Stiinta Materialelor Intrebari Examen

Universitatea OVIDIUS Constana Departamentul ID-IFR Facultatea de Inginerie Mecanica, Industriala si Maritima

Stiinta Materialelor

Caiet de Studiu Individual Specializarea:

AR - Autovehicule Rutiere; IEDM - Inginerie Economica in Domeniul Mecanic

Anul de studii: I Semestrul 1 pentru IEDM Semestrul 2 pentru AR

PARTEA a II-a

Titular disciplin: Prof. Dr. Ing. Anna Nocivin

2010

Cuprins

2

Stiinta Materialelor CUPRINS

Unitate

de nvare

1

2

3

4

Titlul INTRODUCERE UI-1: Definitia si clasificarea tratamentelor termice Obiectivele Unitii de nvare Nr. 1 1.1. Definitia si obiectivele tratamentelor termice 1.2. Clasificarea tratamentelor termice pentru oteluri. Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 1 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 1 UI-2: Recoacerea otelurilor Obiectivele Unitii de nvare Nr. 2 2.1. Recoacerea de ordinul I

2.1.1. Recoacerea de omogenizare 2.1.2. Recoacerea de recristalizare 2.1.3. Recoacerea de detensionare

2.2. Recoacerea de ordinul II. 2.2.1. Recoacerea completa 2.2.2. Recoacerea incompleta 2.2.3. Recoacerea izoterma

Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 2 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 2 UI-3: Transformarea prin difuzie a austenitei la rcirea oelului Obiectivele Unitii de nvare Nr. 3 3.1. Transformarea prin difuzie a austenitei la rcirea oelului. Diagrama izoterm de transformare a austenitei. 3.2. Transformarea austenitei la racire continua 3.3. Factorii care influenteaza pozitia curbelor de descompunere prin difuzie din diagrama TTT Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 3 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 3 UI-4: Transformarea martensitica Obiectivele Unitii de nvare Nr. 4 4.1. Definitia martensitei. 4.2. Forma de cristalizare a martensitei. Grad de tetragonalitate. 4.3. Caracteristicile mecanice si morfologice ale martensitei. Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 4

Pagina

6

7

15

24

33

Cuprins

3

5

6

7

8

9

Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 4 UI-5: Transformarea bainitica a austenitei la racire si transformarea izoterma a austenitei in oteluri aliate. Obiectivele Unitii de nvare Nr. 5 5.1. Transformarea intermediara (bainitica) a austenitei la racire 5.2. Transformarea izoterma a austenitei la racire in oteluri aliate Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 5 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 5 UI-6: Principalii parametri tehnologici ai calirii unui otel Obiectivele Unitii de nvare Nr. 6 6.1. Temperaturile de incalzire ce se aplica la calire. Tipuri de caliri 6.2. Viteze critice de calire 6.3. Calibilitatea unui otel 6.4. Factorii care influenteaza calibilitatea unui otel 6.5. Procedee de calire Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 6 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 6 UI-7: Tratamentul termic de revenire aplicat otelurilor calite Obiectivele Unitii de nvare Nr. 7 7.1. Transformari la revenirea otelului calit 7.2. Etapele revenirii 7.3. Tipuri de reveniri Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 7 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 7 UI-8: Tratamente termo-chimice aplicate oelurilor Obiectivele Unitii de nvare Nr. 8 8.1. Consideratii generale 8.2. Carburarea otelurilor 8.3. Nitrurarea otelurilor 8.4. Carbo-nitrurarea otelurilor 8.5. Metalizarea otelurilor Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 8 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 8 UI-9: Oteluri aliate Partea I Obiectivele Unitii de nvare Nr. 9 9.1. Influena elementelor de aliere asupra transformrilor structurale i proprietilor oelurilor 9.2. Carburile in oteluri aliate 9.3. Clasificarea otelurilor aliate

40

47

59

66

75

Cuprins

4

10

11

12

13

14

Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 9 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 9 UI-10: Oteluri aliate Partea a II-a Obiectivele Unitii de nvare Nr. 10 10.1. Influenta elementelor de aliere asupra proprietatilor otelurilor 10.2. Oteluri inoxidabile

10.2.1. Oteluri feritice 10.2.2. Oteluri austenitice 10.2.3. Oteluri martensitice

10.2.4. Oteluri ferito-austenitice (duplex) 10.3. Oteluri austenitice aliate cu Mn 10.4. Oteluri ledeburitice 10.5. Oteluri cu rezistente mecanice ridicate durificabile prin precipitare (oteluri maraging) Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 10 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 10 UI-11: Metode de crestere a rezistentei mecanice a otelurilor si aliajelor metalice Obiectivele Unitii de nvare Nr. 11 11.1. Durificarea structurii prin precipitate disperse 11.2. Tratamente termo-mecanice combinate 11.3. Tratamente termo-ciclice Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 11 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 11 UI-12: Aliaje pe baza de Cu Partea I: ALAME Obiectivele Unitii de nvare Nr. 12 12.1. Cuprul i aliajele pe baz de cupru 12.2. Caracteristicile structurale ale alamelor binare Cu-Zn 12.3. Caracteristicile structurale ale alamelor speciale Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 12 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 12 UI-13: Aliaje pe baza de Cu Partea a II-a: BRONZURI Obiectivele Unitii de nvare Nr. 13 13.1. Bronzuri binare 13.2. Bronzuri aliate Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 13 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 13 UI-14: Aliaje de aluminiu Obiectivele Unitii de nvare Nr. 14

81

90

99

105

109

Cuprins

5

14.1. Caracteristici generale 14.2. Simbolizarea aliajelor de Al 14.3. Proprietatile aliajelor de Al 14.4. Aliaje de Al deformabile plastic si tratabile termic (durificabile prin precipitare) 14.5. Aplicatiile aliajelor de Al Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 14 Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testele de autoevaluare Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 14 BIBLIOGRAFIE

116

Observaie: numrul unitilor de nvare este egal cu numrul edinelor de curs

la forma de nvmnt zi (14 UI = 28 ore curs)

Introducere

6

Stiinta Materialelor INTRODUCERE

Lucrarea de fa este adresat tuturor studenilor de la specializrile universitare

de licen de inginerie mecanic, care studiaz n cadrul Facultii de Inginerie Mecanic, Industrial i Maritim din Universitatea Ovidius Constana, unde mi desfor activitatea n prezent.

Lucrarea i propune s pun la dispoziie, ntr-o prezentare unitar, noiunile de baz legate de compoziia, structura i proprietile materialelor utilizate n industria mecanica, efectele proceselor de prelucrare n stare solid asupra acestor materiale, precum i principalele utilizri industriale ale metalelor i aliajelor metalice. Lucrarea, in ansamblul ei, este structurata in doua parti.

Partea I prezinta notiunile generale legate de structura cristalina a materialelor metalice, de defectele care se formeaza in structura cristalina a materialelor metalice, de modificarile structurale ce apar la deformarea plastica, de fazele si constituentii structurali ce se formeaza intr-un material metalic.

Partea a II-a prezinta principalele sisteme de aliaje care se utilizeaza in industrie in momentul de fata, aliajele Fe-C, aliajele pe baza de Cu si aliajele pe baza de Al, cu descrierea structurilor, proprietatilor, a tratamentelor termice, termo-chimice sau termo-mecanice ce se pot aplica pentru a imbunatati aceste proprietati.

Volumul de fata reprezinta Partea a II-a a lucrarii. Sperm ca lucrarea de fa s incite interesul cititorului-student pentru acest

domeniu att de important al materialelor metalice, determinndu-l s-i extind aria de interes i dorina de aprofundare a cunotinelor acumulate pentru o mai bun desvrire profesional.

Sperm, de asemenea, ca prin formatul sau sintetic, n care se evideniaz uor cuvintele cheie, noiunile de baz, precum i obiectivele i concluziile fiecrui curs, lucrarea de fa s fie un instrument eficient de studiu pentru studenii formei de nvmnt cu frecven redus, care au astfel posibilitatea s aprofundeze mai uor prin studiu individual ntregul bagaj informaional impus prin programa analitic a disciplinei tiina Materialelor.

in s aduc ntreaga mea consideraie, i pe aceast cale, ntregului colectiv profesoral al Catedrei de Metalurgie Fizic al Facultii de tiina i Ingineria Materialelor din Universitatea Politehnica Bucureti unde, printr-o ndrumare plin de profesionalism i druire, m-am format ca inginer i cadru didactic. De asemenea, mulumesc colectivului Facultii de Inginerie Mecanic din Universitatea Ovidius Constana pentru ncrederea avut n mine i ncurajarea manifestat pentru toate aciunile mele din ultimii ani pe trm profesional i didactic.

Prof. univ. Dr. ing. Anna Nocivin

Definitia si clasificarea tratamentelor termice

7

Unitatea de nvare Nr. 1 UI-1

DEFINITIA SI CLASIFICAREA TRATAMENTELOR TERMICE

Cuprins

Pagina

Obiectivele Unitii de nvare Nr. 1.. 8

1.1. Definitia si obiectivele tratamentelor termice 8

1.2. Clasificarea tratamentelor termice pentru oteluri. 9

Lucrare de verificare pentru Unitate de nvare Nr. 1.... 13

Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare................................. 13

Bibliografie pentru Unitate de nvare Nr. 1.. 14


8

OBIECTIVELE Unitii de nvare Nr. 1

Principalele obiective ale Unitii de nvare Nr. 1 sunt:

Prezentarea definitiei generale si a obiectivelor tratamentelor termice Prezentarea tipurilor de tratamente termice in oteluri

CONTINUTUL UI-1:

Definitie

Temperatura

Timp

Viteza

1.1. Definitia si obiectivele tratamentelor termice

Tratamentul termic reprezint un proces tehnologic ce const din totalitatea operaiilor de nclzire, meninere i rcire a produselor metalice, cu scopul de a modifica structura i proprietile acestora n direcia dorit.

Teoria tratamentului termic urmrete i explic modificrile structurale i de proprieti ale materialelor metalice la aciunea cldurii i, de asemenea, la aciunea cldurii combinat cu aciuni chimice, magnetice, de deformare plastic, i altele.

Tratamentul termic reprezint una din cele mai rspndite metode din tehnica actual de obinere a anumitor proprieti imbunatatite pentru diferite materiale metalice.

Tratamentul termic se utilizeaz fie ca o operaie intermediar pentru mbuntirea prelucrabilitii prin presiune, tiere etc, fie ca o operaie final n vederea obinerii n aliajul metalic a unui complex de proprieti mecanice, fizice i chimice care asigur caracteristicile de exploatare impuse produsului.

Deoarece factorii principali ai oricrui tratament termic sunt temperatura i timpul, orice proces de tratament termic poate fi descris printr-un grafic ce arat variaia temperaturii cu timpul (figura 1.1).

Figura 1.1 Graficul unui tratament termic pentru un material metalic

Viteza constant de nclzire sau rcire apare n grafic ca o linie dreapt

cu un anumit unghi de nclinare, care caracterizeaz valoarea vitezei de nclzire sau rcire (, ).


9

Viteza de racire

Clasificarea tratamentelor

Durata general de tratament termic a materialului metalic const din timpul de nclzire propriu-zis pn la temperatura dat (1), timpul de meninere la aceast temperatur (1 - 2) i timpul de rcire pn la temperatura camerei (3 - 2).

n urma tratamentelor termice, n aliaje au loc modificri structurale. Astfel, dup tratament termic aliajele se pot afla n stare de echilibru (stabil) sau de ne-echilibru (metastabil).

La rcirea pieselor odat cu cuptorul, n material au loc procese de recristalizare i, legate de acestea, procese de difuzie care aduc materialul ntr-o stare foarte apropiat de starea de echilibru.

La rcirea n aer, n aliaj au loc procese apropiate de echilibru.

La o rcire rapid (n ap, ulei, bi de sruri) n aliaj sunt inhibate procesele de difuzie i orice alte transformri structurale legate de difuzie, drept pentru care aliajul se va afla ntr-o stare metastabil.

1.2. Clasificarea tipurilor de tratamente termice n oeluri

Tratamentele termice au drept criteriu principal de clasificare tipurile de transformri fazice i structurale din aliaj, criteriu unanim acceptat si propus de catre academicianul rus Andrei Bochvar, care a activat in prima jumatate a sec. 20. Aceasta clasificare cuprinde toate tipurile posibile de tratamente termice pentru aliaje feroase sau neferoase (figura 1.2).

Tratamentele termice se mpart n trei mari grupe:

tratament termic propriu-zis (TT) presupune numai aciunea termic asupra materialului metalic; Acesta include recoacerea de ordinul I, recoacerea de ordinul II, clirea fr transformare polimorf, clirea cu transformare polimorf, revenirea i mbtrnirea. Aceste tipuri de tratamente termice se refer la oeluri, metale i aliaje neferoase.

tratament termo-mecanic (TTM) presupune combinarea aciunii termice cu deformarea plastic; Acestea se mpart n:

- TTM pentru aliaje ce se supun mbtrnirii; Acestea includ: TTM de temperatur sczut (TTMTS), TTM de temperatur nalt (TTMTI), TTM preliminar i TTM combinat de temperatur joas i ridicat.

- TTM pentru oeluri ce se clesc la martensit; Acestea includ: TTM de temperatur sczut (TTMTS), TTM de temperatur nalt (TTMTI), TTMI izotermic, TTM cu deformare n timpul transformrii perlitice, TTM preliminar

tratament termo-chimic (TTC) presupune combinarea aciunii termice cu aciunea chimic; Se mparte n urmtoarele trei grupe:

- mbogire difuziv cu nemetale cuprinde: cementare, nitrurare, cianurare (nitro-cementare), borizare, oxidare.

- mbogire difuziv cu metale cuprinde: alitare, cromizare, silicizare, mbogire cu alte metale.


10

Recoacere

- eliminare difuziv a elementelor cuprinde:

dehidrogenare, decarburare.

Figura 1.2 Schema clasificrii principalelor tipuri de tratamente termice ale aliajelor metalice

Tratamentul termic, numit recoacere, const n nclzirea materialului

metalic ce se afl ntr-o stare n afar de echilibru, cu scopul de a-l aduce ntr-o stare ct mai aproape de echilibru. Rcirea dup recoacere este foarte lent i se face cu cuptorul.

nclzirea pentru recoacere se poate face la temperaturi mai mari sau mai mici dect temperaturile de transformare fazic, n funcie de scopul recoacerii.

Recoacerea, pentru care nclzirea i meninerea aliajului metalic se face cu scopul de a-l aduce ntr-o stare ct mai aproape de echilibru pe baza ndeprtrii neomogenitilor chimice, eliminrii tensiunilor interne i recristalizrii, se numete recoacere de ordinul I. Aplicarea acestui tip de tratament termic nu presupune transformri fazice. Acesta se poate aplica oricrui tip de aliaj i metal.

n funcie de scopul propus, recoacerea de ordinul I poate fi:


11

Clire

Revenire

mbtrnire

recoacere de omogenizare scopul principal al acestui tratament termic este acela de a elimina segregaiile interdendritice (neomogeniti chimice);

recoacere de recristalizare este tratamentul termic aplicat unui aliaj deformat plastic cu scopul de a-l recristaliza;

recoacere de detensionare este tratamentul termic prin care principalul proces este acela de a elimina total sau parial tensiunile interne;

Recoacerea, pentru care nclzirea se efectueaz la temperaturi superioare temperaturilor de transformare fazic, cu rcire lent ulterioar pentru obinerea unei structuri de echilibru, se numete recoacere de ordinul II.

Dac dup nclzirea la temperaturi mai mari dect cele de transformare fazic, rcirea nu se face cu cuptorul ci n aer, atunci recoacerea se numete normalizare, care reprezint o treapt intermediar ntre recoacere i clire.

Clirea este reprezentat de dou tipuri: clirea fr transformare polimorf i clirea cu transformare polimorf.

clirea fr transformare polimorf const n nclzirea metalului sau aliajului pn la temperatura de dizolvare a fazei secundare n exces, meninerea la aceast temperatur cu scopul obinerii unei soluii solide suprasaturate omogene i rcirea rapid a acesteia pentru obinerea aceleiai soluii solide suprasaturate la temperatura camerei. Ca urmare, se obine o structur metastabil. Acest tip de clire se aplic aliajelor Al Cu (duraluminuri).

clirea cu transformare polimorf - const n nclzirea metalului sau aliajului mai sus de temperatura de transformare fazic cu rcire rapid ulterioar pentru obinerea unei structuri metastabile. Acest tip de clire se aplic aliajelor Fe-C (oelurilor). Dup clire, n oel se formeaz o soluie solid suprasaturat de carbon n Fe , numit martensit.

Starea de aliaj clit se caracterizeaz prin instabilitate structural. Procesele ce apropie aceast structur de starea de echilibru se pot desfura i la temperatura camerei i se accelereaz puternic la nclzire.

Tratamentul termic ce const dintr-o nclzire a aliajului clit la temperaturi inferioare celor de transformare fazic (sub Ac1), cu scopul de a aduce structura la o stare ct mai apropiat de cea de echilibru, se numete revenire. Revenirea reprezint operaia ce se aplic dup clirea oelurilor (clire cu transformare polimorf).

ntre revenire i recoacerea de ordinul I exist multe similariti. Diferena const doar n aceea c revenirea este o operaie secundar ce se aplic dup clire.

Revenirea de la sine, ce are loc dup clirea fr transformare polimorf ca urmare a unei menineri de lung durat la temperatura camerei, sau revenirea la nclziri foarte uoare, se numete mbtrnire.


12

Puncte critice oeluri

Pentru urmrirea mai comod a diferitelor tratamente termice ale aliajelor Fe-C (oeluri, fonte) se utilizeaz urmtoarele notaii pentru punctele critice ale acestor aliaje (vezi figura 1.3).

Punctele critice A1 corespund liniei PSK (727 C). Punctele critice A2 se gsesc pe linia MO (768 C). Punctele critice A3 se gsesc pe linia GS, iar punctele critice Acem pe linia SE.

Figura 1.3 Notarea punctelor critice pentru oeluri

Ca urmare a histerezisului termic, transformrile la nclzire sau rcire au loc la temperaturi diferite. De aceea, pentru notarea punctelor critice se utilizeaz n plus litera c la nclzire i litera r la rcire (de exemplu Ac1, Ac3, Ar1, Ar3 ).

Test de autoevaluare 1.1 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Ce reprezint recoacerea de ordinul I ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...

Test de autoevaluare 1.2 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Care este definiia tratamentului de revenire al oelurilor ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...


13

Test de autoevaluare 1.3 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Care sunt principalele puncte critice ale oelurilor ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

n loc de rezumat

Am ajuns la sfritul Unitii de nvare Nr. 1. V recomand s facei o recapitulare a principalelor subiecte prezentate n aceast unitate i s revizuii obiectivele precizate la nceput. Este timpul pentru ntocmirea Lucrrii de verificare Unitate de nvare Nr. 1 pe care urmeaz s o transmitei tutorelui.

Lucrare de verificare Unitate de nvare Nr. 1

1. n ce const un tratament termo-mecanic? 2. n ce const un tratament termo-chimic? 3. Care este diferena ntre o recoacere i o clire? 4. Care sunt variantele recoacerii de ordinul I ? 5. Definii cele dou categorii de cliri? 6. Care este diferena ntre recoacerea de ordinul I i recoacerea de ordinul

II? 7. n ce const tratamentul termic de mbtrnire? Barem (1 punct din oficiu):

Intrebarea nr. Punctaj maxim acordat 1 1 2 1 3 2 4 1 5 1 6 2 7 1

Rspunsurile i comentariile la testele de autoevaluare:

1.1. Recoacerea, pentru care nclzirea i meninerea aliajului metalic se face cu scopul de a-l aduce ntr-o stare ct mai aproape de echilibru pe baza ndeprtrii neomogenitilor chimice, eliminrii tensiunilor interne i recristalizrii, se numete recoacere de ordinul I. Aplicarea acestui tip de tratament termic nu presupune transformri fazice. Acesta se poate aplica oricrui tip de aliaj i metal.


14

1.2. Tratamentul termic ce const dintr-o nclzire a aliajului clit la temperaturi inferioare celor de transformare fazic (sub Ac1), cu scopul de a aduce structura la o stare ct mai apropiat de cea de echilibru, se numete revenire. Revenirea reprezint operaia ce se aplic dup clirea oelurilor (clire cu transformare polimorf).

1.3. Punctele critice sunt A1, A2, A3, Acem. Punctele critice A1 corespund liniei PSK (727 C). Punctele critice A2 se gsesc pe linia MO (768 C). Punctele critice A3 se gsesc pe linia GS, iar punctele critice Acem pe linia SE. Ca urmare a histerezisului termic, transformrile la nclzire sau rcire au loc la temperaturi diferite. De aceea, pentru notarea punctelor critice se utilizeaz n plus litera c la nclzire i litera r la rcire (de exemplu Ac1, Ac3, Ar1, Ar3).

Bibliografie Unitate de nvare Nr. 1

1. A. Nocivin, Stiinta Materialelor, Editura Virom, Constanta 2006, cap. 9.1, 9.2.

Recoacerea otelurilor

15



Cuprins

Pagina


2.1. Recoacerea de ordinul I ................ ............................................................................... 16

2.2. Recoacerea de ordinul II .............................................................................................. 18

Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 2.... 22


Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 2.. 23


16



Prezentarea principalelor tipuri de recoaceri aplicabile otelurilor (recoacerea de ordinul I si recoacerea de ordinul II) cu obiective, parametri si conditii de aplicare a acestor tratamente termice.

CONTINUTUL UI-2:

Tipuri de recoaceri

Recoacere de omogenizare

Recoacerea reprezint tratamentul termic, n cursul cruia are loc nclzirea pieselor sau semifabricatelor pn la temperatura necesar, meninerea la aceast temperatur i rcirea lent ulterioar cu cuptorul, n scopul obinerii unei structuri omogene, de echilibru, detensionate i mai puin dure.

n practic se aplic dou tipuri de recoaceri, principial diferite: recoacerea de ordinul I i recoacerea de ordinul II.

2.1. Recoacerea de ordinul I.

Recoacerea de ordinul I n funcie de starea iniial a oelului i de temperatura de nclzire poate fi (figura 2.1):

- recoacere de omogenizare - recoacere de recristalizare - recoacere pentru detensionare

Caracteristica tuturor recoacerilor de ordinul I este aceea c nu depind de nici o transformare de faz n stare solid i decurg independent de acestea.

Recoacerea de omogenizare se utilizeaz pentru eliminarea neomogenitilor chimice, ce pot lua natere la cristalizarea aliajelor. Sunt supuse acestui tratament termic lingourile din oeluri aliate n scopul ndeprtrii segregaiilor dendritice, care predispun la fisurarea oelului la prelucrrile ulterioare prin deformare plastic, datorit anizotropiei proprietilor.

nclzirea pentru recoacerea de omogenizare se efectueaz la temperaturi ridicate deoarece la aceste temperaturi procesele de difuziune sunt cel mai intense, procese care stau la baza omogenizrii chimice a oelului. Pentru oeluri aliate, temperatura de recoacere este indicat de obicei n intervalul 1050 1250 C.

Meninerile ndelungate la aceste temperaturi de recoacere nu sunt indicate deoarece procesele de difuziune sunt mai intense n faza lor de nceput, intensitatea lor scznd cu timpul. n plus meninerea ndelungat nu se justific nici din punct de vedere al eficienei economice. n practic aceast meninere nu depete 15 20 ore.


17

Temperaturi critice de recoacere

Recoacere de recristalizare

Recoacere de detensionare

Dup meninere, rcirea se face cu cuptorul pn la 800 820 C, iar apoi n aer pn la temperatura camerei. n urma acestei recoaceri de omogenizare se obine o structur cu granulaie mare care se remediaz prin deformare plastic ulterioar sau tratament termic.

Figura 2.1 Temperaturile de nclzire ale oelului pentru recoacere i normalizare: 1 recoacere de omogenizare; 2 recoacere de recristalizare; 3 recoacere de detensionare; 4 recoacere complet; 5 recoacere incomplet; 6 normalizare; 1-3 recoaceri de ordinul I; 4-6 recoaceri de ordinul II;

Recoacerea de recristalizare const n nclzirea oelului, deformat

plastic la rece anterior, la temperaturi superioare temperaturii de recristalizare, meninerea la aceast temperatur i rcirea lent ulterioar.

Recoacerea de recristalizare se aplic pentru ndeprtarea ecruisrii aprut dup deformarea plastic la rece. n timpul recoacerii principalul proces care are loc este recristalizarea.

Recoacerea de recristalizare este aplicat n industrie ca o operaie de tratament termic preliminar nainte de deformarea plastic la rece (pentru a conferi materialului o plasticitate sporit), ca proces intermediar ntre diferitele etape de deformare plastic la rece (pentru nlturarea ecruisrii), sau ca tratament termic final pentru obinerea proprietilor finale necesare ale materialului.

Pentru oelurile carbon (0,08 0,2 %C) care se supun laminrii, matririi, trefilrii, temperatura de recoacere este cuprins n intervalul 680 700 C. Pentru oelurile hipereutectoide aliate Cr sau Cr-Ni, recoacerea de recristalizare se aplic ntre 680 740 C timp de 0,5 1,5 ore.

Recoacerea de detensionare se aplic cu scopul eliminrii tensiunilor interne n exces, ce se formeaz n material la forjare, turnare, sudare, tensiuni capabile s provoace fisurarea sau ruperea materialului. Principalul proces ce are loc la recoacerea de detensionare este relaxarea parial sau integral a tensiunilor interne.


18

Recoacere de ordinal II

Recoacere complet

Acest proces decurge ca urmare a faptului c, la temperatura de recoacere, limita de curgere a oelului este mai sczut dect valoarea tensiunilor remanente i, prin deformri plastice locale, tensiunile interne remanente se micoreaz pn la valoarea limitei de curgere (figura 2.2).

Figura 2.2 Schema influenei temperaturii asupra tensiunilor interne remanente (1) i limitei de curgere (2).

n practic, recoacerea de detensionare a pieselor din oel se efectueaz

n intervalul 160 700 C, cu rcire lent ulterioar.

2.2. Recoacerea de ordinul II.

Recoacerea de ordinul II este tratamentul termic ce const din nclzirea oelului pn la temperaturi superioare punctelor critice Ac1 i Ac3, meninerea la aceste temperaturi i rcirea lent ulterioar. Recoacerea de ordinul II se bazeaz pe desfurarea de transformri fazice n stare solid ( ), numindu-se adesea supracristalizare fazic. n timpul acestei transformri grunii se fragmenteaz, se nltur structura de tip Wiedmansttatten, structura n iruri, sau alte structuri defectuoase.

n majoritatea cazurilor, recoacerea de ordinul II reprezint un tratament termic pregtitor, deoarece duritatea i rezistena mecanic scad, fapt ce uureaz prelucrabilitatea prin achiere a oelurilor cu coninut de carbon mediu i ridicat.

n unele cazuri (de exemplu, pentru multe semifabricate turnate de dimensiuni mari) recoacerea de ordinul II reprezint un tratament termic final.

Exist urmtoarele tipuri de recoaceri de ordinul II:

- recoacerea complet - recoacerea incomplet - recoacere izoterm

Recoacerea complet se aplic oelurilor hipoeutectoide i const din nclzirea oelului cu 30 50 C mai sus de Ac3, meninerea la aceast temperatur pn la austenitizarea complet a materialului i rcirea lent (figura 2.1). n urma unei asemenea recoaceri se formeaz o granulaie austenitic fin, din care la rcire se formeaz o structur ferito-perlitic fin.


19

Recoacere incomplet

De aceea, recoacerea complet se aplic de regul cu scopul de a finisa granulaia (de a micora granulaia). n plus, prin recoacere complet se ndeprteaz dou neajunsuri ale structurii oelului hipoeutectoid - structura de tip Wiedmansttatten i structura n iruri.

Viteza de rcire la recoacerea complet depinde de stabilitatea austenitei i, ca urmare, de compoziia oelului. Oelurile aliate, cu stabilitate ridicat a austenitei, se rcesc la recoacere mult mai lent (cu viteza de 30 100 C / h), dect oelurile carbon (cu viteze de 100 200 C / h). Dup descompunerea austenitei n zona perlitic, rcirea ulterioar poate fi mrit i deci efectuat n aer. Dac recoacerea complet i propune i eliminarea tensiunilor interne, rcirea lent cu cuptorul se efectueaz pn la temperatura camerei.

Recoacerea incomplet se deosebete de recoacerea complet prin aceea c oelul se nclzete la o temperatur mai sczut (mai sus de Ac1 dar mai jos de Ac3). Acest tip de recoacere se aplic pentru oelurile hipoeutectoide limitat, pentru mbuntirea prelucrabilitii prin achiere, deoarece n urma recoacerii (n care numai perlita se austenitizeaz i se rcete, nu i ferita n exces) se obine o perlit mai puin dur, cu lamele mai bine conturate. Acest tip de recoacere permite economia de timp i de cost al prelucrrii.

Recoacerea incomplet este utilizat frecvent pentru oeluri hipereutectoide i pentru oeluri aliate. La recoacerea incomplet are loc nclzirea la temperaturi puin mai mari (cu 10 30 C) dect A1, ceea ce duce la formarea unei perlite globulare, n locul celei lamelare obinuite. De aceea, acest tip de tratament termic, pentru aceste tipuri de oeluri, se numete recoacere de sferoidizare.

Pentru recoacerea de sferoidizare intervalul de temperaturi pentru recoacere este destul de ngust 750-780 C: pentru oelurile apropiate de compoziia eutectoid, intervalul de recoacere este cel mai ngust (740 750 C). n scopul obinerii unor carburi globulare pentru oelurile aliate hipereutectoide, acestea se pot nclzi la temperaturi mult mai nalte i ntr-un interval mult mai larg (770 820 C).

Structura final a oelului depinde de viteza de rcire i de temperatura de recoacere. Cu ct este mai mic temperatura de rcire, cu att mai mari vor fi globulele de carburi rezultate la descompunerea austenitei. Prin reglarea vitezei de rcire se poate obine o structur de perlit globular fin sau grosolan. O perlit fin are o duritate mai mare dect una grosolan.

Recoacerea de sferoidizare se aplic de regul oelurilor carbon sau aliate de scule i oelurilor de rulmeni; de asemenea, tablelor subiri i barelor din oeluri cu carbon sczut sau mediu, nainte de matriarea sau trefilarea la rece, pentru ridicarea plasticitii.

Dup recoacerea de sferoidizare, oelurile eutectoide sau hipereutectoide au o bun prelucrabilitate prin achiere.


20

Recoacere izoterm

Normalizare

Recoacerea izoterm se aplic pentru mbuntirea prelucrabilitii oelurilor aliate. Aceasta const din nclzirea cu 30 50 C mai sus de Ac3 (ca i la recoacerea complet), o rcire relativ rapid pn la temperaturi sub Ar1 (de obicei 660 680 C), o meninere izoterm la aceast temperatur pentru obinerea unei structuri perlitice de echilibru i rcirea ulterioar n aer (figura 2.3).

Figura 2.3 Schema recoacerii izoterme

O asemenea recoacere izoterm permite reducerea semnificativ a

duratei procesului de descompunere a austenitei, mai ales pentru oeluri aliate, care, pentru a li se scdea duritatea, trebuie rcite foarte lent la recoacerea complet. n plus, prin recoacerea izoterm se asigur obinerea unei structuri ferito-perlitice mult mai omogene.

Recoacerea izoterm reprezint un proces mult mai stabil, deoarece este mult mai uor de efectuat o meninere la o temperatur dat, dect reglarea vitezei de rcire la recoacerea complet.

Recoacerea izoterm se aplic de regul semifabricatelor matriate sau laminate de dimensiuni mici sau medii din oeluri aliate pentru cementare. Oelurile de arcuri, ce conin 0,65 0,9 %C, sunt supuse nainte de trefilarea la rece unei recoaceri izoterme, care se numete patentare. La patentare, srma este supus unei austenitizri de temperatur nalt (nclzire pn la temperaturi cu 150 200 C mai sus de Ac3), n scopul obinerii unei austenite omogene, apoi se introduce ntr-o baie de sruri topite cu temperatura de 450 550 C. n urma descompunerii izoterme a austenitei, se formeaz troostit sau sorbit fin. O asemenea structur permite obinerea, prin trefilare la rece, a unei reduceri prin comprimare mult mai mari (mai mult de 75%), fr ruperi. Dup trefilarea la rece final se obine o srm cu rezisten mecanic ridicat (ntre 2000 i 2250 MPa).

Dac la recoacere rcirea se efectueaz n aer, atunci aceast recoacere se numete normalizare.


21

Obiective normalizare

Condiii de aplicare

normalizare

La normalizare, oelul se nclzete la temperaturi cu 30 50 C mai sus de linia GSE (figura 2.1) i se rcete n aer. Rcirea mai rapid dect n cazul unei recoaceri normale asigur o rcire mai rapid a austenitei. De aceea, la normalizare se obine un eutectoid mult mai fin (sorbit) i un grunte eutectoid mult mai fin. n plus, la normalizare se inhib parial formarea fazelor n exces (ferita n oelul hipoeutectoid i cementita n oelul hipereutectoid) i, ca urmare, se formeaz un cvasieutectoid. Drept rezultat, rezistena oelului dup normalizare este mai mare dect dup recoacere.

Normalizarea se aplic cel mai des n urmtoarele cazuri: ca operaie intermediar pentru nmuierea oelului naintea prelucrrii prin tiere; pentru nlturarea defectelor i mbuntirea structurii naintea clirii oelului.

Astfel, normalizarea ca operaie intermediar este analoag recoacerii. Dar cum normalizarea este mai avantajoas dect recoacerea, ea este preferabil dac obiectivul propus este acelai.

Dar normalizarea nu poate nlocui ntotdeauna recoacerea, ca o operaie de nmuiere a oelului. Deoarece tendina de subrcire a austenitei crete odat cu creterea coninutului de carbon i de elemente de aliere, diferena ntre recoacere i normalizare va depinde puternic de compoziia oelului. Astfel, normalizarea este aplicat des oelurilor cu carbon sczut, deoarece subrcirea austenitei nu are efect asupra structurii (perlita este foarte puin i nu conteaz dac aceasta este lamelar sau sorbitic, proprietile mecanice rmnnd practic neschimbate). n schimb, normalizarea nu se poate aplica oelurilor cu carbon mediu, deoarece perlita sorbitic care s-ar obine ar imprima prea mult duritate oelurilor. n oelurile hipereutectoide, normalizarea permite nlturarea reelei de cementit secundar, deoarece cementita, dizolvat la nclzirea peste Acem n austenit, nu se mai separ n reea la rcirea ulterioar n aer i oelul are proprieti mecanice mult mbuntite.

Normalizarea se utilizeaz i ca tratament termic final pentru oeluri hipoeutectoide cu carbon mediu sau ridicat, dac solicitrile ulterioare ale oelurilor sunt moderate i nu este necesar aplicarea clirii i revenirii nalte.

Test de autoevaluare 2.1 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Cum definii recoacerea de detensionare? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...


22

Test de autoevaluare 2.2 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Care sunt tipurile de recoaceri de ordinul II ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...

Test de autoevaluare 2.3 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Pentru oelurile cu carbon sczut ce se aplic: normalizarea sau recoacerea? Rspunsul la test se gsete la pagina .

n loc de rezumat


Lucrare de verificare pentru Unitatea de nvare Nr. 2

1. Care sunt temperaturile de nclzire pentru recoacerea de omogenizare ?

2. n ce condiii se aplic recoacerea de recristalizare? 3. Cum definii recoacerea complet ? 4. Cum definii recoacerea izoterm ? 5. Ce reprezint recoacerea de sferoidizare ? 6. Care este diferena ntre normalizare i recoacere ? 7. Cum este rezistena mecanic a unui oel dup normalizare fa de

recoacere ? Explicai. 8. n ce condiii se aplic normalizarea ca tratament termic final ? 9. Se aplic normalizare oelurilor cu carbon mediu?


23

Barem (1 punct din oficiu):

Intrebarea nr. Punctaj maxim acordat 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1

Rspunsurile i comentariile la testele de autoevaluare

2.1. Recoacerea de detensionare se aplic cu scopul eliminrii tensiunilor interne n exces, ce se formeaz n material la forjare, turnare, sudare, tensiuni capabile s provoace fisurarea sau ruperea materialului. Principalul proces ce are loc la recoacerea de detensionare este relaxarea parial sau integral a tensiunilor interne. 2.2. Recoacerile de ordinul II se clasific n urmtoarele tipuri:

- recoacerea complet - recoacerea incomplet - recoacere izoterm

2.3. n cazul oelurilor cu carbon sczut este aplicat des normalizarea i nu recoacerea, deoarece subrcirea austenitei nu are efect asupra structurii (perlita este foarte puin i nu conteaz dac aceasta este lamelar sau sorbitic, proprietile mecanice rmnnd practic neschimbate).

Bibliografie pentru Unitatea de nvare Nr. 2

1. A. Nocivin, Stiinta Materialelor, Editura Virom, Constanta 2006, cap. 10.1;

Transformarea prin difuzie a austenitei la rcirea oelului

24



Cuprins

Pagina


3.1. Transformarea prin difuzie a austenitei la rcirea oelului. Diagrama izoterm de transformare a austenitei.

25

3.2. Transformarea austenitei la racire continua 29

3.3. Factorii care influenteaza pozitia curbelor de descompunere prin difuzie din diagrama TTT

30





25



Prezentarea proceselor si modificarilor structurale ce au loc la transformarea prin difuzie a austenitei la racirea otelului;

Diagrama de transformare a austenitei la racire izoterma Diagrama de transformare a austenitei la racire continua;

CONTINUTUL UI-3:

Formarea perlitei

Germinare

Cretere

3.1. Transformarea prin difuzie a austenitei la rcirea oelului. Diagrama izoterm de transformare a austenitei.

Principala transformare, ce are loc n timpul rcirii la recoacerea unui oel eutectoid, este descompunerea austenitei, la o temperatur sub punctul A1 (727 C), ntr-un amestec de ferit i cementit. La o vitez de rcire, ce asigur desfurarea integral a proceselor de difuziune i deci obinerea unei stri de echilibru, n structur, conform diagramei Fe-C, se obine perlit.

n conformitate cu regulile generale de desfurare a transformrilor n stare solid, procesul de transformare difuziv a austenitei n perlit este determinat de diferena de energie liber a austenitei i a produilor si de descompunere F + cem iar cinetica de descompunere prin numrul de centri de transformare formai i a intensitii creterii acestora.

Perlita crete din aceti centrii germeni, sub form de colonii (figura 3.1). Ca germen al coloniei de perlit poate fi cementita (figura 3.1, a) sau ferita, a cror germinare se face la limita grunilor de austenit. Prin ngroarea plachetei de cementit, n zona imediat adiacent acesteia austenita va fi mai srac n carbon, creandu-se astfel condiiile favorabile de formare, printr-o transformare polimorf , a plachetelor de ferit lipite de plcile de cementit (figura 3.1, b). Creterea coloniei de perlit se produce att lateral, ct i longitudinal.

Figura 3.1 Schema de germinare i cretere a coloniilor de perlit


26

Cinetica transformrii

Timpi de transformare

Timpi de nceput de

transformare

Timpi de sfrit de

transformare

Cinetica transformrii eutectoide a austenitei n perlit se reprezint prin curbe n form de C, ntr-o diagram de transformare izoterm a austenitei. Diagrama n form de C se obine n felul urmtor: Probele, nclzite cu 30-50 C mai sus de Ac1, care au o structur de austenit omogen, sunt transferate ntr-un termostat cu temperatura dat. innd seama de faptul c austenita este paramagnetic, iar amestecul de ferit i cementit este feromagnetic, prin urmrirea variaiei caracteristicilor magnetice ale probelor, se poate aprecia cinetica de transformare a austenitei n perlit la diferite temperaturi.

n figura 3.2 sunt indicate curbele cinetice de descompunere izoterm a austenitei, obinute pentru temperaturile t1 > t2 > t3 > t4 > t5 > t6. Evoluia curbelor arat c iniial procesul de descompunere este lent, ulterior viteza acestuia crete atingnd un maxim pentru 50 % produs de reacie (perlit), iar pe msura scderii cantitii de austenit rmas, procesul se diminueaz lent. Punctele a1, a2, a3, a4, a5, a6 corespund nceputului, iar punctele b1, b2, b3, b4, b5, b6 corespund sfritului transformrii.

Transformnd coordonatele dup curbele cinetice experimentale obinute, se construiesc diagramele de transformare izoterm a austenitei. Pentru aceasta, pe liniile de temperatura t1, t2, t3, t4, t5, t6, punctate orizontal, corespunztoare meninerilor izoterme, se traseaz punctele de nceput (a) i de sfrit (b) de transformare. Atunci curba a1 a6 reprezint curba de nceput, iar curba b1 b6 - de sfrit a transformrii (figura 3.2, b).

Figura 3.2 Curbele cinetice de transformare a austenitei n perlit (a) i de construire pe baza acestora a diagramei de transformare izoterm a austenitei (b)

n figura 3.3 este indicat diagrama de transformare izoterm a

austenitei pentru un oel eutectoid (0,8 %C). Liniile orizontale Ms i Mf arat temperaturile de nceput i de sfrit a transformrii martensitice fr difuziune.

Diagrama de transformare izoterm reprezint un cumul de rezultate al multiplelor date obinute n urma cercetrilor transformrii austenitei la temperaturi constante. Aceste diagrame se numesc diagrame n C, dup asemnarea cu litera C, sau, denumire cea mai uzitat, diagrame TTT (Temperatur Timp Transformare).


27

Variaia vitezei de rcire

Viteze critice de rcire

Transformare cu difuzie

Transformare fr difuzie

n aceast diagram se pot delimita urmtoarele zone:

domeniul austenitei stabile (pentru oeluri ce conin 0,8%C, mai sus de Ac1)

domeniul austenitei subrcite domeniul de nceput, dar nu i de sfrit al transformrii A P domeniul transformrii ncheiate A P domeniul de nceput, dar nu i de sfrit al transformrii

martensitice (ntre Ms Mf) domeniul martensitic (sub Mf)

Figura 3.3 Diagrama transformrii izoterme a austenitei pentru un oel eutectoid

Domeniul dispus la stnga curbei de nceput de descompunere a

austenitei (zona austenitei subrcite) definete lungimea perioadei de incubaie, ce caracterizeaz stabilitatea austenitei subrcite. Odat cu creterea subrcirii, stabilitatea sa scade rapid, atingnd un minim (pentru un oel eutectoid n jur de 550 C), ca apoi s creasc din nou.

n funcie de gradul de subrcire al austenitei, se deosebesc trei domenii de temperatur a transformrii:

domeniul perlitic (subrcire pn la 500 C) domeniul martensitic (subrcire sub Ms pentru un oel eutectoid sub

240 C) domeniul transformrii intermediare (bainitice) subrcire pentru un

oel eutectoid n intervalul dintre 500 i 240 C

Vom urmri, n cele ce urmeaz, structurile ce se formeaz la transformarea prin difuziune a austenitei.

La temperatura de 650 700 C se formeaz perlita. La transformarea perlitic, faza conductoare este cementita. Ca urmare a formrii lamelelor de cementit, zonele nvecinate austenitei sunt srace n carbon, ceea ce duce la formarea lamelelor de ferit.


28

Morfologia perlitei

Structuri perlitice

Odat cu creterea subrcirii, crete cantitatea de germeni de faz nou. Evident c, odat cu creterea numrului de lamele alternante de ferit i cementit, scade dimensiunea acestora i distana dintre ele (figura 3.4). Cu alte cuvinte, odat cu scderea temperaturii crete dispersia produilor de transformare ai austenitei. Prin dispersie se nelege distana dintre lamelele vecine de ferit i cementit. La temperaturi de 600-650 C se formeaz sorbita, iar la 550-600 C troostita.

Figura 3.4 Schema structurilor formate din ferit i cementit: a perlit; b sorbit; c troostit;

Perlita, sorbita i troostita reprezint structuri de aceeai natur

amestecuri mecanice de ferit i cementit i se disting ntre ele doar prin gradul de dispersie. Cu creterea gradului de dispersie a lamelelor de cementit, crete duritatea i rezistena oelului. Plasticitatea cea mai ridicat o au oelurile cu structur sorbitic. Troostita, care se formeaz la temperaturi mai sczute de transformare, se caracterizeaz printr-o plasticitate mult mai sczut (valori ale lui i mai mici). Perlita, sorbita i troostita se numesc structuri perlitice.

Structurile perlitice, n funcie de forma cementitei, pot fi lamelare sau globulare. Structurile lamelare se formeaz la transformarea austenitei omogene, iar cele globulare la transformarea austenitei neomogene. n primul caz, nclzirea oelurilor hipoeutectoide trebuie efectuat mai sus de Ac3 , iar a celor hipereutectoide mai sus de Acem. Aceleai temperaturi sunt valabile i pentru structurile globulare. Astfel, dispersia structurilor perlitice se determin prin gradul de subrcire, iar forma cementitei prin omogenitatea austenitei iniiale.

Figura 3.5 Schema diagramei de transformare izoterm a austenitei subrcite: a oel hipoeutectoid; b oel eutectoid; c oel hipereutectoid


29

Rcire continu

Temp. de transformare martensitic

Ms

Mf

Dar, spre deosebire de oelurile eutectoide, n oelurile hipoeutectoide i hipereutectoide, n intervalul de temperaturi A1 A3, se formeaz mai nti faza secundar ferita sau cementita secundar (n oelurile hipoeutectoide i respectiv n cele hipereutectoide). n aceast situaie, n diagrama de descompunere izoterm a austenitei a acestor oeluri, va apare o curb suplimentar ce caracterizeaz nceputul formrii fazelor secundare corespunztoare (vezi figura 3.5).

3.2. Transformarea austenitei la rcire continu

Influena rcirii continue asupra transformrii austenitei poate fi urmrit prin suprapunerea curbelor de rcire pe diagrama de descompunere izoterm a austenitei (figura 3.6). Din urmrirea acestor date se observ c odat cu creterea vitezei de rcire scade gradul de subrcire al austenitei, iar structura ferito-cementitic care se formeaz este din ce n ce mai dispers.

Figura 3.6 Suprapunerea curbelor de rcire cu diagrama de descompunere izoterm a austenitei

Se poate considera c la o vitez mic de rcire V1 se formeaz o

structur perlitic, la o vitez mai mare V2 o structur sorbitic, iar la o vitez i mai mare o structur troostitic. Structura bainitic nu se formeaz la o rcire continu a unui oel carbon.

La viteze i mai mari (V4, Vk, V5 ) o parte din austenit, sau toat austenita, este subrcit pn la Ms i se transform fie parial (la V4), fie integral n martensit. Viteza de rcire minim, la care ntreaga austenit subrcit pn la Ms se transform n martensit, se numete vitez critic de rcire (de clire) Vk .


30

Factori de influen

Compoziia chimic

Granulaia austenitic

Viteza critic de clire depinde de stabilitatea austenitei i este determinat de compoziia oelului. Cu ct este mai mare stabilitatea austenitei, ca urmare a alierii oelului (cu ct sunt deplasate mai la dreapta curbele TTT), cu att mai mic este viteza critic de clire pentru obinerea unei structuri integral martensitice.

Oelurile carbon au o vitez critic de clire mare (800 200 C/s). Viteza critic cea mai mic o are oelul carbon eutectoid. Prin alierea unui oel, care are 1%C, cu 1 %Cr viteza critic de clire se micoreaz de 3 ori, iar prin alierea cu 0,4 %Mo viteza critic de clire scade de la 200 la 50 C/s.

Viteza critic de clire este sczut puternic de Mn i Ni. Cobaltul este singurul element chimic care scade stabilitatea austenitei i respectiv crete viteza critic de clire. Pentru multe oeluri aliate viteza critic de clire nu depete valoarea de 20 C/s.

Cu ct este mai mare gruntele de austenit i cu ct este mai mare omogenitatea sa, cu att mai ridicat va fi stabilitatea austenitei subrcite i respectiv mai sczut viteza critic de clire.

3.3. Factorii care influenteaza pozitia curbelor de descompunere prin difuzie din diagrama TTT

a) Compozitia chimica:

Toate elementele de aliere, inclusive carbonul, deplaseaza spre dreapta curbele de descompunere prin difuzie TTT, deci micsoreaza vitezele critice de calire.

Cauze: Prezenta elementelor de aliere face ca procesele de difuzie prin care se formeaza fazele noi (F, cem) sa fie mai lente, deci perioadele de incubatie se maresc.

Astfel, la otelurile aliate este posibila calirea martensitica cu respectarea conditiei Vr Vcrs folosind medii de racire mult mai blande.

Exista oteluri aliate pentru care Vcrs este atat de mica incat poate fi obtinuta martensita si la racirea in aer (oteluri autocalibile).

b) Granulatia austenitica:

Cresterea grauntelui de austenita duce de asemenea la deplasarea spre dreapta a curbelor de descompunere prin difuzie din diagrama TTT, deci la scaderea Vcrs.

Cauze: Cu cat grauntii de austenita sunt mai mari, aria totala a limitei de graunte unde vor germina fazele noi va fi mai mica si perioadele de incubatie mai lungi.

Acest mijloc de micsorare a Vcrs este mai putin aplicat, deoarece are dezavantajul ca poate duce la formarea unei martensite cu ace mari si fragilitate ridicata.


31

Test de autoevaluare 3.1 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Care sunt tipurile de structuri perlitice ce se pot forma ntr-un oel ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...

Test de autoevaluare 3.2 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Ce reprezint viteza critic de clire ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...

Test de autoevaluare 3.3 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Care sunt factorii care influenteaza pozitia curbelor de descompunere prin difuzie din diagrama TTT? Rspunsul la test se gsete la pagina .

n loc de rezumat



1. Cum variaz cinetica transformrii austenitei n perlit ? 2. Care sunt domeniile structurale delimitate de diagramele TTT? 3. Care este diferena ntre o transformare cu difuzie i una fr difuzie? 4. Cum variaz morfologia perlitei cu viteza de rcire aplicat ? 5. Cum influeneaz Cr viteza critic de clire ? 6. Explicai cum influeneaz compoziia chimic poziia curbelor TTT? 7. Explicai cum influeneaz granulaia austenitic poziia curbelor

TTT?


32

Barem:

Intrebarea nr. Punctaj maxim acordat 1 1 2 1 3 2 4 2 5 2 6 1 7 1


3.1. Structurile perlitice ce se pot forma ntr-un oel sunt: perlita, sorbita i troostita.

3.2. Viteza de rcire minim, la care ntreaga austenit subrcit pn la Ms se transform n martensit, se numete vitez critic de rcire (de clire) Vk

3.3. Compoziia chimic i granulaia austenitic;


1. A. Nocivin, Stiinta Materialelor, Editura Virom, Constanta 2006, cap. 9.4; 9.8;

Transformarea martensitica

33



Cuprins

Pagina


4.1. Definitia martensitei. 34

4.2. Forma de cristalizare a martensitei. Grad de tetragonalitate 34

4.3. Caracteristicile mecanice si morfologice ale martensitei. 34





34



Definirea si descrierea transformarii martensitice ce are loc prin transformarea fara difuzie a austenitei la racire.

CONTINUTUL UI-4.

Martensit

Definiie

TVC

Duritate mare

4.1. Definitia martensitei

La grade mari de subrcire crete instabilitatea termodinamic a austenitei, iar viteza de difuziune a carbonului scade brusc. La subrcirea austenitei ntr-un oel eutectoid pn la 240C, mobilitatea atomilor de carbon este apropiat de zero avnd loc transformarea fr difuziune a austenitei. Astfel, se modific doar tipul de reea cristalin , iar ntreaga cantitate de carbon dizolvat anterior integral n reeaua austenitei, rmne n reeaua feritei chiar dac concentraia de echilibru a carbonului n ferit nu depete 0,006% la temperatura camerei. Drept urmare, se formeaz martensita care reprezinta o soluie solid suprasaturat interstiial de carbon n Fe .

4.2. Forma de cristalizare a martensitei. Grad de tetragonalitate.

Din cauza suprasaturrii n carbon, reeaua martensitei este puternic deformat i n loc de cubic capt o form tetragonal (TVC) n care raportul perioadelor reelei difer puternic de valoarea 1, adic c/a 1. Cu ct este mai mare cantitatea de carbon cu att gradul de tetragonalitate al martensitei este mai mare (vezi figura 4.1).

Figura 4.1 Celula cristalin tetragonal a martensitei

4.3. Caracteristicile mecanice si morfologice ale martensitei

Martensita are o duritate foarte mare ( 65 HRC) i n acelai timp fragilitate. Duritatea mare a martensitei apare ca urmare a deformrii reelei cristaline i deci a tensionrii puternice a acesteia datorit carbonului dizolvat i a ecruisrii.


35

Cretere n volum

Tensiuni coerente

Poziia temp. Ms i Mf

Aceasta din urm se datoreaz creterii de volum la transformarea austenitei n martensit, avnd ca urmare o cretere a densitii de dislocaii n martensit la nivelul unui oel deformat plastic la rece, adic de 1010 1012 cm-2.

Viteza de formare a cristalelor de martensit este foarte mare, atingnd 1000 m/s. Plachetele de martensit cresc pn la limita gruntelui de austenit sau pn la un defect structural oarecare din oel. Urmtoarele plachete de martensit care se formeaz sunt dispuse sub un unghi de 60, 120 fa de primele.

Viteza mare de formare a cristalelor de martensit se explic prin faptul c are loc o trecere continu de la reeaua austenitei la cea a martensitei. Trecerea aceasta este practic instantanee (viteza este de 3 ori mai mare dect viteza sunetului), atomii se deplaseaz simultan i coordonat pe distane mai mici dect cele interatomice. Se pstreaz planele comune, de jonciune dintre reelele i , aa numitele interfee coerente. Transformarea coerent asigur deplasarea atomilor, la trecerea dintr-un tip de reea n altul, doar pe distane foarte mici. De aceea reeaua cristalin a noii faze martensita are o anumit orientare fa de faza iniial austenita. Tensiunile coerente i diferena de volum dintre cele dou faze (austenit i martensit) reprezint cauza pentru care transformarea martensitic duce la apariia unor puternice tensiuni interne.

Transformarea martensitic se desfoar n intervalul de temperaturi Ms i Mf temperatura de nceput i respectiv de sfrit a transformrii martensitice. Pentru un oel eutectoid, transformarea ncepe la 240C i se termin la -50C. Dar, la aceast temperatur n oel este posibil s rmn nc o anumit cantitate de austenit netransformat, rezidual. Rcirea sub temperatura Mf nu duce la transformarea integral a acesteia. Poziia punctelor Ms i Mf nu depinde de viteza de rcire, ci de coninutul de carbon din oel (figura 4.2).

Toate elementele de aliere dizolvate n austenit, cu excepia cobaltului i aluminiului, coboar temperaturile Ms i Mf.

Transformarea martensitic este foarte sensibil la tensiuni, deformarea austenitei putnd provoca transformarea n martensit chiar i la temperaturi mai mari dect Ms (se formeaz martensita de deformare).

Cristalele de martensit, n funcie de compoziia oelului i ca urmare n funcie de temperatura de formare, pot avea diferite morfologii i substructuri. Se disting, astfel, dou tipuri de martensit (figura 4.3):

martensita n plachete (acicular) martensita stratificat (n ipci)

Martensita acicular se formeaz n oeluri cu coninut de carbon ridicat, pentru care temperaturile Ms i Mf sunt sczute (figura 4.3, a).


36

Influena carbonului

Morfologie aciculara

Figura 4.2 Influena coninutului de carbon din oel asupra temperaturilor de transformare martensitic Ms i Mf

Figura 4.3 Schema de formare a martensitei aciculare (a) i n ipci (b)

n acest caz, cristalele de martensit conin n zona median o mare

cantitate de macle, ce formeaz o zon puternic atacabil cu reactiv chimic la pregtirea metalografic, zon denumit midrib. Cristalele au o form de plachete, care n suprafaa de examinare metalografic sunt aciculare.

Martensita n ipci se formeaz pentru oeluri cu coninut de carbon sczut sau mediu i, de asemenea, pentru oelurile aliate pentru construcii. n acest caz, cristalele de martensit au o form de ipci foarte subiri, alungite pe o singur direcie (figura 4.3, b) i stratificate n pachete. Structura fin a martensitei n ipci conine o densitate mare de dislocaii (1010 1012 cm-2) n lipsa total a maclelor. n oelurile aliate, n interiorul pachetelor, ntre cristalele n ipci de martensit, se pstreaz, de regul, straturi de austenit rezidual (figura 4.3, b).

Dimensiunile cristalelor de martensit, indiferent de morfologie, se determin n funcie de dimensiunea gruntelui iniial de austenit. Cu ct acetia din urm sunt mai mari, cu att mai mari vor fi cristalele de martensit. Prima plachet de martensit are lungimea corespunztoare ntregii dimensiuni a gruntelui de austenit n care se formeaz. Cristalele, care se formeaz ulterior la temperaturi mai sczute vor avea lungimi mai mici (figura 4.3, a).

Dac un oel eutectoid este rcit doar pn la temperatura camerei, n structura acestuia va apare pe lng martensit i austenit rezidual.


37

Proprieti mecanice

Apariia acesteia este nedorit, deoarece provoac o neomogenitate a proprietilor n seciunea pieselor. Martensita are un volum specific mai mare dect alte structuri, iar austenita mai mic. De aceea, la trecerea de la austenit la martensit, volumul i dimensiunile materialului metalic cresc. O particularitate foarte important a transformrii martensitice este aceea c aceasta se produce doar la o rcire continu. ntreruperea rcirii la o temperatur mai mare dect Mf duce la stabilizarea austenitei. Austenita devine mult mai stabil. La rcirea ulterioar a acesteia, transformarea ei este ngreunat i decurge cu o intensitate mult mai mic. Efectul de stabilizare a austenitei depinde de temperatura de meninere (de ntrerupere a rcirii) la rcire.

n concluzie, caracteristicile principale ale transformrii martensitice sunt:

transformarea se produce fr difuzie cristalele care se formeaz sunt dispuse dup o anumit orientare

cristalografic transformarea se produce la rcire continu n intervalul de temperaturi

Ms i Mf

Principala caracteristic a martensitei este duritatea i rezistena mecanic mare, care cresc odat cu creterea coninutului de carbon n oel. Rezistena mecanic temporar a martensitei cu carbon sczut (0,025 %C) este de 1000 MPa, iar pentru martensita cu 0,6 0,7 %C este de 2600 2700 MPa. Dar, cu creterea coninutului de carbon din martensit, crete i susceptibilitatea de rupere fragil. Martensita, ce conine mai mult de 0,35 0,4 %C, are o rezisten sczut la formarea i propagarea fisurilor, i de asemenea valori sczute ale rezilienei K1c.

Creterea volumului specific la formarea martensitei reprezint una din principalele cauze de apariie la clire a tensiunilor interne mari ce provoac deformri ale piesei i apariia de fisuri de clire.

Test de autoevaluare 4.1 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Care este structura cristalina a martensitei ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...

Test de autoevaluare 4.2 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Care este morfologia caracteristic martensitei ? Rspunsul la test se gsete la pagina .


38

...

Test de autoevaluare 4.3 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Care sunt caracteristicile principale ale transformrii martensitice ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

n loc de rezumat



1. Ce este martensita n oeluri ? 2. Ce nelegei prin grad de tetragonalitate al martensitei ? 3. De ce la clire piesa din oel poate crpa ? 4. Care este cauza pentru care martensita este dur ? 5. Cum variaz temperaturile Ms i Mf n funcie de gradul de aliere a unui oel ? 6. Care este factorul care determin variaia mrimii plachetelor de martensit ? 7. Cum sunt valorile proprietilor mecanice ale martensitei i care sunt factorii care determin variaia acestora ?

Barem: Nr. intrebarii Punctaj 1 1 2 1 3 1 4 2 5 2 6 1 7 2


4.1. Tetragonal cu volum centrat.

4.2. Martensita prezint o morfologie aciculara.

4.3. Caracteristicile principale ale transformrii martensitice sunt:

transformarea se produce fr difuzie cristalele care se formeaz sunt dispuse dup o anumit orientare

cristalografic transformarea se produce la rcire continu n intervalul de temperaturi

Ms i Mf


39


1. A. Nocivin, Stiinta Materialelor, Editura Virom, Constanta 2006, cap. 9.5;

Transformarea bainitica a austenitei si transformarea izoterma a austenitei in oteluri aliate

40


Transformarea bainitica a austenitei la racire si transformarea

izoterma a austenitei in oteluri aliate.

Cuprins

Pagina


5.1. Transformarea intermediara (bainitica) a austenitei la racire. 41

5.2. Transformarea izoterma a austenitei la racire in oteluri aliate. 42





41



prezentarea transformarii bainitice a austenitei la racire, cu definirea bainitei si a caracteristicilor sale structurale

prezentarea transformarii izoterme a austenitei la oteluri aliate si a particularitatilor acesteia

CONTINUTUL UI-5:

Transformare izoterm

Bainit

Morfologie

Bainit superioar

Bainit inferioar

5.1. Transformarea intermediar (bainitic) a austenitei la racire

Transformarea bainitic a austenitei se desfoar n domeniul de temperaturi cuprins ntre transformarea perlitic i cea martensitic. Cinetica acestei transformri i structura care se obine mprumut caracteristici din ambele tipuri de transformri: prin difuzie cea perlitic, i fr difuzie cea martensitic. Aceste caracteristici sunt:

redistribuirea prin difuzie a carbonului din austenit n produii de transformare a acesteia;

transformarea martensitic fr difuziune

n urma transformrii bainitice se formeaz un amestec de ferit i carburi care se numete bainit.

Cristalele de faz se formeaz n intervalul intermediar de temperaturi, printr-o cretere coerent a legturii interfazice cu faza iniial , adic asemntor creterii cristalelor de martensit la transformarea martensitic. Dar, spre deosebire de aceasta, unde creterea cristalelor este instantanee, la transformarea bainitic cristalele de faz cresc relativ lent, similar cu viteza de separare prin difuzie a atomilor de carbon din austenit la formarea fazei . Aceasta se explic prin faptul c, n intervalul de temperaturi intermediare, faza se poate transforma din faza srac n carbon (figura 5.1).

Carburile din bainit nu au form de lamele ca n perlit. Particulele de carburi din bainit sunt disperse, putnd fi vizibile numai la microscopul electronic.

Se disting dou tipuri de bainit ce se formeaz n zona superioar i respectiv inferioar a intervalului intermediar de temperaturi (limita convenional dintre acestea este 350 C):

bainita superioar cu morfologie n fulgi

bainita inferioar cu morfologie acicular asemntoare celei martensitice

Bainita superioar se distinge de cea inferioar prin caracterul distribuiei acesteia i prin compoziia carburilor.


42

Rezistena mecanic

Plasticitatea

Analiza de microscopie electronic a artat c n bainita superioar particulele de carburi sunt dispuse ntre lamelele de ferit, iar n bainita inferioar sunt dispuse doar n interiorul lamelelor de ferit.

Carburile din bainita superioar sunt cementite, iar cele din bainita inferioar sunt carburi care sunt nlocuite de cementit la creterea timpului de meninere (la fel ca n cazul revenirii oelului).

Bainita este mai rezistent dect perlita, proprietile de rezisten fiind cu att mai mari cu ct temperatura de transformare izoterm este mai sczut. Rezistena ridicat a bainitei se explic prin dimensiunile mici ale cristalelor de ferit, prin dispunerea dispers a carburilor, prin distorsionarea reelei fierului n legtur cu suprasaturarea ei n carbon i, de asemenea, prin densitatea mare de dislocaii din ferit, dislocaii ntrite de atmosferele Cottrell de atomi de carbon.

Figura 5.1 Schema transformrii bainitice

Plasticitatea la trecerea din zona perlitic n cea bainitic (bainita superioar) scade, iar cu scderea temperaturii crete din nou (bainita inferioar). Scderea plasticitii n zona bainitei superioare este legat de formarea unor carburi grosolane preponderent la limita cristalelor de ferit. n bainita inferioar particulele de carburi sunt dispuse n interiorul cristalelor de ferit i de aceea tenacitatea este ridicat.

5.2. Transformarea izoterm a austenitei n oelurile aliate

Diagramele din figurile 3.3 si 3.5 (din UI-3) de transformare izoterm a austenitei sunt valabile att pentru oeluri carbon, ct i pentru oeluri aliate ce nu conin elemente carburigene.


43

Transformare izoterm n

oeluri aliate

Pentru oelurile aliate cu elemente carburigene, pe diagrama izoterm apar nu unul, ci dou minime de stabilitate a austenitei subrcite, dispuse n zona perlitic i respectiv bainitic (figura 5.2). Ambele transformri sunt separate de o zon de austenit stabil.

Figura 5.2 Diagramele de transformare izoterm a austenitei n oelul aliat cu elemente carburigene (numerele din dreptul curbelor arat gradul de transformare): a coninut de carbon sczut sau mediu; b coninut ridicat de carbon;

n diagramele de transformare izoterm a austenitei n cazul oelurilor

hipo sau hipereutectoide apare, ca i n cazul oelurilor carbon, o linie suplimentar corespunztoare nceputului formrii feritei sau carburilor aliate n exces.

n oelurile aliate cu elemente carburigene, transformarea perlitic se reduce la transformarea polimorf i la redistribuirea prin difuziune a carbonului i a elementelor de aliere. Ca urmare, se obine o perlit aliat (ferit aliat + cementit aliat).

Caracteristica transformrii bainitice n aceste oeluri const n faptul c o parte din austenita subrcit la meninerea izoterm nu se descompune integral i poate s se transforme parial n martensit la scderea ulterioar a temperaturii.


44

Ca urmare, la descompunerea austenitei n oeluri aliate, aceasta poate s se transforme ntr-o structur format din bainit, o oarecare cantitate de martensit i austenit rezidual.

Toate elementele de aliere (cu excepia cobaltului) cresc stabilitatea austenitei subrcite att n zona perlitic ct i n cea bainitic. Acest fenomen se manifest n dreapta curbelor de nceput i de sfrit de transformare a austenitei, n zona timpilor de meninere mai mari.

Cauza stabilitii ridicate a austenitei n zona perlitic se explic prin faptul c, pentru formarea amestecului de ferit i carburi ntr-un oel aliat, este necesar o redistribuire prin difuziune nu numai a atomilor de carbon, ci i a elementelor de aliere, pentru formarea de ferit aliat, cementit aliat i carburi complexe. Dar, difuzia elementelor de aliere decurge cu vitez lent, iar elementele carburigene scad considerabil viteza de difuzie a carbonului n oel. n acelai timp, elementele de aliere micoreaz i viteza de desfurare a transformrii polimorfe .

La formarea bainitei n procesul de descompunere a austenitei aliate, are loc doar difuzia carbonului, fr redistribuirea prin difuzie a elementelor de aliere, ceea ce duce la o temperatur relativ sczut a transformrii intermediare la care difuzia elementelor de aliere este practic exclus. Ca urmare a descompunerii austenitei aliate, n zona transformrii intermediare se formeaz ferita i carburi de tipul cementitelor, care au acelai coninut de elemente de aliere ca i austenita iniial.

Stabilitatea austenitei subrcite crete foarte mult la alierea complex a oelului i prin creterea coninutului de elemente de aliere. Dar, elementele de aliere influeneaz diferit asupra stabilitii austenitei att n zona perlitic, ct i n zona bainitic.

De regul, n oelurile aliate cu coninut de carbon mic sau mediu, stabilitatea maxim a austenitei subrcite apare n zona perlitic, iar cea minim n zona bainitic (figura 5.2, a). Invers, n oelurile aliate cu coninut ridicat de carbon, stabilitatea maxim a austenitei are loc n zona bainitic, iar cea minim n cea perlitic (figura 5.2, b).

Test de autoevaluare 5.1 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Ce este bainita ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...


45

Test de autoevaluare 5.2 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Cum arat diagrama TTT pentru oelurile aliate cu elemente carburigene ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

...

Test de autoevaluare 5.3 Scriei rspunsul n spaiul liber din chenar. Cum influeneaz alierea stabilitatea austenitei subrcite ? Rspunsul la test se gsete la pagina .

n loc de rezumat


Lucrare de verificare Unitate de nvare Nr. 5

1. n ce interval de temperaturi se desfoar transformarea bainitic ? 2. Descriei cele dou tipuri de bainite distincte din punct de veere

morfologic. 3. Cum sunt dispuse particulele de carburi n cele dou tipuri de

bainite ? 4. Cum este rezistena mecanic a bainitei fa de perlit ? 5. Cum este plasticitatea bainitei fa de perlit?

Barem: Nr. intrebarii Punctaj 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2


5.1. Bainita reprezint un constituent structural format din ferit i carburi.

5.2. Pentru oelurile aliate cu elemente carburigene, pe diagrama izoterm apar nu unul, ci dou minime de stabilitate a austenitei subrcite, dispuse n zona perlitic i respectiv bainitic. Ambele transformri sunt separate de o zon de austenit stabil.


46

5.3. Toate elementele de aliere (cu excepia cobaltului) cresc stabilitatea austenitei subrcite att n zona perlitic ct i n cea bainitic.

Bibliografie Unitate de nvare Nr. 5

1. A. Nocivin, Stiinta Materialelor, Editura Virom, Constanta 2006, cap. 9.6 si 9.7;

Principalii parametri tehnologici ai calirii unui otel

47


Principalii parametri tehnologici ai clirii unui oel

Cuprins

Pagina


6.1. Temperaturile de incalzire ce se aplica la calire. Tipuri de caliri 48

6.2. Viteze critice de calire 50

6.3. Calibilitatea unui otel 51

6.4. Factorii care influenteaza calibilitatea unui otel 52

6.5. Procedee de calire 53





48



Prezentarea principalilor parametri tehnologici ai calirii unui otel: timpii de incalzire, timpii de mentinere si vitezele de racire

Definirea calibilitatii unui otel Principalele procedee de calire

CONTINUTUL UI-6:

Clire complet

Clire incomplet

6.1. Temperaturile de incalzire ce se aplica la calire. Tipuri de caliri.

Clirea oelurilor const din nclzirea acestora mai sus de temperatura transformrilor de faz, meninerea la aceast temperatur pentru finalizarea tuturor transformrilor de faz i rcirea cu vitez mare n scopul obinerii la temperatura camerei a unor structuri n afar de echilibru, ce asigur duriti i rezistene mai mari oelurilor.

n funcie de temperatura de nclzire se disting:

clirea complet clirea incomplet.

La clirea complet nclzirea se efectueaz cu 30 50 C mai sus de Ac3 sau Acem. Dup clire, se obine martensit cu o oarecare cantitate de austenit rezidual.

La clirea incomplet oelul este nclzit cu 30 50 C mai sus de Ac1, dar sub Ac3 sau Acem. n acest caz, n stare nclzit structura oelului hipoeutectoid const din austenit i ferit, iar a oelului hipereutectoid din austenit i cementit secundar. La rcirea rapid de la clire, austenita se transform n martensit, a crei duritate depinde de coninutul de carbon din oel (figura 6.1).

Figura 6.1 Influena coninutului de carbon i a temperaturii de clire asupra duritii oelului:

a nclzire peste Ac3; b duritatea martensitei propriu-zise; c nclzirea peste Ac1;

Dup clirea incomplet a oelurilor hipoeutectoide, structura const din

martensit i ferit, iar pentru oelurile hipereutectoide din martensit i incluziuni globulare de cementit secundar.


49

Austenit rezidual

Cementit globular

Oel de scule

Temperature de nclzire

Prezena feritei n structura oelului hipoeutectoid clit scade duritatea oelului; de aceea, o asemenea clire se aplic mai rar. Prezena cementitei secundare n structura oelului hipereutectoid clit este dorit i benefic.

Oelurile hipereutectoide sunt utilizate de regul la obinerea de scule achietoare sau pentru deformare. De aceea, principala lor caracteristic trebuie s fie duritatea. Aceast duritate, dup clirea complet, scade dac crete considerabil cantitatea de austenit rezidual din structura martensitic. Aceast austenit este cu att mai mult cu ct cantitatea de carbon care se dizolv n austenit la nclzire, este mai mare.

Incluziunile globulare de cementit cresc n schimb duritatea i rezistena la uzur a oelului. n plus, deoarece nclzirea se efectueaz la temperaturi sub Acem, tendina de cretere a grunilor nu este mare, tensiunile termice de la clire sunt mult mai mici, iar suprafaa materialului se decarbureaz mai puin.

Cea mai bun structur a oelurilor hipereutectoide se obine atunci cnd incluziunile de cementit secundar sunt globulare (vezi figura 6.2). Reeaua de cementit secundar este categoric nedorit, deoarece crete fragilitatea oelului. De aceea, nainte de clire, oelurile hipereutectoide sunt supuse unei recoaceri de sferoidizare.

Figura 6.2 Microstructura unui oel hipereutectoid cu 1,2 %C: a cementita n exces sub form de reea; b cementit globular, x 500.

De aceea, pentru oelurile hipoeutectoide se aplic o clire complet,

iar pentru oelurile hipereutectoide o clire incomplet (vezi figura 6.3).

Figura 6.3 Temperaturile optime de nclzire pentru clirea oelurilor carbon


50

Alegerea Mediului de

rcire

6.2. Viteze critice de calire.

La clirea n vederea obinerii unei duriti maxime, trebuie s se obin o structur format numai din martensit.

Viteza minim de rcire, necesar pentru subrcirea austenitei pn la transformarea martensitic, se numete vitez critic de clire.

Viteza de rcire se obine prin utilizarea diferitelor medii de rcire. Viteza critic se determin conform diagramei de descompunere izoterm a austenitei (figura 3.6 din UI-3), din care rezult c o rcire rapid este necesar n domeniul de minim stabilitate a austenitei (500 650 C) cu scopul de a evita transformarea acesteia ntr-un amestec ferito-perlitic.

Sub 300 C, invers, este indicat o rcire lent. Dac s-ar aplica viteze ridicate, pot apare n pies tensiuni interne mari care pot provoca chiar fisurarea piesei.

Tensiunile interne la clire se formeaz datorit diferenei de temperatur n seciunea pieselor la rcirea acestora i a diferenei n timp n ce privete momentul desfurrii diferitelor transformri de faz, innd cont de faptul c ntre martensit i austenit exist o diferen de volum specific.

La rcirea pentru clire a unui oel ntr-un mediu lichid, se disting trei perioade ce se caracterizeaz prin viteze de rcire diferite:

1 perioada de fierbere cu cma izolatoare termic cnd mediul lichid, n care este introdus piesa pentru clire, trece n stare de vapori formndu-se o cma izolatoare de vapori care separ piesa de mediul de rcire. Astfel, conductibilitatea termic este mpiedicat i ca urmare viteza de rcire nu este mare.

2 perioada de fierbere cu bule, cnd se distruge cmaa izolatoare i viteza de rcire devine mare.

3 perioada schimbului de cldur prin convecie, cnd temperatura piesei este sub temperatura de fierbere a mediului de rcire, iar viteza de rcire scade brusc.

Utilizarea bilor de sruri topite sau baze scade durata primei perioade. Valorile vitezei de rcire ale oelului n diferite medii de rcire sunt indicate n Tabelul 6.1.

Datele tabelului 6.1 indic faptul c nu exist un mediu ideal de clire, care s satisfac condiiile unei viteze optime de rcire pentru clirea de la diferite temperaturi.

Amestecurile de sruri i baze, la formarea martensitei, pot provoca fisuri, iar uleiurile sunt mai puin avantajoase la temperaturi de 650 550 C.


51

Mediul de rcire

Clibilitate

Ancime de ptrundere

Diametru critic

Tabelul 6.1 Caracteristica diferitelor medii de clire

Mediul de rcire

Viteza de rcire, C/s, n intervalul de temperaturi: 650 - 550 300 - 200

Ap, 18 C Ap, 50 C Soluie 10% de NaOH n ap Soluie 10% de NaCl Ulei mineral Aer static

600 100 1200 1100 100 150 3

270 270 300 300 20 50 1

6.3. Clibilitatea unui oel.

Clibilitatea unui oel reprezint adncimea de ptrundere a zonei clite n pies. Clibilitatea neptruns este condiionat de faptul c la clire piesa se rcete mai rapid la suprafa i mai lent n miez. Distribuia vitezei de rcire n seciunea piesei arat faptul c la suprafa viteza de rcire este maxim, iar n centru este minim (figura 6.4).

Adncimea de ptrundere a zonei clite corespunde cu zona haurat, adic atinge punctul de intersecie al curbelor corespunztoare vitezei critice de clire Vcr i a vitezei de rcire Vrc. Cu ct este mai sczut Vcr, cu att mai adnc este clibilitatea.

Clibilitatea, ca i Vcr de rcire, depind de viteza de transformare a austenitei i, ca urmare, de poziia curbelor TTT. Pentru adncimea de clibilitate se consider stratul cu zon de 50% martensit i 50% troostit.

Figura 6.4 Influena vitezei de rcire asupra clibilitii oelului

Diametrul critic Dcr reprezint diametrul maxim al seciunii clite pentru o pies rcit n ntregime ntr-un anumit mediu (50% martensit i 50%


52

Factori de influen

troostit). n acest caz, viteza minim de rcire n centrul piesei Vrc > Vcr.

Diametrul critic la rcirea n ap este mai mare dect la rcirea n ulei.

Metoda cea mai simpl de determinare a diametrului critic este metoda clirii frontale (figura 6.5). Dup clire se msoar duritatea pe suprafaa frontal pe nlimea probei.

Clibilitatea reprezint o caracteristic foarte important a unui oel. n cazul unei cliri ptrunse, proprietile mecanice ale oelului n seciunea sa sunt identice. n cazul unei cliri neptrunse, n miez proprietile mecanice de rezisten sunt mai sczute.

Figura 6.5 Schema testului de clibilitate prin metoda clirii frontale

6.4. Factorii care influenteaza calibilitatea unui otel.

Influen asupra clibilitii au:

compoziia chimic a oelului coninutul de carbon i de elemente de aliere

tipul mediului de rcire

Oelurile aliate au o clibilitate mai mare dect oelurile carbon datorit creterii prin aliere a stabilitii austenitei la subrcire.

Clibilitatea oelurilor carbon depinde de coninutul de carbon. Cu scderea carbonului, clibilitatea scade.

Scderea vitezei de rcire duce la scderea clibilitii. La clirea n ulei, clibilitatea ptruns a pieselor din oeluri cu carbon mediu este de doar 3-4 mm, la clirea n ap de 10-15 mm. Odat cu creterea dimensiunilor semifabricatului, clibilitatea scade brusc. Astfel, ntr-un semifabricat cu diametru de 40 mm, din oel C45, la clire n ap, structura martensitic se atinge la o adncime de doar 4 mm.

Clibilitatea reprezint unul din principalele criterii n alegerea unei mrci de oel, alturi de proprietile mecanice, tehnologice i de cost.

n unele cazuri, clibilitatea necesar a fi obinut poate fi mai sczut dect cea ptruns. Dac piesa este solicitat la forfecare i ndoire,


53

Procedee de clire

Clire direct

Clire ntrerupt

Clire n trepte

tensiunile interne care iau natere scad de la valorile maxime la suprafa pn la valori nule n centrul seciunii.

Pentru asemenea piese, clibilitatea ptruns nu este neaprat necesar, fiind suficient o clibilitate de doar - din raz, pornind de la suprafa.

Alegerea metodei de rcire pentru clire a piesei depinde de forma acesteia, de dimensiuni i de compoziia chimic. Cu ct este mai complicat forma i mai mare seciunea piesei, cu att mai mari vor fi tensiunile ce se formeaz la clire i mai mare pericolul de formare de fisuri.

Cu ct mai mare este coninutul de carbon din oel, cu att mai mari vor fi modificrile de volum, ce decurg n timpul transformrii fazice i cu att mai mare va fi pericolul de deformare i de formare de fisuri, fiind deci, n acest caz, cu att mai important alegerea mediului de rcire adecvat.

6.5. Procedee de calire

Curba ideal de rcire trebuie s reprezinte viteza maxim la nceputul rcirii, la traversarea intervalului de stabilitate minim a austenitei, i viteza minim la sfritul rcirii la transformarea martensitic (figura 6.6).

Figura 6.6 Schema regimurilor corespunztoare diferitelor metode de clire: 1 clire direct; 2 clirea n dou medii; 3 clirea n trepte; 4 clirea izoterm; 5 regimul

ideal de rcire;

Cea mai simpl metod de clire este cea cu un singur mediu de rcire (clirea direct), n care piesa nclzit este imersat n mediul de rcire lichid pn la rcirea complet a acesteia. Dezavantajul acestei metode const n apariia de tensiuni interne semnificative. Pentru piesele din oel carbon cu seciuni mai mari de 5 mm, mediul cel mai utilizat este apa, iar pentru piese cu seciuni mai mici de 5 mm, sau din oeluri aliate mediul utilizat este uleiul.

Pentru scderea tensiunilor interne se aplic clirea n dou medii, pentru care piesa este rcit mai nti n ap pn la 300 400 C, iar dup aceea n ulei pn la temperatura ambiant. Dezavantajul acestei metode l reprezint dificultatea reglrii meninerii piesei n primul

Stiinta Materialelor Intrebari Examen

Documents

Transcript of Stiinta Materialelor Intrebari Examen