Lucrarea nr.9_____________________________________________________

LUCRAREA NR. 9Structuri de normalizare, călire şi revenire ale oţelurilor carbon

1.Introducere Proprietăţile oţelurilor şi ale fontelor obţinute prin deformare plastică sau turnare

(după care li s-au aplicat tratamentele termice primare) nu pot totdeauna să satisfacă cerinţele impuse de beneficiar. Pentru a schimba proprietăţile acestor materiale (respectiv structura) acestora li se aplică anumite tratamente termice.

2. Clasificarea tratamentelor termicePrincipalele tratamente termice aplicate oţelurilor şi fontelor sunt:

- a) Recoacerea – este un tratament tehnologic utilizat fie pentru a corecta unele defecte provenite din prelucrări anterioare (sudare, turnare, deformare plastică), fie pentru a pregăti materialul pentru prelucrări ulterioare, fie pentru a îndeplini ambele roluri simultan.În funcţie de scopul urmărit în practică se folosesc următoarele recoaceri de : omogenizare, recoacere de normalizare, regenerare (corectarea structurii), recristalizare, detensionare şi îmbunătăţirea prelucrabilităţii prin aşchiere. Recoacerea este un tratament termic primar.

- b) Călirea – este tratamentul termic prin care se urmăreşte creşterea durităţii materialului şi a rezistenţei la rupere. Odată cu creşterea acestor proprietăţi scade plasticitatea (A,Z) şi tenacitatea (KCV; KCV) ?Oţelurile ş fontele se supun de regulă călirii la martensită. Fac excepţie oţelurile austenitice care se supun călirii de punere în soluţie (hipercălirea) şi cele feritice care nu se călesc, precum şi oţelurile care se supun călirii izoterme bainitice.Tehnologia călirii constă în încălzirea şi menţinerea materialului (austenitizarea) la temperatura prescrisă şi răcirea lui ulterioară într-un mediu de răcire (apă sau alte soluţii apoase) agresiv care să confere o viteză de răcire mare.

- c) Revenirea – este tratamentul termic care se aplică obligatoriu după operaţia de călire. Prin acest tratament termic se urmăreşte reducerea tensiunilor interne. În urma acestui tratament termic duritatea scade cu câteva unităţi (excepţie făcând oţelurile rapide la care după revenire duritatea creşte cu câteva unităţi ); la fel şi rezistenţa la rupere. În schimb creşte plasticitatea şi tenacitatea.Tehnologia revenirii constă în încălzirea materialului care a fost supus călirii la diferite temperaturi, urmată de menţinere şi răcire.Scopul revenirii este de a elimina tensiunile interne sau pentru a transforma structura obţinută după călire în alte structuri.În practica industrială se disting următoarele tratamente termice de revenire :

Lucrarea nr.9_____________________________________________________

- revenirea joasă – temperatura de încălzire este de 150-200 º C. Ea se aplică oţelurilor de scule, la piese solicitate la uzură, rulmenţi, arbori cotiţi, etc.

- Revenire medie – încălzirea se face între 350 º -450 º C. Se aplică la elementele elastice de tipul arcurilor, resorturilor, etc.

- Revenirea înaltă –încălzirea se face între 500 ºC - 600 º C şi ea se aplică în general organelor de maşini în mişcare, pieselor supuse şocurilor, etc. Călirea urmată de revenire înaltă se numeşte îmbunătăţire.

Observaţie. -a) Dacă materialul călit se încălzeşte între temperaturile de 650-770 ºC se obţine

perlită globulară;- b) La fontele cenuşii apar aceleaşi transformări ca şi la oţeluri. Condiţia ca o

fontă cenuşie să poată fi călită este ca ea să aibă carbonul legat sub formă de cementită (minimum 0,4%), respectiv matricea să conţină peste 40 % perlită.

Răcirea austenitie încălzite În vederea aplicării tratamentului termic după austenitizare (încălzire) ????-

austenita obţinută la încălzire se poate reci în două feluri :- continuu- răcirea continuă constă în introducerea materialului austenitizat într-

un mediu de răcire şi răcirea lui continuă de la temperatura iniţială până la

o anumită temperatură cu o anumită viteză de răcire. Prin modificarea vitezei de răcire se obţin constituenţi structurali diferiţi.

- izoterm- răcirea izotermă constă în menţinerea la o anumită temperatură, un anumit timp până când constituenţii iniţiali se transformă într-un constituent dorit

Constituenţii structurali obţinuţi la recoacere , călire şi revenire La recoacerePrin aplicarea tratamentului de recoacere se obţin următorii constituenţi structurali:

perlita lamelară, perlita globulară, ferita, sorbita lamelară şi troostita lamelară.1. Perlita lamelară – se poate obţine prin două moduri de răcire a austenitei, şi

anume:- prin răcirea continuă a austenitei de la temperatura de austenitizare până la

o temperatură cuprinsă între 700-650 º C şi menţinerea izotermă la intervalul acesta de temperatură;

- b) prin răcire continuă cu viteze mici d erăcire (grade foarte mici de subrăcire (DT= - T) = 727 – (650-700) º C)

Lucrarea nr.9_____________________________________________________

Observaţie Perlita este un amestec mecanic format dintr-o masă de ferită unde sunt înglobate

lamele de cementită. Numărul şi distanţa dintre lamelele de cementită depinde de compoziţia chimică a aliajului şi de viteza de răcire.

Exemplu: Cu cât aliajul conţine mai mult carbon ,sau cu cât viteza de răcire este mai mare cu atât numărul lamelelor de cementită va fi mai mare, iar distanţa dintre ele mai mică .

Duritatea perlitei este HB 180-245 ??? daN/2. Sorbita lamelară se poate obţine la fel ca şi perlita lamelară prin două moduri de

răcire a austenitei :- prin răcirea continuă a austenitei de la temperatura de austenitizare până la

temperatura de 600 º C şi menţinerea izotermă la această temperatură un anumit timp.

- b) prin răcirea continuă a austenitei cu o viteză de răcire mai mare decât în cazul perlitei , gradele de subrăcire fiind DT= 727-600 º C.

Sorbita lamelară este mai dură decât perlita, având HB 250-350 ???? Este un constituent de treaptă perlitică.

3.Troostita lamelară - se poate obţine prin :- a) răcire continuă a austenitei de la temperatura de austenitizare până la

550 º C şi menţinerea izotermă la această temperatură un anumit timp.- b) răcirea continuă a austenitei cu o viteză de răcire mai mare decât în

cazul sorbitei lamelare .DT= 727 -550 º C.

Ca şi sorbita lamelară, şi troostita este un constituent de treaptă perlitică, având o plasticitate redusă şi o duritate cuprinsă între 350- 450 HB.

La călire Constituenţii structurali obţinuţi la călire sunt următorii :Martensita de călire - se obţine la răcirea continuă a austenitei cu o viteză mare de

răcire (în apă, ulei sau alte medii apoase).Structura este în afară de echilibru şi are formă aciculară. Deoarece la finalul

transformării nu toată austenita se transformă în martensită, mai rămâne întotdeauna o cantitate de austenită netransformată numită austenită reziduală.

Martensita este un constituent dur şi fragil. Ea nu se poate folosi în tehnică, numai după ce a fost transformată în martensită de revenire. Duritatea poate să ajungă (în funcţie de % de carbon până la 64-66 HRC, iar Rm până la 260- 270 N/

Oservaţie La unele oţeluri, pe lângă martensită şi austenită reziduală , după călire mai pot

apărea cementita secundară sau carburile.Bainita – se obţine la răcirea izotermă şi reprezintă un amestec mecanic de ferită şi

cementită (carburi de tip ). În funcţie de temperatura la care se face menţinerea se obţine :

Lucrarea nr.9_____________________________________________________

- Bainită superioară – se obţine la temperaturi de menţinere situate între 500-300 º C. Este o structură nedorită cu slabe proprietăţi de plasticitate datorită precipitărilor de carburi grosiere la limitele grăunţilor de ferită (fig....). Nu se urmăreşte obţinerea sa în structura oţelurilor călite.

- Bainita inferioară – se obţine la temperaturi de menţinere între 300-Ms º C. Are un aspect acicular şi se caracterizează prin duritate şi rezistenţă mecanică apropiate de martensita de călire, având însă o plasticitate mai mare.Prin tratament termic de călire izotermă se urmăreşte obţinerea bainitei inferioare,

care conferă oţelului caracteristici de rezistenţă mecanică superioară, în raport cu constituenţii de treaptă perlitică (sorbita, troostita), plasticitatea rămânând la valori destul de ridicate.

Observaţie Duritatea creşte de la perlită la troostită, la fel şi caracteristicile de rezistenţă

precum şi limita de oboseală.În schimb alungirea şi gâtuirea scad de la perlită lamelară spre troostită lamelară.

La revenire Constituenţii obţinuţi la revenire sunt următorii:Martensita de revenire - se obţine prin încălzirea martensitei de călire între 150-

200 º C şi menţinerea la această temperatură un timp urmată de răcire.Duritatea martensitei de revenire este cu câteva unităţi mai mică decât a

martensitei de călire (excepţie făcând martensita de revenire a unor oţeluri aliate cum ar fi oţelurile rapide ) HRC 58-62.

Revenirea joasă se aplică la sculele aşchietoare , piese solicitate la uzură, etc.Troostita de revenire se obţine prin încălzirea martensitei de călire la temperaturi

între 300-450 º C, menţinerea la această temperatură un timp urmată de răcire.Acest constituent are o duritate de ~ 40-45 HRC, o elasticitate şi o rezistenţă la

oboseală mari.Troostita de revenire se obţine prin revenire medie care se aplică la elemente

elastice cum ar fi arcurile.Sorbita de revenire – se obţine prin încălzirea martensitei la temperaturi cuprinse

între 450-650 º C, menţinute la această temperatură un timp, urmată de o răcire. Duritatea sorbitei de revenire este cuprinsă între 28-38 HB.

Tratamentul termic prin care se obţine sorbita poartă denumirea de îmbunătăţire (călire la martensită urmată de o revenire înaltă).

Se aplică la organele de maşini în mişcare, piese supuse la şocuri, etc.Perlita globulară- se obţine prin încălirea martensitei de călire în intervalul 650-

750 º C urmată de menţinere şi răcire. Perlita globulară are duritate mică , plasticitate ridicată şi se prelucrează bine prin aşchiere.

Lucrarea nr.9_____________________________________________________

Observaţie – la fonte, în urma aplicării acestor tratamente , recoaceri, căliri, reveniri, apar aceeaşi constituenţi şi în plus mai apare şi grafitul. Condiţia ca o ferită să sufere o transformare martensitică (să poată fi călită) trebuie să aibă o cantitate de ferită de peste 50%, în masa de bază, iar carbonul legat în cementită să fie peste 0,4 %.

Oţelurile se pot căli numai atunci când procentul de carbon este de minim 0,2%.În cazul oţelurilor cu un conţinut de carbon sub 0,2% pentru a se putea efectua

călirea trebuie să li se aplice în prealabil un tratament termochimic de cementare. Aceste oţeluri poartă denumirea de oţeluri de cementare, iar cele peste 0,2 % C, oţeluri de îmbunătăţire.

Modul de lucruSe vor supune recoacerii de normalizare 5 probe din OLC45, iar călirii 10.Se vor efectua deasemenea : revenirea înaltă, medie şi joasă.Se va lua duritatea HB şi HCR pentru probele normalizate .Probele vor fi analizate la microscopul optic metalografic după care se va completa

următorul tabel.

Nr. probă

Materialul Structura iniţială Tratamentul termic

Structura finală

Observaţii

Lucrarea nr.9_____________________________________________________

Lucrarea nr.9_____________________________________________________

Perlită lamelară(500:1) Bainită superioară(500:1)

Bainită inferioară(urme de martensită)(500:1) Bainită inferioară revenită(500:1)

Martensită de călire(500:1) Martensită de revenire şi austenită reziduală (500:1)

Lucrarea nr.9_____________________________________________________

Troostită de revenire(500:1)

Sorbita de revenire(500:1)

Perlită globulară(500:1)