TRATAMENTE TERMICE APLICATE ALIAJELOR Fe-C Introducere Aliajele Fe-C prezinta o nota distincta in categoria materialelor metalice pentru ca isi pot modifica radical proprietatile mecanice in urma unor prelucrari mecano-termice denumite generic TT (tratamente termice). Acest fapt se datoreaza atat solubilitatii variabile a carbonului in fier, in functie de temperatura cat si a existentei celor 3 forme alotropice ale Fe. Acestea permit posibilitatea transformarii structurale in stare solida, ce pot fi analizate pe diagramele TTT sau CCT. Permit cunoasterea structurii care se poate obtine in cazul unui anumit otel in urma aplicarii unui anumit grad de subracire sau a unei viteze de racire.

Fiecarui tip de transformare aratata in figura ii corespunde un anumit numar de TT. Astfel pentru : 1.AP ( ) recoacere conduce la obtinerea constituentilor structurali de echilibru 2.A > M > calire constituentul obtinut este in afara echilibrului 3.A>B > calire bainitica (sau calire izoterma) Exista si o a 4-a transformare in stare solida la oteluri care nu se regaseste pe diagrama TTT si care corespunde unui proces de incalzire a pieselor calite urmat de o racire lenta, transformare care se numeste revenire: 4.M>P > revenire METODE DE DURIFICARE A METALELOR SI ALIAJELOR Exista 4 astfel de metode, toate au insa ca mecanism de durificare producerea unor aglomerari de dislocatii care induc in material o stare de tensiune care impiedica deformarea acestuia facandu-l rezistent. Toate aceste metode au ca tehnica producerea de obstacole in calea deplasarii dislocatiilor fapt care duce la aglomerarea si, in final, la impiedicarea deformarilor si cresterea rezistentei.

1.DURIFICAREA PRIN ECRUISARE consta in aplicarea unor procedee de deformare plastica la rece care conduc la aglomerarea dislocatiilor in anumite zone urmare a deplasarii lor pe niste plane de alunecare favorabile. 2.DURIFICAREA PRIN FINISAREA GRAUNTILOR Finisarea grauntilor inseamna o crestere a limitelor de graunti. Suprafetele de separare sunt obstacole in calea deplasarii dislocatiilor din acest motiv dislocatiile se blocheaza pe limitele de graunti. 3.DURIFICAREA PRIN ALIERE Atomii altor elemente chimice decat cei de baza avand dimensiuni diferite creeaza o stare de tensiune care ingreuneaza procesul de deplasare a dislocatiilor. 4.DURIFICAREA STRUCTURALA consta in precipitarea sau formarea unor faze noi, distincte in retea, ce constituie veritabile obstacole in procesul de deplasare al dislocatiilor. Aceste faze noi se obtin in urma unor procese de incalzire/mentinere/racire in anumiti parametri, proces numit TRATAMENT TERMIC. PARAMETRII TEHNOLOGICI AI UNEI OPERATII DE TRATAMENT TERMIC TT este un process tehnologic care se desfasoara in coordonate temperature/timp si poate fi descris cu ajutorul ciclogramei de TT:

Timpul de incalzire si mentinere, insumate, reprezinta timpul total de incalzire. Rezulta 3 faze: Incalzirea, mentinerea si racirea (in aceasta ordine) REVENIREA OTELURILOR Se considera a fi tratament termic (preliminar) clasat usual in primele faze ale unui flux tehnologic si are 3 obiective: 1.recoacerea pana la eliminarea tensiunilor interne si a segregatiilor structurale ori chimice din produse aparute in urma prelucrarilor mecano-termice anterioare. 2.obtinerea unor proprietati tehnologice optime necesare prelucrarilor ulterioare. 3.pregatirea structurii pentru TT secundar (obtinerea unei structucturi de echilibru)

Concluzie: obtinerea acestor obiective indica procese de difuzie , de germinare si creare de noi faze si de o minimalizare a valorii energiei libere care sa conduca la starea de echilibru. De aceea recoacerea implica un process derulat in timp cat mai indelungat. Parametrii tehnologici ai procesului de recoacere: (au valori mici) (durata de mentinere este de ordinal orelor) joaca un rol un important si se allege in functie de timpul de recoacere, respective de scopul urmarit Clasificarea recoacerilor se face in functie de transformarile de faza rezultate, iar denumirea in functie de temperatura de incalzire la care au loc si implicit de scopul urmarit. Exista 2 categorii principale de recoaceri: de ordin I si II Recoacerea de ordinal I vizeaza obtinerea proprietatilor dorite indiferent daca are sau nu loc o transf.de faza. Din aceasta categorie fac parte recoacerile de omogenizare, de recristalizare si de detensionare.

Recoacerea de omogenizare are ca scop eliminarea segregatiilor structurale si chimice (in urma ei se obtine o microstructura si o compozitie chimica omogena in tot parcursul). Dispare astfel structura dendritica specifica otelurilor turnate. Temperatura de incalzire iar duratele de mentinere depind de masa produsului si pot ajunge la 12 ore, astfel ca durata totala a procesului poate atinge 50 de ore. DEZAVANTAJE: structura rezultata , desi omogena, se considera grosolana (grauntii sunt foarte mari) de aceea dupa recoacerea de omogenizare se aplica alte tratamente (recoacere completa sau recoacere de normalizare). Recoacerea de recristalizare se aplica produselor deformate plastic la rece sau chiar in timpul procesului de prelucrare la rece. Are ca scop refacerea structurii afectate de procesul de deformare.

In timpul recoacerii, odata cu incalzirea pieselor, au loc 2 procese: I restaurare (iar peste ), II procesul de recristalizare. In primul domeniu microstructura produselor ramane alcatuita din graunti alungiti pronuntati pana la o stare fibroasa. Datorita temperaturii joase se produce doar o detensionare a produsului si o usoara poligonizare (fragmentare) a constituientului feritic. Se poate observa ca proprietatile ( mare si A scazuta) se pastreaza. Incalzirea in domeniul II produce, intr-o prima etapa, fenomentul de germinare a unor graunti la limitele celor vechi. Acestia se dezvolta rezultand o structura fina la temperatura Acesta se considera domeniul optim de incalzire, care la otelurile hipoeutectoide este intervalul =650700 Trebuie evitata incalzirea peste aceste temperature ( in figura) deoarece are loc fenomenul de coalescenta care produce o structura grosolana. Coalescenta= Contopirea picturilor dintr-o emulsie sau a granulelor dintr-o suspensie n picturi sau particule mai mari. Recoacerea de detensionare reprezinta reducerea tensiunilor interne datorate de prelucrarea prin sudare sau a celor mecanice (aschiere, electroeroziune). Se produce o relaxare structurala fara aparitia modificarilor de faza. In functie de tipul otelului se allege in intervalul =350500 , iar duratele de mentinere se calculeaza cu expresia cunoscuta ca ora si tolul:

(un tol = 25.4 mm) RECOACEREA DE ORDIN II implica transformari de faza. Pentru obtinerea rezultatelor dorite in functie de avem urmatoarele tipuri:

1.recoacerea completa 2.normalizare 3.recoacere incompleta 4.recoacere incompleta de globulizare 1.Recoacerea complete (incalzire in domeniul austenitic), -este un tratament termic cu transformare de faza -prin incalzire se obtin graunti austenitici, iar prin racirea lenta ulterioara se obtin constituienti fini de natura perlitica -se aplica dupa recoacerea de omogenizare sau produselor deformate la cald (forjate) sau celor cu structura widmansttaten (circulara) -o varianta a recoacerii complete este recoacerea izoterma.

Se poate observa ca piesele incalzite la se racesc apoi pana la unde sunt mentinute in cuptor o perioada pentru egalizarea temperaturii pe toata sectiunea piesei dupa care se raceste lent in continuare. Rezulta astfel o structura mai fina si omogena.

2.Recoacerea de normalizare este o varianta a recoacerii complete, spre deosebire de aceasta, racirea se face in aer. Structura este mai fina si cresc proprietatile de rezistenta. Normalizarea poate inlocui astfel, la unele oteluri aliate, calirea urmata de revenirea intalta. Se aplica tot pentru cresterea rezitentei. 3.Recoacerea incompleta se aplica atat otelurilor hipoeutectoide cat si celor hipereutectoide. In cazul otelurilor hipoeutectoide , ceea ce inseamna ca la incalzirea in acest domeniu are loc doar o recristalizare partiala a feritei ramanand o cantitate de F care nu se dizolva in A. In consecinta, dupa racire, structura va fi formata din Perlita fina si Ferita rest. Durata de mentinere este 2...4h -Se aplica pentru diminuarea tensiunilor interne, scaderea duritatii si imbunatatirea prelucrarii prin aschiere si deformare plastica. -nu se aplica structurilor widmansttaten (cu ferita circulara) F+P A+P 4.Recoacere de globulizare este de fapt recoacerea incompleta pentru otelurile hipereutectoide ( . Scopul acestei recoaceri il reprezinta globulizarea cementitei astfel incat prelucrabilitatea prin aschiere sa creasca. Exista mai multe varianta, una dintre ele este recoacerea pendulara:

Incalzire la 730 Operatia consta in aplicarea a cel putin 3 cicluri de incalzire/mentinere/racire in intervalul de temperatura 730 si 680 (in jurul liniei ). Incalzirea si mentinerea la 730 timp de 30 de minute face ca o parte din cementita secundara sa se dizolve in austenita. La racirea la 680 si mentinerea timp de 30 de minute, din austenita bogata in cementita precipita cementita globulara iar austenita rest in prelita. racire P + Acest ciclu se aplica de cel putin 2 ori ceea ce face ca cementita lamelara sa ajunga practic globulara. Acest tip de recoacere pendulara se aplica numai pentru piese subtiri. Pentru piese masive recoacerea consta intr-o incalzire la 780 si o racire foarte lenta la temperatura ambianta.

Recoacerea de inmuiere se aplica, in general, otelurilor aliate care prezinta in structura constituenti duri (M, B, T). Practic inlocuieste recoacerea completa si consta intr-o incalzire si mentinere sub

RECOACERI APICATE FONTELOR CENUSII Constitutia fontelor cenusii (masa metalica si grafit) le face foarte sensibile la deformare si chiar fisurare. Prezenta grafitului ca element de discontinuitate in masa metalica a fontelor face ca fontele cenusii sa prezinte dupa turnare sau alte prelucrari o stare de tensiune ridicata ce poate produce avarierea fontelor sau imposibilitatea prelucrarii ulterioare. Din acest motiv scopul recoacerii reprezinta diminuarea pana la eliminare a tensiunilor termice si imbunatatirea prelucrabilitatii prin aschiere. Corespunzator acestor obiective exista doua tipuri mari de recoaceri: -de detensionare -de inmuiere (feritizare) Recoacerea de detensionare se aplica in trei variante: -imbatranirea naturala consta in mentinerea produselor turnate din fonta o perioada indelungata (luni 2 ani) in mediul inconjurator. -imbatranirea artificial: elimina neajunsurile primei variante prin eliminarea duratei de mentinere -detensionarea prin vibrare: se realizeaza relaxarea structurala la nivel atomic prin utilizarea unor vibratori pozitionati pe produsul turnat, cu o forta de apasare de 35-40 (~3-4 KgF) cu o frecventa de 3000 vibratii/minut.

Recoacerea de inmuiere numita si recoacerea de feritizare conduce la imbunatatirea prelucrabilitatii prin aschiere, prin diminuarea continutului de perlita si eventual cementita ramasa din masa metalica. Procedeul consta in incalzirea produselor turnare la o temperatura deasupra liniei Ac1, mentinerea la aceasta temperatura face ca cementita rest sa se dizolve in austenita iar racirea lenta permite perlitei rezultate sa se separe de ferita si grafit; astfel scade continutul de perlita si creste proportia feritei si a grafitului cu efecte benefice asupra prelucrabilitatii prin aschiere. A P F+G

CALIREA ALIAJELOR Fe-C Calirea otelurilor Calirea reprezinta un tratament termic secundar caracterizat prin incalzirea otelurilor si mentinerea acestora in domeniul austenitic , urmata de o racire la viteze mai mari decat cea critica asigurandu-se astfel transformarea martensitica.

Calirea asigura astfel proprietati de rezistenta ridicate dar si o fragilitate insemnata ceea ce face ca in majoritatea cazurilor calirea trebuie sa fie insotita de o revenire. Alegerea parametrilor tehnologici 1.Viteza de incalzire prezinta importanta in cazul unor oteluri mediu si inalt aliate unde trebuie limitata la o valoare inferioara vitezei de incalzire admisibile in caz contrar viteza introduce tensiuni termice cu efecte negative asupra calirii (fisurari sau deformatii) Valoarea se determina cu ajutorul relatiei: unde: K constanta aleasa in functie de forma produsului a - coeficient de difuzibitate termica ce tine cont de anumite caracteristici ale materialului , -caldura specifica; -conductivitatea termica; - rezistenta admisibila a materialul - coeficientul de dilatatie liniara E modului de rigiditate (modului lui Young) S aria suprafetei -densitatea)

Alegerea mediului de incalzire In timpul incalzirii, in mediul inconjurator piesele sunt supuse agresiunii mediului. La suprafata lor are loc fenomenul de oxidare si de carburare. Oxidarea conduce, in final, la obtinerea unui strat de oxizi ce se desprinde de pe suprafata (tzundar).

Oxidarea este galopanta la temperaturi >500C Decarburarea (scaderea continutului de C in straturile superficiale, cu efecte drastice asupra duritatii) este sesizabila la temperaturi>800C (in domeniul austenitic)

Din acest motiv suprafata pieselor trebuie protejata, in consecinta tratamentele termice moderne de calire au loc in cuptoare cu vid, cu atmosfera controlata sau in bai de saruri topite.

Determinarea duratei de incalzire la oteluri, , este alcatuita din durata de incalzire propriu zisa si durata de mentinere: Durata de incalzire propriu zisa reprezinta timpul necesar ca suprafata piesei sa atinga temperatura prescrisa, adica . Durata de mentinere are, la randul ei, doua componente: durata de mentinere propriu zisa si durata transformarilor structurale, . Durata de mentinere propriu zisa, reprezinta timpul necesar ca miezul piesei sa atinga temperatura de incalzire Durata transformarilor structurale, , reprezinta durata necesara transformarilor structurale de echilibru la temperatura ambianta (P, P+Fe, Pe+CeII) la structura austenitica. Conditia necesara pentru tratamentul de calire este ca la incalzire sa se obtina o austenita omogena. Calculul duratelor de incalzire se face fie cu metode grafoanalitice, fie cu relatii empirice. In primul caz se porneste de la ecuatia transferului termic, resprectiv al conductivitatii termice:

Solutiile acestor ecuatii prezinta o infinitate de rezultate motiv pentru care se introduc anumite conditii limita si se apeleaza la criteriile adimensionale

- criteriul Biot raza piesei coeficientul de convectie termica

temperatura initiala criteriul Fourier criteriul de temperatura temperatura mediului de incalzire temperatura unui punct pe R Intr-o prima etapa se determina criteriul Biot inlocuind datele, apoi criteriul de temperatura iar din nomograme se obtine criteriul Fourier. Din formula criteriului Fo se obtine valoarea duratei de incalzire

Calculul este anevoios, de aceea in practica industrial se apeleaza la relatiile empirice obtinute pe baza unor date experimentale. Una din cel mai des utilizate relatii, numita metoda geometrica este , unde - durata totala de incalzire K - coeficient care tine cont de modalitatea de incalzire (flacara electrica, baie de saruri topite) si de temperatura la care are loc incalzirea , V=volumul piesei, =aria totala a piesei Determinarea temperaturii de incalzire la oteluri Temperatura de incalzire la oteluri, in cazul calirii, se numeste temperatura de austenitizare (pt.ca incalzirea se face in domeniul austenitic). Conditia majora ca tratamentul termic de calire sa se desfasoare corespunzator este ca incalzire a sa aiba loc in domeniul austenitic iar prin mentinerea piesei in acest domeniu sa se obtina o structura austenitica omogena atat compozitional cat si ca forma a grauntilor. Este de preferat ca acesti graunti sa fie cat mai fini. Exista mai multe metode de determinare a Ta. a) alegerea in functie de temperaturile critice de transformare Ac1 si Ac3. Intr-o prima etapa se determina temperatura punctelor critice fie cu ajutorul unou relatii empirice (in functie de compozitia chimica) , fie experimental. Domeniul optim de incalzire se alege deasupra acestor puncte critice , cu un anumit interval de temperatura , astfel: -pentru oteluri hipoeutectoide: -pentru oteluri hipereutectoide:

Domeniul optim este, conform criteriilor anterioare, reprezentat prin banda hasurata in portocaliu.

OBSERVATII: Pentru otelurile hipoeutectoide s-a ales temperatura in domeniul austenitic, putin peste Ac3, pentru a avea o austenita omogena si pentru a nu creste prea mult granulatia. Pentru otelurile hipoeutectoide nu se face incalzire in domeniul austenitic ci doar in intervalul Ac1-Acem, adicala temperatura de incalzire exista austenita si cementita secundara. Motivul: cementita secundara poate ramane deoarece exista o faza dura , similara martensitei obtinuta dupa calire. Cementita secundara este intr-o proportie mica si nu afecteaza fragilitatea. Se accepta aceasta temperatura de incalzire deoarece o incalzire in domeniul austenitic, conform regulilor, ar fi de fapt o supraincalzire crescand astfel granulatia cu efecte negative la racire in privinta starilor de tensiune induse (apar fisuri). Aceasta solutie nu poate fi aplicata otelurilor hipoeutectoide pentru ca incalzirea sub Ac3 ar conduce la pastrarea in structura a feritei care este un constituent moale. Piesele calitear fi compromise ; apare fenomenul de pete moi. b) Metoda experimentala se mai numeste si metoda calirilor succesive. Este o metoda precisa dar mai complicata. Aceasta metoda consta in incalzirea unor probe in otelul analizat la diferite intervale de temperatura urmate de racirea in acelasi mediu. Duritatea probelor se masoar si se reprezinta grafic duritatea in functie de temepraturile de incalzire ale probelor. Se considera ca temperatura optima de incalzire acea temperatura care asigura duritatea maxima fara producerea fisurarii.

Alegerea mediului de incalzire (pt asigurarea transforamarii martensitice) Din acest motiv trebuie alese acele medii de racire care sa asigure aceasta conditie si sa nu induca in material tensiuni termice foarte mari care sa distruga piesa. Uzual, pentru oteluri, se aleg ca medii de racire apa (pt otel carbon), ulei si alte solutii derivate din petrol pentru oteluri aliate si aer pentru oteluri bogat aliate Mediile de racire se impart in doua mari grupe: -medii care schimba starea de agregare in timpul tratamentului termic (apa) -medii care nu schimba starea de agregare in timpul TT (aerul)

a) racire in apa b) racire in aer La racirea unei piese in apa identificam trei domenii: -calefactia la contactul cu apa piesa se raceste brusc avand la inceput viteza de racire foarte mare. La suprafata piesei are loc o vaporizare instantanee. Se formeaza o pelicula de vapori aderenta la suprafata care impiedica transferul de caldura piesa>mediu fapt pentru care viteza de racire scade. La o anumita temperatura (T1) pelicula de vapori se desprinde de pe piesa astfel incat viteza de racire creste brusc pana la T2 (proces obseervabil prin degajarea bulelor). Sub aceasta temperatura piesa se raceste lent. Rezulta ca domeniul II este critic; daca aici se transforma si martensita atunci exista riscul fisurarii (se suprapun si tensiuni termice). In cazul b) nu apar astfel de fenomene si riscul fisurarii este redus.

CALIBILITATEA OTELURILOR Calibilitatea otelurilor este o proprietate tehnologica ce exprima capacitatea unui otel de a se cali. Se exprima prin indici de calibilitate: - viteza critica de racire - diametrul critic ideal este diametrul maxim al unei piese din otelul analizat care prezinta in centru o duritate semimartensitica in conditii ideale de racire (schimb/transfer instantaneu de caldura cu mediul) -diametrul critic real este diametrul maxim al unei piese din otelul analizat care prezinta in centru o duritate semimartensitica in conditii reale de racire lungimea critica de racire Prin duritate martensitica se intelege duritatea unui strat ce prezinta in structura: 50% martensita + 50% bainita/perlita (sau constituenti de treapta perlitica) Calibilitatea este definita de unii autori ca fiind grosimea stratului calit cu structura (duritate) semimartensitica.

Prin racirea unui produs la suprafata avand o viteza mai mare se obtine transformarea martensitica si implicit o duritate mai mare. Cu cat ne apropiem de miezul piesei viteza de racire si duritatea scad. Daca un otel are viteza critica de racire vcr1, curba de racire a otelului (Vr) nu intersecteaza linia corespunzatoare lui Vcr1, ceea ce inseamna ca intreaga piesa a suferit transformarea martensitica si duritatea este mare in toata piesa. Calibilitatea este influentata de mai multi factori: in primul rand compozitia chimica prin continutul de carbon si continutul in elemente de aliere si prin marimea grauntelui austenitic: cu cat continutul de carbon este mai mare si in elemente de aliere (ca Mn, Cr, V, Mo) cu atat viteza critica este mai mica si piesa poate fi calita pe toata sectiunea (varianta 1 in figura). Metode pentru determinarea indicilor de calibilitate a.metode grafo-analitice (Grossan) b.metoda cu ajutorul relatiilor empirice valabile pentru anumite game de oteluri (relatiile Just) c.metoda experimentala (metoda racirii frontale) - metoda Jominy cu ajutorul careia se determinara curba de calibilitate specifica pentru fiecare otel in parte.

Probele utilizate sunt standardizate: sunt prelevate din otelul supus analizei, se incalzesc la temperatura de austenitizare timp de 30 de minute, dupa care sunt introduse intr-un dispozitiv care asigura racirea frontala a probei (uzual varianta b). In urma racirii in apa apare o variatie de duritate pe lungimea probei. Se masoara duritatea de la capatul racit si se traseaza curba de variatie in functie de lungimea probei

Pentru fiecare otel, corespunzatoar compozitiei lui chimice, duritatea semimartensitica este precizata in norme (HSM). Plasand aceasta valoare HSM pe graficul de variatie se poate determina lungimea critica. Ulterior, in functie de lungimea critica se poate afla diametrul critic ideal si diametrul critic real. Intrucat marcile de otel nu au o compozitie chimica fixa, ci un interval pentru fiecare element, rezulta ca in acest caz se obtin benzi de calibilitate. Acestea se regasesc in standarde pentru fiecare marca de otel si sunt necesare in momentul alegerii materialului pentru dimensionarea unui produs.

PROCEDEE DE CALIRE VOLUMICA Calirea volumica prezinta riscul deformarii produselor sau chiar al fisurarii in timpul racirii ca urmare a tensiunilor termice si structurale ce apar in piesa, de aceea o mare importantao reprezinta modul in care se efectueaza racirea. Rezulta astfel mai multe variante numite procedee de calire care se reprezinta pe o diagrama TTT.

1. Calirea continua (directa) 2. Calirea intrerupta 3. Calirea in trepte 4. Calirea izoterma 5. Calirea la frig 1. Calirea continua (directa) (intr-un singur mediu) consta in racirea piesei intr-un singur mediu (apa, ulei,aer) pana la finalizarea transformarii structurale, cea mai simpla si eficienta metoda, dar se aplica cu precautie otelurilor carbon nealiate cu risc mare de deformare. Marele dezavantaj il reprezinta riscul suprapunerii tensiunilor termice peste cele structurale lucru ce poate duce la scoaterea din uz. 2. Calirea intrerupta (numita si calirea in 2 medii diferite: apa-ulei, ulei-aer) Piesa este mentinuta o scurta perioada de timp in primul mediu pentru a se depasi cotul perlitic al diagramei TTT dupa care se introduce intr-un al doilea mediu, mai lent, in momentul aparitiei transformarii martensitice cautandu-se astfel suprapunerea celor doua tipuri de tensiuni. Momentul schimbarii mediuluieste insa dificil de apreciat. 3. Calirea in trepte Racirea se face intr-un meddiu de tip baie de saruri, bai de metale topite ce asigura o temperatura deasupra lui Ms. Mentinerea in acest mediu asigura racirea simultana a austenitei in martensita pe toata sectiunea, dupa care racirea se face in aer. Se aplica doar la piese de dimsiuni mici pentru ca o mentinere indelungata ar duce la aparitia altui constituent decat martensita. 4. Calirea izoterma Se aplica anumtor oteluri mediu si bogat aliate si consta in racirea intr-o baie de saruri la o temperatura consta care sa a asigure transformarea bainitica. Nu se obtine transformarea martensitica dar bainita obtinuta asigura un optim de proprietati, o duritate medie si o tenacitate corespunzatoare. 5. Calirea la frig Consta in continuarea racirii in mediu clasic intr-un mediu refrigerant (aer, azot lichid, zapada carbonica) asigurandu-se astfel transformarea austenitei reziduale in martensita avand ca efect cresterea duritatii si stabilitatea dimensionala (ex: bile de rulment).

REVENIREA OTELURILOR Tratamentul termic secundar aplicat otelurilor calite. Scopul il reprezinta reducerea tensiunilor pana la eliminare rezultate in urma tratamentelor termice de calire si asigurarea proprietatilor de exploatare impuse. Revenirea otelurilor consta in incalzirea otelului calit la temperaturi inferioare liniei Ac1, mentinerea in functie de dimensiunile produsului la aceasta temperatura si racirea pana la temperatura ambianta. Revenirea se calsifica in functie de temperatura de incalzire in trei tipuri: joasa, medie si inalta. Drept consecinta si proprietatile rezultate (urmarea transformarii martensitei la incalzire) se modifica in mod corespunzator.

Revenirea joasa (Rj) - revenirea de detensionare Ti=180...220C Se reduc tensiunile interne, precipita carburi in martensita de calire, structura rezultata numindu-se martensita de revenire. Ca efect, scaderea duritatii este neimportanta (1-2 unitati Rockwell HRC=60-62 Se aplica otelurilor de scule de rulment si tratamentelor termo-chimice urmate de calire (cementare) Revenirea medie - domeniul optim: Ti=350...450C Au loc procese de difuzie finalizate prin formarea unui constituent (troostita de revenire-constituent de treapta perlitica). In consecinta, duritatea scade pana la valori medii (HRC-40-45) crescand insa tenacitatea, limita la oboseala si limita de elasticitate.. Se aplica in principal otelurilor de arcuri si unor oteluri mediu aliate de scule. Revenirea inalta - Ti=550-600C Structura obtinuta, usor mai grosolana decat troostita, se numeste sorbita de revenire. Duritatea scade le valori acceptabile (HRC=28-32 unitati) dar creste tenacitatea. Se realizeaza astfel, prin calire plus revenire inalta, o imbunatatire generala a proprietatilor mecanice. De aceea acest tratament se mai numeste si tratament termic de imbunatatire.

PARAMETRII TEHNOLOGICI viteza de incalzire si viteza de racire, in cazul revenirii joaca un rol minor. Ca exceptie trebuie mentionat riscul introducerii unor tensiuni la incalzire sau la racire rapida sau riscul aparitiei fenomenului de fragilizare la revenire in cazul unor oteluri speciale . Ti joaca un rol major; la otelurile aliate (in special la cele de scule) inclusiv duratele de incalzire si mentinere inflenteaza proprietatile de exploatare a produsului. DETERMINAREA PARAMETRILOR 1.Metoda experimentala este similara metodei calirilor succesive: probe din otel calit sunt supuse revenirii la diferite temperaturi si durate de mentinere. Se traseaza apoi graficul de variatie a duritatii in functie de acesti 2 parametri. Ulterior, in baza acestor grafice se poate alege , pentru o anumita duritate impusa, perechea de parametri convenabila (temperatura/timp)

2.Metoda grafo-analitica se utilizeaza (in acest caz) parametrul revenirii P=T(K+ lg t) K=20 pentru OL Valoarea lui P se determina din nomograme obtinute experimental. Odata determinat Px, din formula, pentru o anumita valoare a temperaturii T se poate determina durata de mentinere.

3.Metoda determinarii cu ajutorul relatiilor empirice Se aplica pe grupe de oteluri. Cea mai cunoscuta relatie este determinarea temperaturii de revenire pentru otelurile slab aliate , considerandu-se durata de mentinere optima de 4 ore. , unde: sunt constante - duritatea calculata in functie de duritatea in functie de continutul de carbon

- duritatea in functie de elementele de aliere - duritatea in functie de granulatie Aceste valori se determina din nomograme - - duritatea impusa pentru realizare O alta relatie simpla se refera la determinarea duratei de mentinere in functie de grosimea piesei: 1h...25mm (ora/tol)

CALIREA SI REVENIREA FONTELOR CENUSII Se pot supune calirii fontele cenusii cu grafit lamelar fin si, in special, fontele cu grafit nodular ( ) dar care trebuie sa aiba continutul in carbon legat de minimum 0,5%. Tratamentul de calire prezinta anumite specificitati fata de oteluri: temperatura optima de incalzire se alege in intervalul 830...870C pentru ca o valoare mai mica face sa scada continutul de carbon legat.

Prezenta grafitului in masa metalica reprezinta un element de discontinuitate ceea ce face ca orice variatie de natura termica sa induca tensiuni mari ce pot compromite tratamentul.

OBSERVATII Incalzirea se face cu o treapta de preincalzire la 400...450C pentru egalizarea temperaturii pe sectiune si reducerea astfel a starii de tensiune. Duratele de incalzire si mentinere se calculeaza similar ca la oteluri. Racirea se face in ulei sau produse petroliere. Revenirea se aplica imediat dupa calire cand piesa nu s-a 4acit complet. O alta varianta (reprezentata punctat in fig de mai jos) o constituie calirea izoterma cu racire in bai de saruri la temperatura de 250C. Alegerea temperaturii de revenire la 450C este legata de fragilizare: dupa calire, duritatea este ridicata insa rezistenta mecanica la tractiune este redusa. Incalzirea la 450C face ca duritatea sa scada si rezistenta mecanica sa creasca.

FRAGILIZAREA LA REVENIRE Exista unele oteluri si fonte aliate cu manga , crom sau crom-siliciu care in anumite intervale de temperatura, in timpul revenirii devin fragile:

I-fragilizarea la rece (ireversibila) II-fragilizare la cald (reversibila) Cauza pare sa o constituie precipitarea unor carburi sau elemente chimice la limita grauntilor impiedicand astfel deformarea grauntelui. Pentru evitarea aparitiei fragilitatii : -evitarea intervalelor critice -alierea otelurilor co molibden sau Wolfram (Wolframul,numit si tungsten, este un element chimic din grupa metalelor situat n pozitia 74 n tabelul periodic al elementelor. Wolfram este un metal cu luciu alb, casant n stare pur, dur, si de mare densitate. Din toate metalele pure, punctul lui de topire este cel mai ridicat, iar punctul lui de fierbere este al doilea ca mrime (dup carbon). -aplicarea unor viteze mari de racire in intervalele critice

TRATAMENTE TERMOMECANICE Sunt tratamente aplicate aliajelor Constau in introducerea pe fluxul de fabricatie prin suprapunere sau prin succesivitate a unor procedee mecanice de deformare plastica la calirea acestora. Se aplica numai anumitor categorii de oteluri si aliaje metalice, in special celor pe baza de crom Se clasifica in doua mari categorii: -tratamente termomecanice cu deformarea austenitei TTDA ausforming -tratamente termomecanice cu deformarea martensitei TTDM-marforming TRATAMENTE TERMOMECANICE CU DEFORMAREA AUSTENITEI (TTDA)

1: TTDA la temperaturi superioare celei de recristalizare 2: TTDA la temperaturi inferioare celei de recristalizare (sub 600 ) In timpul incalzirii si mentinerii pieselor la temperaturi in domeniul austenitic se aplica deformari plastice produsului supus calirii dupa care pisele se racesc in apa sau ulei obtinandu-se transformarea martensitica. Deformara plastica are ca efect o finisare a granulatiei, drept consecinta creste densitatea de dislocatii. - in 1 rezistenta mecanica creste cu 10-25% fata de TT conventional; - in 2 tenacitatea si plasticitatea nu se modifica, reducerile sunt neinsemnate. Creste temperatura de tranzitie ductil-fragil, se elimina fragilitatea la revenire si creste stabilitatea la revenire (pastrarea sau conservarea duritatii si a Rm la T de revenire cat mai ridicate). Tratamentul prezinta dificultati deoarece: deformarea plastica trebuie aplicata in intervale de timp f mici pt a se evita riscul racirii in timpul deformarii si a compromiterii acestuia. O solutie o constituie utilizarea tratamentului doar pentru otelurile care prezinta o curba TTT cu histeresis de transformare, adica prezinta o separare a domeniului de transformare perlitic fata de cel bainitic. Deformarea se poate realiza in acest interval doar prin incalziri succesive si deformari succesive. Astfel de diagrame TTT prezinta doar otelurile alIate cu crom, in special cele inoxidabile. Ca o conecinta, reducerile de sectiune ale pieselor, pentru a conduce la un efect de durificare, trebuie sa se situeze in intervalul 40-60%.

TRATAMENTE TERMOMECANICE CU DEFORMAREA MARTENSITEI (TTDM)

In acest caz se observa ca deformarea plastica a loc dupa inceperea transformarii martensitice, in consecinta reducerile de sectiune nu vor depasi 10%; urmare a deformarii plastice se produce un proces de finisare a granulatiei pcum si un proces de imbatranire a martensitei ce conduce la o crestere usoara a duritatii si mai ales a stabilitatii la revenire. Tratamentul se aplica otelurilor inalt aliate (ex.: oteluri criogenice, unele familii de oteluri laminate inoxidabile , oteluri maraging). TRATAMENTE DE SUPRAFATA Sunt necesare pentru ca produsele: -trebuie sa aiba un aspect estetic; -trebuie protejate impotriva actiunii corozive a mediului inconjurator; -necesita proprietati de suprafata deosebita fata de cele ale volumul (miezul) pisei. Proprietati mecanice specifice: -pentru suprafata : -H, duritate -Rob, rezistenta -Ru, oboseala (prop.magnetice, electrice si chimice) -pentru miez -K, tenacitate -A, ductilitate Principalele metode de tratament ale suprafetelor sunt: -acoperirea cu substante organice (lacuri, email, vopsele); -acoperirea prin depuneri electrolitice (cromare, cadmiere, zincare, nichelare); -reconversia straturilor superficiale (brunare); -depunerea de straturi metalice sau cerneluri prin pulverizare termica a pulberilor ; -metode fizico-chimice de depunere (CVD/PVD); -tratamente de durificare prin calirea de suprafata numita si calire superficiala -tratamente termochimice.

Calirea de suprafata (calirea superficiala) este un tratament termic de suprafata aplicat otelurilor in anumite conditii ce conduce la o structura martensitica, in acel strat se obtin astfel duritate H, rezistenta Rob si oboseala Ru foarte ridicate. Parametrii tehnologici: intrucat stratul supus incalzirii este de ordinul milimetrilor rezulta ca atat viteza de incalzire cat si durata de incalzire prezinta valori deosebite fata de calirea clasica. , in functie de grosimea stratului dorit pt incalzire superioara temepraturii de la calirea clasica Din garfic rezulta ca este necesara incalzirea la temperaturi inalte in cazul calirilor superficiale si anume pentru ca la omogenizarea A (conditie necasara pentru o calire corecta) se obtine doar ridicand temepratura de incalzire. Un alt parametru important il reprezinta viteza de racire , dar in acest caz cea ma importanta conditie este ca racirea sa aiba loc imediat dupa incalzire, altfel existand riscul ca temperatura suprafetei sa scada, caldura fiind preluata de miez.

De retinut: calirea superficiala in cazul otelurilor se aplica cu rezultate bune otelurilor de imbunatatire. 0.4...0.7%C, cu granulatie fina N=8...10 si dupa in TT prealabil de imbunatatire.

De obicei dupa calirea superficiala, Cs, se aplica o revenire joasa, structura finala fiind Martensita de revenire (Mrev) in stratul superficial si soorbita de revenire (Srev) in miez. Metaode de calire superficiala 1.Calire cu flacara oxiacetilenica 2. Calire prin inductie 3. Calire prin contact electric 4. Calire in electrolit 5. Calire prin metode neconventionale (laser, fascicul cu electroni etc) 1. Calirea cu flacara oxiacetilenica: metoda simpla cu costuri scazute insa cu precizie redusa. Flacara utilizata este rezultatul arderii unui ameste de gaze si oxigen, temperatura in miezul flacarii ajunge pana la 3000 . Suprafata pieselor este incalzita prin diferite procedee (simultan, succesiv) pe adancimi de 2...10 mm, apoi este racita cu un jet de apa. Procesul este greu de controlat si tine de experienta lucratorului implicat in proces.

Procedeul calirii simultane se refera la incalzirea dintr-o singura faza a suprafetei de calit.

CALIREA PRIN INDUCTIE CU CURENTI DE INALTA FRECVENTA (C.I.F.) Principiul calirii CIF se bazeaza pe incalzirea suprafetei pieselor ca urmare a unui curent indus perpendicular care, prin efect Joule-Lenz, face ca straturile de suprafata sa se incalzeasca la temperatura de austenitizare. Pentru producerea curentului indus se foloseste un inductor care este o teava de cupru racita cu apa sub forma unei spire infasurata in jurul piesei supusa calirii. Inductorul este legat de secundarul unui transformator asupra caruia se aplica un curent de tensiune joasa si frecventa inalta. Curentul aplicat de transformator da nastere unui flux magnetic, ce depinde de numarul de spire al inductorului si de frecventa aplicata, care la randul lui produce o tensiune electromotoare ce da nastere unui curent indus in piesa provocand incalzirea piesei.

Adancimea de incalzire (p) depinde si de natura materialului (rezistivitate si permeabilitate) cat si de frecventa curentului , unde k este factorul de material si f este frecventa

Datorita modificarii rezistivitatii si a permeabilitatii odata cu cresterea temepraturii relatia se paote scrie: pentru T=20

pentru T=800

Pentru adancimi de incalzire cuprinse intre 2...6 mm avem f=5000...10 000Hz p 1 mm avem f=400 000 hz De regula incalzirea prin inductie se realizeaza la puteri specifice Ps=0,2 ...2Kw/ , duratele de incalzire pana la temepratura de austenitizare t=2...50s. Calirea CIF se poate face simultan pentru piese de dimensiuni mici cand, dupa incalzire, piesa se raceste intr-o baie de apa sau ulei, sau succesiv cand in continuarea inductorului se ataseaza un racitor cu apa. Avantaje: se permite un control precis al adancimii de incalzire respectiv a temperaturii in zona de lucru. Dezavantaj: instalatie scumpa. CALIREA CU FASCICUL LASER: metoda moderna la care incalzirea piese este realizata cu un dispozitiv laser. Se bazeaza pe principiul transformarii energiei fasciculului laser in caldura.

Fasciculul laser (fascicul de fotoni) este redirectionat cu ajutorul oglinzii rotitoare fiind focalizat pe suprafata piesei prin intermediul sistemului de focalizare. Fotonii patrund in material pe o adancime de ducand la incalzirea acestuia. Racirea piesei se face in masa ei proprie. Prin modificarea distantei dintre lentila de focalizare si piesa se obtin diferite diametre ale fascilului laser. Uzual, la o trecere, se pot obtine benzi de calire cu o latime cuprinsa intre 5...30 mm. Calirea cu laser se realizeaza la puteri specifice , interactiunea fascicul-proba fiind t=1...10s. Avantaje: -pot fi calite piese cu geometrie complexa

-deformatii minime obtinute in piesa- nu este necesara rectificarea ulterioara -nu este necesar mediul de racire Dezavantaje: -instalatie scumpa -probleme de absorbtie a fasciculului de catre proba la unele materiale. TRATAMENTE TERMOCHIMICE Sunt tratamente ce au ca scop modificarea structurii si compozitiei chimice a suprafetei pieselor prin imbogatirea cu un element chimic. Da regula piesele se incalzesc intr-un mediu bogat in atomii elementului cu care se doreste imbogatirea suprafetei, urmat de racirea acesteia. In functie de natura elementului chimic cu care se efectueaza imbogatirea suprafetei exista : -carburarea (imbogatirea in carbon) -nitrurarea (imbogatire in azot [N]) -carbo-nitrurarea (carbon si azot) Borizarea (bor) La baza tratamentelor termochimice stau urmatoarele procese -disocierea moleculelor mediului de lucru cu eliberarea de atomi ai elementului de imbogatire -absorbtia la suprafata piesei a atomilor elementului de imbogatire si formarea de legaturi chimice cu atomii materialului de baza. Absorbtia depinde de temperatura de incalzire, compozitia chimica a otelului, starea suprafetei etc. -difuzia consta in deplasarea atomilor absorbiti la suprafata piesei catre miezul acesteia. Grosimea stratului imbogatit depinde de temepratura de incalzire, durata procesului si concentratia mediului de imbogatire.

Din figura se observa va odata cu cresterea temperaturii, a duratei de mentinere si a concentratiei mediului de imbogatire creste grosimea stratului. CARBURAREA (cementarea) Un tratament termochimic ce consta in imbogatirea stratului de suprafata in carbon, se aplica otelurilor carbon si slab aliate cu un continut pana la 0.25%C. Consta in incalzirea acestora la o temperatura de austenitizare intr-un mediu bogat in atomi de C. Se obtine o suprafata cu Cs=0.8 1.2%C, grosimea stratului carburat ajunge pana la 1,5 mm. In functie de natura mediului cementarea poate fi facuta in mediu solid, lichid sau gazos. Carburarea in mediu solid se face prin asezarea pieselor in cutii de cementare intr-un mediu format din mangal (carbune de lemn) si activatori (Na2CO3, Ba2CO3). Piesele sunt incalzite in cuptor la T=900...950C, t=6...12h. Carbonul din mediul de carburare reactioneaza cu oxigenul din cutiile de cementare si formeaza monoxidul de carbon, acesta, la temperatura de austenitizare devine instabil, se descompune si elibereaza atomii de C care difuzeaza in suprafata piesei.

DEZAVANTAJ: nu exista un control riguros asupra grosimii stratului carburat si implica durate mari de carburare. Carburarea in mediu lichid Se face in bai de saruri (ca mediu de carburare) -carbura de siliciu Sic (10%) + activatori (Na2CO3+NaCl) -temperatura de lucru T=850...900C, t=3...8h Metoda se aplica de regula la piese de dimensiuni mici. Carburarea in mediu gazos este cea mai raspandita metoda. Permite un control riguros asupra grosimii stratului carburat. Piesele se incalzesc la 850-900C intr-un mediu rezultat prin arderea unor gaze (naturale, gaz metan, de sonda) timp de 3...7 ore. Grosimea stratului ajunge pana la 1,5 mm.

Structura unei piese cementate cuprinde trei zone: -la suprafata o zona care are structura corespunzatoare unui otel hipereutectoid (P+CeII) -o zona cu structura unui otel eutectoid (P) -o zona cu structura ferito perlitica Cu cat ne deplasam spre zona 3 de la suprafata spre miez creste cantitatea de ferita si scade cea de perlita. In general caracteristicileunei piese cementate se obtin prin aplicarea tratamentului termic ulterior cementarii. Tratamente postcementare a)calirea directa

Cem - cementare Cf - calire la frig Rj revenire joasa Se aplica pieselor mai putin pretentioase si de serie mare, calirea facandu-sedirect de la temperatura de cementare (racire in apa sau ulei). Se obtine o structura de martensita grosolana si o cantitate mare de austenita reziduala (peste 15%). Pentru scaderea acesteia se mai face o calire la frig (-120 ). Tratamentul se incheie cu o revenire joasa pentru eliminarea tensiunilor interne. b)calirea simpla Se elimina dezavantajele de la calirea sirecta, piesa este racita la temperatura de cementare in aer (se finiseaza granulatia si creste tenacitatea) urmata de o calire cu incalzire la temperatura 760...820 . Racirea se face cu apa sau ulei iar la final se face revenirea joasa.

c)calirea dubla se aplica pieselor puternic solicitate. Dupa cementare se realizeaza o calire la 850-900 cu racire in apa, pentru miezul piesei, urmata de de o calire la 760-820 (racire in apa sau ulei) pentru suprafata piesei. Se finalizeaza cu o revenire joasa.

NITRURAREA OTELURILOR Reprezinta un tratament termic de imbogatire a straturilor cu azot, in socpul imbunatatirii unor caracteristici de suprafata: -duritatea -rezistenta la: -uzare -gripare -incovoiere prin soc COmparativ cu cementarea, aderenta stratului este mai scazuta. Din acest motiv piesa nu este implicata la solicitari de contact mari, iar pretul de cost este ridicat. Parametrii tehnologici si structura stratului nitrurat In prezenta azotului aliajele de fier formeaza nitruri si carbonitruri de fier, la temperaturi scazute care prezinta o duritate si rezistenta la uzare foarte mare. Astfel, in prezenta fierului se formeaza urmatoarele nitruri:

Se pot formula urmatoarele etape: - excesiv de dura si fragila - solutie solida pe baza de nitrura de fier ( ) cu duritate si fragilitate ridicata (dar nu la nivelul ) - solutie solida pe baza de nitrura de fier ( ) mai dura ca faza dar mai fragila. este un eutectoid care apare la 590 si care, prin racire, se separa in si Faza este o solutie moale de insertie a azotului in (faza moale)

Daca procesul de nitrurare are loc la temepraturi pana la 500 intr-o prima etapa se vor forma fazele si in final .Rezulta ca in stratul de suprafata se vor afla fazele si care asigura astfel, la suprafata piesei, o duritate foarte ridicata. Din acest motiv stratul astfel obtinut se mai numeste si zona de combinatii sau stratul alb. Avantaje: -daca nitrurarea are loc la T