţelurile martensitice care conţin elemente gamagene (Ni sau Mn) au fragiltate

atât de ridicată încât nu se utilzează în practică) Oţelurile martensitice uzuale sunt

oţeluri cu conţinut mediu de carbon (0,4…0,6% C) înalt aliate cu crom .

d. Oţeluri austenice. Sunt oţeluri înalt aliate cu Ni, Cr, Mn, astfel că se

asigură formarea unei structuri austenitice stabile la temperatură ambiantă. Au

proprietăţi bune de tenacitate şi sunt paramagnetice. Ca şi cele feritice nici aceste

oţeluri nu se călesc martensitic; prin călire de la temperaturi suficient de ridicate

pot fi dizolvate în soluţie carburile şi fixată la temperatură ambiantă o structură

fără carburi (călire de punere în soluţie).

e. Oţeluri ledeburitice. Sunt oţeluri cu conţinut ridicat de carbon (peste

0,6%) şi elemente care formează carburi stabile (Cr, W, V, Mo etc.), astfel că la

solidificare suferă şi transformarea eutectică, ceea ce conduce la apariţia

ledeburitei în structură (în acest caz ledeburita este un eutectic ternar constând din

austenită şi carburi la temperatura de formare şi din ferită şi carburi la temperatură

ambiantă). Alături de ledeburita transformată, în structura acestor oţeluri după

recoacere se află ferită şi carburi. Acestor oţeluri li se pot aplica aceleaşi

tratamente ca la oţelurile carbon hipereutectoide, cu precizarea că parametrii de

tratament sunt corespunzători.

Cuvinte cheie austenită, 159 austenită aliată, 177 austenită reziduală, 172 bainită, 173 călire martensitică, 175 carbură proprie, 177 cementită, 157 diagramă TTT, 173 element carburigen, 178 element de aliere, 176 element alfagen (feritizant), 178 element gamagen (austenitizant), 178 element grafitizant, 178 elemente însoţitoare, 165 eutectic cu grafit, 167 ferită, 159 ferită aliată, 177 fondant, 164 fontă mediu aliată, 177 fontă albă,161 fontă aliată (specială), 177 fontă maleabilă, 168 fontă modificată, 169 fontă nodulară, 169

grafit lamelar, 167 îmbunătăţire, 176 impurităţi, 165 incluziuni nemetalice, 165 ledeburită, 160 martensită de călire, 175 modificator, 169 oţel carbon, 161 oţel aliat, 176 oteluri austenitice, 180 oteluri feritice, 179 oteluri ledeburitice, 180 oteluri martensitice, 179 oteluri perlitice, 179 perlită, 160 recoacere de maleabilizare, 169 revenire, 175 sistem metastabil fier - cementită, 158 temperatură de maxim cinetic, 174 transformare bainitică, 173 transformare martensitică, 171 viteză de răcire critică, 175 zgură, 164


181

Bibliografie

1. Colan H. ş.a., Studiul metalelor, Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1983

2. Gâdea S., Petrescu M., Metalurgie fizică şi studiul metalelor, p. II.,

Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1981

3. Geru N., Metalurgie fizică, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982

4. Protopopescu H., Metalografie şi tratamente termice, Editura Didactică şi

Pedagogică, Bucuresti, 1983

5. Rădulescu M. ş. a., Atlas metalografic, Editura Tehnică, Bucureşti, 1971

6. Saban R. s.a., Studiul si ingineria materialelor, Editura Didactică şi

Pedagogică, Bucuresti, 1995

7. Schumann H., Metalurgie fizică, Editura Tehnică, Bucureşti, 1962

8. Shackelford F. J., Introduction to materials science for engineers,

Macmillan Publishing Company, New York, 1991

9. Truşculescu M. Studiul metalelor, Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1977

10. Van Vlack L. H., Elements of Materials Science and Engineering,

Addison-Wesley Reading, Massachusetts, 1989.

11. * * * Metals Handbook Ninth Edition, vol. 9, American Society for

Metals, Ohio, 1985

12. * * * Manualul inginerului metalurg, Editura Tehnică, Bucureşti, 1978

Teste de autoevaluare

T.5.1. Care este componentul de bază (principal) al oţelurilor şi fontelor

albe: a) carbonul; b) ferita: c) fierul; d) siliciul?

T.5.2. Soluţia solidă interstiţială de carbon în Feα este denumită:

a) austenită; b) cementită; c) perlită; d) ferită?

T.5.3. Soluţia solidă interstiţială de carbon în Feγ este denumită: a) ferită;

b) austenită; c) cementită; d) perlită?

T.5.4. Care din următoarele caracteristici corespund cementitei: a) este o

soluţie solidă interstiţială de carbon în Feα; b) este o fază daltonidă, cu formula


182

Fe3C; c) este o fază moale şi tenace; d) este un compus definit, cu densitatea mult

mai mică decât a fierului?

T.5.5. Ce denumire are amestecul mecanic care rezultă prin transformarea

eutectică produsă la răcirea fontelor albe: a) perlită; b) cementită; c) austenită;

d) ledeburită?

T.5.6. Ce denumire are amestecul mecanic care rezultă prin transformarea

eutectoidă produsă la răcirea fontelor albe şi oţelurilor carbon: a) perlită;

b) cementită; c) austenită; d) ledeburită?

T.5.7. Care este alcătuirea constituentului numit ledeburită transformată:

a) globule de ferită distribuite într-o masă de ferită; b) globule de perlită

distribuite într-o masă de ferită; c) globule de perlită distribuitre într-o masă de

cementită; d) lamele alternante de ferită şi cementită?

T.5.8. Care din următoarele definiţii corespund oţelurilor carbon: a) aliajele

Fe – Fe3C la care se poate produce numai transformarea eutectoidă; b) aliajele Fe – Fe3C

la care se poate produce atât transformarea eutectică, cât şi transformarea eutectoidă;

c) aliajele Fe – Fe3C care au concentraţia masică de carbon situată în intervalul

(0,02 %;2,11 %]; d) aliajele Fe – Fe3C care conţin perlită în structura la ta ?

T.5.9. Care din următoarele definiţii corespund fontelor albe: a) aliajele Fe

– Fe3C la care se poate produce numai transformarea eutectoidă; b) aliajele

Fe – Fe3C la care se poate produce atât transformarea eutectică, cât şi

transformarea eutectoidă; c) aliajele Fe – Fe3C care au concentraţia masică de

carbon situată în intervalul (2,11 %; 6,67 %); d) aliajele Fe – Fe3C care conţin

ledeburită transformată în structura la ta ?

T.5.10. Aliajul a cărei structură la ta este alcătuită din constituenţii perlită

şi cementită secundară este: a) o fontă albă hipoeutectică; b) o fontă albă

eutectică; c) un oţel carbon hipereutectoid; d) un oţel carbon hipoeutectoid?

T.5.11. Care sunt constituenţii ce alcătuiesc structura la ta a unei fonte

cenuşii feritice: a) perlită şi grafit lamelar; b) perlită, ferită şi grafit lamelar;

c) ledeburită transformată şi grafit lamelar; d) ferită şi grafit lamelar?

T.5.12. Care din următoarele fonte conţin în structura la ta formaţiuni de

grafit: a) fonta maleabilă perlitică; b) fonta albă eutectică; c) fonta nodulară

feritică; d) fonta cenuşie ferito – perlitică?


183

T.5.13. Care din următoarele aliaje au structura la ta alcătuită din

fazele ferită şi grafit: a) fonta cu grafit vermicular feritică; b) fonta cu grafit

nodular feritică; c) fonta cenuşie perlitică; d) fonta pestriţă ?

T.5.14. Completaţi locurile libere din tabelul următor

Structura de echilibru la ta Denumirea aliajului

Faze Constituenţi

Oţel carbon hipoeutectoid Ferită, Cementită

Fontă cu grafit nodular feritică

Fontă albă hipereutectică

Perlită, Cementită secundară

Ledeburită transformată,

Cementită primară

Fontă cenuşie ferito - perlitică

Perlită, Grafit lamelar

Perlită, Grafit nodular

Fontă maleabilă perlitică

Fontă modificată cu grafit lamelar feritică Ferită, Grafit

T.5.15. Dacă austenita este subrăcită rapid la o temperatură ti < Ms, se

produce transformarea acesteia: a) prin mecanismul cu difuzie; b) în perlită; c) în

martensită; d) prin mecanismul fără difuzie?

T.5.16. Ce structură rezultă prin subrăcirea şi menţinerea austenitei la o

temperatură ti, astfel încât Ms < ti < tMC; a) perlită lamelară, dacă ti este în

vecinătatea lui tMC; b) sorbită de revenire, dacă ti este în vecinătatea lui Ms;

c) bainită superioară, dacă ti este în vecinătatea lui tMC; d) bainită superioară, dacă

ti este în vecinătatea lui Ms?

T.5.17. Care din următoarele definiţii date martensitei sunt corecte:

a) martensita este o soluţie solidă de carbon în Feα; b) martensita este o soluţie


184

solidă de carbon în Feγ; c) martensita este o soluţie solidă suprasaturată de carbon

în Feα; d) martensita este o ferită suprasaturată în carbon ?

T.5.18. Dacă austenita este subrăcită şi menţinută la o temperatură ti, astfel

încât tMC < ti < A1, se produce transformarea acesteia: a) prin mecanismul cu

difuzie; b) în perlită; c) în martensită; d) în ledeburită ?

T.5.19. Care dintre următoarele componente ale oţelurilor sau fontelor

sunt elemente de aliere alfagene (feritizante): a) manganul; b) siliciul; c) cromul;

d) vanadiul ?

T.5.20. Care dintre următoarele componente ale oţelurilor sau fontelor

sunt elemente de aliere gamagene (austenitizante): a) manganul; b) siliciul;

c) cromul; d) nichelul?

T.5.21. Care dintre următoarele forme de existenţă a elementelor de aliere

în structurile oţelurilor şi fontelor sunt, în general, nedorite: a) soluţiile solide ale

elementelor de aliere cu fierul: b) carburile elementelor de aliere; c) incluziunile

nemetalice; d) compuşii intermetalici?

T.5.22. Care dintre următoarele elemente de aliere ale oţelurilor şi fontelor

pot avea acţiune grafitizantă: a) siliciul; b) nichelul; c) cromul; d) aluminiul?

T.5.23. Care dintre următoarele elemente de aliere ale oţelurilor şi fontelor

are cea mai puternică acţiune carburigenă: a) manganul; b) cromul; c) tantalul;

d) titanul?

T.5.24. Cărei clase structurale aparţine oţelul cu %Cm = 0,08 %, aliat cu

%Crm = 17 %: a) clasa oţelurilor feritice; b) clasa oţelurilor martensitice; c) clasa

oţelurilor ledeburitice; d) clasa oţelurilor austenitice?

T.5.25. Cărei clase structurale aparţine oţelul cu %Cm = 0,03 %, %Mn = 1,2 %,

%Crm = 18 % şi %Nim = 8 %: a) clasa oţelurilor feritice; b) clasa oţelurilor

martensitice; c) clasa oţelurilor ledeburitice; d) clasa oţelurilor austenitice?

Fier Cementita, Fonte Albe

Documents

Transcript of Fier Cementita, Fonte Albe