SUM_05

16.04.2012

1

1/404/16/2012

SUMSelecţia şi Utilizarea Materialelor

Curs 5

Principii generale de selecţie a oţelurilor pentru durificarea

straturilor de suprafaţă

2/404/16/2012

Subiecte

� Cerinţe impuse oţelurilor durificate la suprafaţă

� Selecţia oţelurilor pentru carburare� Selecţia oţelurilor pentru nitrurare� Selecţia oţelurilor pentru carbonitrurare� Selecţia oţelurilor pentru călirea de

suprafaţă

16.04.2012

2

3/404/16/2012

Cerinţe

� Durificarea straturilor de suprafaţă:� căliri de suprafaţă;

� fascicul de electroni şi laser (energii concentrate);� curenţi induşi de înaltă frecvenţă;� flacără oxi-gaz;

� tratamente termochimice.

4/404/16/2012

Cerinţe

Deşi adâncimea stratului dur este relativ mică, rezistenţa la uzare a

suprafeţei este foarte mare; capacitatea de preluare a solicitărilor de contact

este moderată; rezistenţa la oboseală prin încovoiere este bună; rezistenţa la

smulgerea stratului este bună; deformaţiile de tratament sunt mici;

sensibilitatea la fisurare în timpul călirii este redusă; preţul de cost al

oţelurilor este relativ scăzut; investiţiile de capital sunt medii (tratament în

băi de săruri) sau ridicate (tratament în atmosferă controlată).

C+NCarbonitrurarea

(Cianizarea)

Deşi adâncimea stratului dur este mică, rezistenţa la uzare a suprafeţei este

foarte mare; capacitatea de preluare a solicitărilor de contact este moderată;

rezistenţa la oboseală prin încovoiere este bună; rezistenţa la smulgerea

stratului este excelentă; deformaţiile pieselor tratate sunt extrem de mici;

sensibilitate redusă la fisurare în cursul tratamentului de călire aplicat

înaintea nitrurării; preţul de cost al oţelurilor este mediu spre înalt;

investiţiile de capital sunt medii.

NNitrurarea

Straturile cu o adâncime aleasă corect au o mare rezistenţă la uzare; o

excelentă capacitate de preluare a solicitărilor de contact; o bună rezistenţă

la oboseală prin încovoiere; o bună rezistenţă la smulgerea stratului; o

sensibilitate redusă de fisurare la călirea ulterioară; preţul de cost al

oţelurilor este scăzut spre mediu; investiţiile de capital sunt mari.

CCarburarea

CaracteristiciElementul de

îmbogăţire

Denumirea

tratamentului

Tabelul 4.1 Analiza comparativă a caracteristicilor pieselor tratate termochimic

16.04.2012

3

5/404/16/2012

� Oţelurile pentru carburare sau carbonitrurare au max. 0,25%C urmărind:

� obţinerea unei durităţi ridicate la suprafaţă şi tenacitate în miez (prelucrabilitate bună prin aşchiere, deformare plastică la rece, sudabilitate);� obţinerea unor tensiuni ridicate de compresiune în stratul superficial ca urmare a gradientului mare al concentraţiei de carbon de la suprafaţă spre miez (permite grad mare de încărcare, durată mare de viaţă la încovoiere şi torsiune);

Cerinţe

� Comparaţie oţeluri de îmbunătăţire – oţeluri de cementare.

6/404/16/2012

Cerinţe

� Distribuţia tensiunilor într-un dinte de roată dinţată carburată.

� Selecţia oţelurilor pentru durifcarea suprafeţei este mai dificilă deoarece presupune cunoaşterea proprietăţilor miezului şi a materialului de la suprafaţă (adâncimea stratului durificat şi miscrostructura sa).

16.04.2012

4

7/404/16/2012

Cerinţe

� Dacă cerinţa principală este rezistenţa la uzare şi tensiunile de contact şi/sau solicitările de încovoiere respectiv torsiune sunt scăzute, selecţia se face pe baza călibilităţii.

� Stratul durificare are doar rolul de a prelungi durata de viaţă a piesei.

� Dacă cerinţele impuse cuprind o rezistenţă mare la uzare în condiţii de solicitări importante de compresiune, stratul durificat va trebui să aibă o adâncime suficient de mare şi totodată o capacitate ridicată de preluare a solicitărilor de contact, de regulă în condiţii de alunecare, rostogolire sau o combinaţie a acestora.

� Structura stratului de suprafaţă va fi alcătuită din martensită şi o proporţie cât mai redusă de austenită reziduală (în general sub 20%). La aplicaţii care trebuie să aibă o mare stabilitate dimensională (rulmenţi, aparate de măsură şi control, tehnica militară, etc.) austenita reziduală nu va fi tolerată în structură.

8/404/16/2012

Cerinţe

� Dacă există încărcări specifice mari ale pieselor, oţelul selectat va asigura o combinaţie optimă între adâncimea stratului durificat şi duritatea miezului, astfel încât să fie prevenită strivirea zonei de suprafaţă. Dacă printr-un tratament de durificare a stratului de suprafaţă se urmăreşte prevenirea smulgerii stratului la două piese supuse unor solicitări mari de contact, va trebui ca duritatea suprafeţei să fie extrem de ridicată.

� În asemenea situaţii se vor selecta oţeluri pentru nitrurare sau pentru carbonitrurare, deoarece ambele procese permit obţinerea unei suprafeţe "alunecătoare" cu o rezistenţă maximă la smulgere.

� Tratamentele de durificare a stratului de la suprafaţa pieselor pot fi selectate şi pentru îndeplinirea cerinţelor de rezistenţă mare la încovoiere şi torsiune. Ca şi la oţelurile durificate prin călire directă, nivelul rezistenţei în orice punct de la suprafaţă până la axa neutră trebuie să depăşească tensiunile de lucru. Întrucât oţelurile durificate la suprafaţă se supun de regulă după călirea martensitică unei reveniri joase la o temperatură de până la 200°C, rezistenţa la tracţiune a miezului rămâne ridicată.

� Îndeplinirea cerinţelor inginereşti pentru a se realiza piese performante la un preţ de cost cât mai scăzut presupune efectuarea unor calcule, a unor teste experimentale şi folosirea experienţei dobândite pe piese similare.

16.04.2012

5

9/404/16/2012

Selecţia oţelurilor pt. carburare

� Compoziţie chimică a oţelurilor pentru carburare trebuie să asigure următoarele:

� o mare capabilitate de prelucrare prin procedee de deformare plastică (matriţare, extrudare, etc.);� o bună prelucrabilitate prin aşchiere;� porţiunile hipereutectoide din strat trebuie să aibă o călibilitate adecvată, care va fi estimată prin măsurători de duritate şi/sau examinări micrografice,� dezvoltarea microstructurii impuse la călire şi un nivel cât mai redus al deformaţiilor de tratament;� obţinerea proprietăţilor dorite atât în zonele hipoeutectoide din strat cât şi în miez, printr-o călibilitate adecvată;� după carburare şi tratament termic ulterior piesele trebuie să aibă o tenacitate suficientă pentru a se evita apariţia ruperilor fragile.

� Selecţia are în vedere: călibilitatea stratului, a miezului şi viteza de răcire la tratamentul ulterior de călire.

10/404/16/2012


Tabelul 4.2 Oţeluri pentru carburare

Oţeluri nealiate

Oţeluri aliate cu Cr

Oţeluri aliate cu Cr-Mn

Oţeluri aliate cu Cr-Mn-Ti

Oţeluri aliate cu Cr-Mo

Oţeluri aliate cu Cr-Mn-Mo

Oţeluri aliate cu Cr-Ni

Oţeluri aliate cu Ni-Mo

Oţeluri aliate cu Ni-Cr-Mo

Oţeluri aliate cu Si-Cr-Mn

OLC10; OLC15; OLC20

15Cr9

17MnCr10; 18MnCr11; 20MnCr12

20TiMnCr12; 28TiMnCr12

19MoCr11; 20MoCr10; 26MoCr11

21MoMnCr12

17CrNi16; 18CrNi20; 13CrNi30; 13CrNi35

20MoNi35

17MoCrNi14

20MnCrSi11; 25MnCrSi11

16.04.2012

6

11/404/16/2012


� Nomogramă care permite estimarea rapidă a călibilităţii impuse stratului carburat în cazul durificării barelor rotunde la 60HRC dacă, conţinutul în carbon al suprafeţei este de 0,85%.

12/404/16/2012


� De subliniat este faptul că la mărcile de oţeluri aliate care vor fi călite în apă, pentru evitarea fenomenelor de fisurare conţinutul în carbon al stratului carburat nu va depăşi 0,90%.� Dacă încărcarea specifică este foarte scăzută, în special prin compresiune pură, aproape orice oţel poate fi selectat pentru piese carburate.� În schimb, pentru solicitări mari de încovoiere, torsiune sau tracţiune, nu vor fi selectate niciodată oţeluri sensibile la rupere fragilă.� Un fapt foarte important care trebuie avut în vedere este că oţelurile cu călibilitate echivalentă pentru miez pot avea o călibilitate foarte diferită a stratului carburat;

16.04.2012

7

13/404/16/2012


14/404/16/2012


� Selecţia judicioasă a oţelurilor pentru carburare se face cunoscând:� profilul concentraţiei în carbon;� variaţia durităţii pe secţiunea transversală;� compoziţia chimică;� mărimea grăuntelui austenitic la fiecare oţel considerat;� curbele de călibilitate Jominy pentru diferite concentraţii în carbon la suprafaţa stratului carburat din acelaşi oţel;� condiţiile de răcire la călirea stratului carburat, reflectate după Grossmannde intensitatea factorului H;� forma şi dimensiunile piesei.

� Variaţia durităţii probei de călire frontală poate fi stabilită prin calcul în funcţie de compoziţia chimică a oţelului şi de mărimea grăuntelui austenitic, utilizând următoarea relaţie ;

13898,028,1281,096391,6

5,51438200027,095 2

80...8

−⋅+⋅−⋅−⋅+⋅+⋅+

+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅⋅−⋅=

llKPVSi

NiMnMoCrClCHRC

ASTM

CHRC %6020max ⋅+=

16.04.2012

8

15/404/16/2012


� Luând în considerare compoziţia chimică medie a oţelului 17MnCr10, cu ajutorul relaţiilor anterioare au fost calculate curbele de călibilitate pentru diferite concentraţii în carbon.

� Legătura dintre distanţa de la capătul călit al probei Jominy şi diametrul pieselor cilindrice răcite în condiţii comparabile în stratul carburat pentru diferite intensităţi de răcire, H.

16/404/16/2012


� Pe baza acestor date este posibil ca pentru un oţel de compoziţie chimică cunoscută, din care se execută o piesă cu un anumit diametru şi care va fi călită după carburare în anumite condiţii de răcire (H cunoscut) să se determine conţinutul limită de carbon necesar, sau dimensiunea limită la care se poate atinge adâncimea prescrisă a stratului durificat;� Metodă grafică de determinare a evoluţiei durităţii stratului carburat şi călit la o piesă din oţel 17MnCr10 cu d=50mm răcită cu o intensitate H=0,30 cunoscându-se profilul concentraţiei în carbon.� Cu ajutorul relaţiilor au fost calculate curbele de călibilitate pentru diverse concentraţii în C (a); figura (b) arată legătura dintre d şi l pentru H=0,30, iar figura (c) reprezintă variaţia conţinutului în carbon pe secţiunea stratului cu o grosime δ0,35=1,50mm şi un conţinut al suprafeţei de 0,80%C; de aici rezultă curba gradient de duritate din figura (d). Dacă se ia în considerare valoarea limită a durităţii stratului de 52,5HRC, va rezulta un conţinut limită în carbon de 0,49% şi o adâncime de durificare de numai 1,15m.

16.04.2012

9

17/404/16/2012


18/404/16/2012


� Pentru a asigura o călibilitate adecvată în strat şi pentru determinarea călibilităţii, inginerul proiectant va avea în vedere următoarele:

� Mărcile de oţeluri la care principala contribuţie în obţinerea călibilităţii stratului o au elementele formatoare de carburi (Cr, Ti, Mo, etc.) sunt sensibile în oarecare măsură la apariţia microfisurilor, îndeosebi când după carburare se efectuează o călire directă în apă sau apă cu aditivi. Pentru prevenirea acestor fenomene se va limita conţinutul în carbon al stratului la cel mult 0,90%.� Oţelurile cu un conţinut ridicat în nichel (13CrNi30, 20MoNi35) prezintă în structură o cantitate mare de austenită reziduală (peste 30%) în urma călirii directe după carburare, dacă conţinutul în carbon al stratului depăşeşte 0,75%; cantitatea excesivă de austenită din structură va conduce la pierderea capacităţii oţelului de a suporta sarcinile din exploatare şi implicit la o avariere prin pitting. Efectuarea unei căliri la temperaturi scăzute (-70...-80°C) pentru transformarea austenitei reziduale produce însă microfisuri severe şi poate conduce la fisurare în cursul prelucrării prin rectificare şi la o rupere prematură în cazul solicitării de oboseală prin încovoiere. Problema se poate rezolva prin selecţia unui oţel cu un grad de aliere mai redus şi prin limitarea conţinutului de carbon în stratul carburat.

16.04.2012

10

19/404/16/2012


Tabelul 4.4 Concentraţiile maxime în carbon recomandate în stratul carburat pentru

limitarea proporţiei de austenită reziduală.

Marca de oţel %C maxim în strat

20MoCr10 0,75

17MoCrNi14 0,73

18MnCr11 0,72

20MnCr12 0,70

15CrNi15 0,65

� La carburarea unor secţiuni rotunde de peste 75mm apar dificultăţi legate de obţinerea unei durităţi şi a unei microstructuri corespunzătoare atât în strat cât şi în miez datorită vitezelor mici de răcire la călirea în ulei. În asemenea aplicaţii se vor selecta cu precădere tratamentele de nitrurare sau de călire de suprafaţă. Dacă acest lucru nu este posibil, se va recurge la selecţia oţelurilor pentru carburare cu grad de aliere mai ridicat;

20/404/16/2012


� Atenţie foarte mare trebuie acordată condiţiilor care asigură proprietăţile impuse pentru miez:

� susţinere corespunzătoare a stratului de suprafaţă (pentru a preveni strivirea),� limită de curgere înaltă pentru a transmite momente şi/sau pentru a suporta sarcinile de încovoiere,� tenacitate ridicată pentru a se evita ruperea fragilă.

� Pentru utilizări generale, un miez cu valori de duritate cuprinse între 30 şi 45HRC trebuie să aibă o grosime de strat carburat estimată cu relaţia:

δ 50

70 21 10HRC

F

L=

×−,

� F este forţa de apăsare a celor două suprafeţe, în N;� L - lungimea liniei de contact, în mm;� δ50HRC - grosimea stratului cu duritate de peste 50HRC

16.04.2012

11

21/404/16/2012


� Rezistenţa miezului poate fi apreciată în funcţie de valorile durităţii cu condiţia ca oţelul să fie austenitizat corespunzător (un factor important pentru aplicaţiile cu rezistenţă mare la oboseală de lungă durată). Miezul trebuie să aibă o călibilitate adecvatăastfel încât în urma călirii structura să devină predominant martensitică.

� Strivirea stratului carburat se produce prin forfecare.

� În figură se arată dependenţa rezistenţei la curgere prin forfecare a oţelurilor tratate termic de duritatea acestora. Experimental s-a stabilit că pentru aplicaţiile cu durată lungă de viaţă la solicitări ciclice raportul dintre tensiunea din substrat şi rezistenţă nu trebuie să depăşească 0,55.

22/404/16/2012


� Pentru obţinerea unei tenacităţi maxime în miez este necesară realizarea unei austenitizări corespunzătoare urmată de o călire la martensită (fără urme de ferită).

� Îmbunătăţirea tenacităţii la temperaturi scăzute de exploatare este posibilă prin selecţia oţelurilor aliate cu nichel. În plus, dacă proporţia de austenită reziduală nu depăşeşte 20% oţelurile cu conţinut de nichel îşi păstrează rezistenţa la oboseală de lungă durată prin şocuri repetate (vezi figura) într-o măsură similară oţelurilor fără nichel.

16.04.2012

12

23/404/16/2012

Selecţia oţelurilor pt. nitrurare

� Procesul de nitrurare este utilizat pentru una sau mai multe dintre următoarele raţiuni:� Obţinerea unui strat subţire cu duritate foarte ridicată şi o mare

rezistenţă la uzare.� Asigurarea unei suprafeţe cu o rezistenţă înaltă la smulgerea stratului.� Îmbunătăţirea rezistenţei la oboseală de lungă durată prin dezvoltarea

unor înalte tensiuni reziduale de compresiune în strat.� Creşterea rezistenţei la coroziune (cu excepţia oţelurilor inoxidabile).� Obţinerea unui strat dur cu o mare stabilitate la revenire până la

temperatura de nitrurare.

Tratamentul de nitrurare nu se recomandă a fi aplicat oţelurilor carbon deoarece stratul de suprafaţă este foarte fragil şi are tendinţa de a se exfolia.În schimb, oţelurile aliate cu elemente formatoare de nitruri (Al, Cr, Mo, Ti, V) sunt foarte potrivite pentru un asemenea tratament.Selecţia oţelurilor are în vedere conţinutul în carbon şi valoarea durităţii impuse a fi obţinută în strat.

24/404/16/2012

Selecţia oţelurilor pt. nitrurareTabelul 4.3 Regimuri de nitrurare şi caracteristicile stratului durificat

Regim de nitrurare

Treapta I Treapta a II-a

Marca de oţel T,

°C

t, h α, % T,

°C

t, h α, %

Adânci-mea

stratului

nitrurat, mm

Duritatea

suprafeţei

HV, daN/mm2

21MoMnCr12 510 35 40-50 - - - 0,35-0,45 750-850

20TiMnCr12 500 45-50 15-25 - - - 0,40-0,50 630-720

30MoCrNi20 510 30-40 15-25 - - - 0,20-0,30 750-850

34MoCr11 510 20 15-25 540 40 30-50 0,40-0,50 750-850

34MoCrNi16 510 20 15-25 540 40 30-50 0,40-0,50 750-850

40Cr10 510 35 40-50 - - - 0,35-0,45 750-850

42MoCr11 510 35 40-50 - - - 0,35-0,45 600-750

39MoAlCr15

510

510

510

35

55

12

20-40

20-40

35

-

-

540

-

-

38-48

-

-

65

0,30-0,35

0,50-0,60

0,60-0,80

1000-1150

1000-1150

800-900

10Cr130

(12Cr130)

500

550

600

48

48

48

15-25

25-40

35-50

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,14-0,16

0,25-0,30

0,35-0,40

1000-1050

900-950

800-850

20Cr130

500

550

600

48

48

48

15-25

25-40

35-50

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,10-0,12

0,25-0,30

0,30-0,40

1000-1050

900-950

780-830

40Cr130 550 55 40-55 - - - 0,25-0,35 850-950

10TiNiCr180 560

600

75

60

20-40

40-60

-

-

-

-

-

-

0,10

0,20-0,40

900

800-850

200Cr115 510

510

20

20

20-45

20-45

-

-

-

-

-

-

0,16-0,20

0,20-0,30

900-1100

900-1100

Rp1, Rp3 510-

520

0,25-

1,00

20-40 - - - 0,01-0,025 1340-1460

16.04.2012

13

25/404/16/2012


� În majoritatea cazurilor gradientul de duritate pe secţiunea stratului nitrurat are o mare importanţă pentru durata de viaţă a piesei;

26/404/16/2012


� Adâncimea de strat şi miezul de susţinere al acestuia trebuie astfel selectate încât să poată prelua tensiunile de contact.

� Călibilitatea oţelului trebuie să fie corespunzătoare pentru a furniza o microstructură de martensită revenită (sorbită de revenire), necesară pentru nitrurarea optimă a suprafeţei şi obţinerea unei adâncimi suficiente de strat care să reziste tensiunilor de forfecare, încovoiere şi torsiune.

� Întrucât straturile nitrurate sunt subţiri, duritatea miezului este de obicei ridicată (33-40HRC) şi ca urmare pot apare dificultăţi la prelucrarea prin aşchiere. De aceea, unele oţeluri aliate pentru nitrurare au în compoziţia chimică mici adaosuri de Pb (0,15-0,35%), element care îmbunătăţeşte prelucrabilitatea prin aşchiere.

� Rezistenţa la smulgere a straturilor nitrurate este foarte ridicată, particulele de nitruri contribuie la realizarea unei suprafeţe alunecătoare şi extrem de dure.

� Organele de maşini de tipul roţilor dinţate din componenţa motoarelor cu ardere internă, maşinilor unelte, etc. care sunt exploatate la temperaturi înalte şi viteze periferice mari, pot fi sediul unor smulgeri puternice de material din zona suprafeţei şi de aceea pentru realizarea lor se recomandă selecţia oţelurilor aliate pentru nitrurare.

16.04.2012

14

27/404/16/2012


� Semifabricatele pentru roţi dinţate sunt îmbunătăţite la o duritate care să permită prelucrarea prin aşchiere, apoi urmează operaţia de danturare şi în final nitrurarea.

� Nitrurarea induce tensiuni reziduale de compresiune în straturile de suprafaţă, care măresc rezistenţa la oboseală de lungă durată.

� Cu cât duritatea oţelului aliat nitrurat care conţine 0,40-0,50%C este mai mare, cu atât tensiunile de compresiune sunt mai ridicate şi implicit rezistenţa la oboseală de lungă durată va creşte.

� Cu cât stratul nitrurat este mai adânc cu atât este mai mare modificarea dimensiunilor unei piese date (vezi figura).

28/404/16/2012

Selecţia oţelurilor pt. nitrurarePentru selecţia unui oţel pentru nitrurare trebuie aleasă dimensiunea de semifabricat şi procesul tehnologic care să evite orice urmă de decarburare a piesei când aceasta este pregătită pentru nitrurare. Dacă această cerinţă nu este îndeplinită, va creşte probabilitatea de fisurare şi de exfoliere a stratului nitrurat.

O altă caracteristică a stratului nitrurat este stabilitatea mare la revenire până la temperaturi de 500-550°C. (oţelul 42MoCr11 nitrurat îşi păstrează neschimbată duritatea până la temperaturi de 500-500°C, în timp ce oţelul carburat începe să se înmoaie la temperaturi de peste 200°C)

16.04.2012

15

29/404/16/2012

Selecţia ol. pt. carbonitrurare

� Procesul de carbonitrurare presupune îmbogăţirea simultană în carbon şi azot a stratului de suprafaţă al pieselor. Prezenţa azotului se manifestă prin creşterea substanţială a călibilităţii stratului. (Se observă că pentru o anumită valoare a durităţii semimartensitice, lungimea critică de călire este mult mai mare la probele carbonitrurate.)

30/404/16/2012


� Influenţa puternic pozitivă a azotului în condiţiile în care conţinutul în carbon al stratului este de peste 0,77% permite efectuarea călirii în ulei a oţelurilor nealiate şi aliate, iar ca urmare deformaţiile pieselor vor fi mai mici chiar când se impun valori maxime de duritate.

� Capabilitatea mare de durificare a stratului carbonitrurat permite selecţia materialului pentru multe piese pe baza costului minim de fabricaţie până la operaţia de tratament termic.

� În consecinţă, pentru piese care necesită puţine prelucrări mecanice se vor selecta oţelurile nealiate OLC15, OLC20 şi OLC25.

� Dacă prelucrările mecanice sunt mai extinse, se recomandă oţelurile 17MnCr10 şi 18MnCr11 care datorită alierii cu crom şi mangan oferă o călibilitate mai ridicată a stratului de suprafaţă. Din acest motiv ele pot fi folosite la piese cu grosime de peste 20mm. În situaţiile când prelucrabilitatea prin aşchiere are un rol deosebit de important, pot fi selectate oţelurile pentru automate

16.04.2012

16

31/404/16/2012


� În tabelul 4.6 se prezintă valorile adâncimii stratului carbonitrurat la roţile dinţate cu diferite module. După tratamentul termochimic, urmează o călire martensitică de la temperaturi de 800-825°C şi o revenire joasă la 160-180°C. În aceste condiţii stratul de suprafaţă are o structură alcătuită din martensită de revenire, o cantitate mică de carbonitruri fine cu o distribuţie uniformă şi din 25-30% austenită reziduală.

Tabelul 4.6 Selecţia adâncimii de strat în funcţie de modulul roţii dinţate

Modulul roţii dinţate, mm Adâncimea stratului, mm Duritatea suprafeţei HV, daN/mm2

1,5....3,5 0,3±0,1 710±70 (60±3HRC)

4,0...5,5 0,4±0,1 710±70 (60±3HRC)

32/404/16/2012


Tabelul 4.7 Caracteristicile unor straturi carbonitrurate la 840-860°C, călite în ulei

de la 800-825°C şi revenite la 180°C.

Marca de oţel Adâncimea

stratului, mm

Distanţa,

mm

Conţinutul

optim de C, %

Conţinutul

optim de C+N,

%

Conţinutul

optim de N, %

0,025 0,65-0,90 1,00-1,25

28TiMnCr12 0,5-0,7 0,050 0,60-0,85 1,00-1,15 ;0,35

0,100 0,55-0,80 0,90-1,05

0,025 0,65-0,90 1,00-1,25

40Cr10 0,25-0,35 0,050 0,60-0,85 0,85-1,20 ;0,35

0,100 0,55-0,80 0,80-1,00

16.04.2012

17

33/404/16/2012


� Adâncimea stratului carbonitrurat este dependentă de temperatura şi durata procesului.

34/404/16/2012

Selecţia ol. pt. căl. de suprafaţă

� Călirea de suprafaţă - productivitate mare, posibilităţi de automatizare (execuţia tratamentului termic chiar pe linia de prelucrări mecanice).

� Se obţine un strat cu duritate ridicată şi cu tensiuni de compresiune (rezistenţa la oboseală ridicată).

� Întrucât creşterea durităţii prin formarea martensitei de călire este legată direct de conţinutul în carbon, de fiecare dată selecţia oţelului va începe cu stabilirea concentraţiei minime în carbon care asigură duritatea impusă. (min. 0,30-0,35%C şi max. 0,60-0,70%C).

CIF Flacără oxi-gaz

16.04.2012

18

35/404/16/2012


� Concentraţii mai mari de 0,60-0,70%C nu conduc la o creştere suplimentară de duritate (dacă oţelul este aliat cu elemente de aliere care coboară temperaturile de transformare a austenitei în martensită, la conţinuturi mari în carbon, apare pericolul creşterii cantităţii de austenită reziduală care va micşora duritatea, rezistenţa la oboseală şi limita de curgere a stratului călit).

� Grosimea necesară a stratului durificat prin călire de suprafaţă se stabileşte în funcţie de nivelul tensiunilor de compresiune, întindere, forfecare, încovoiere şi torsiune. Pornind de la valoarea tensiunii se va determina duritatea necesară a fi obţinută şi în funcţie de aceasta va rezulta conţinutul minim în carbon al oţelului.

� Dacă oţelul nealiat nu asigură obţinerea adâncimii necesare a stratului călit se va recurge la selecţia unui oţel aliat

36/404/16/2012


� Adâncimea stratului durificat este influenţată în mare măsură de tratamentul termic anterior călirii de suprafaţă (o structură iniţială de perlită globulară sau lamelară micşorează adâncimea de călire, în timp ce structura sorbitică de revenire o măreşte).

� Dacă nu sunt necesare adâncimi mari de călire este suficientă şi o recoacere completă sau o normalizare.

� În cazul unor segregaţii (P,S) şi a unui conţinut ridicat în incluziuni nemetalice, se pot produce fisuri şi exfolieri ale stratului de suprafaţă (uneori pot apare după câteva zile). Se recomandă selecţia oţelurilor elaborate îngrijit.

� Oţelurile cu granulaţie fină conduc la o adâncime mai mică a stratului călit comparativ cu oţelurile cu granulaţie mare.

� Pentru piese cu adâncimi mici ale stratului călit se vor selecta oţeluri cu granulaţie fină, iar pentru piese cu adâncimi mari de strat, se vor selecta oţeluri cu granulaţie medie.

16.04.2012

19

37/404/16/2012


� La călirea de suprafaţă prin curenţi induşi de înaltă frecvenţă adâncimea stratului durificat depinde de o serie de parametrii. Din figură se poate observa că adâncimea de strat călit (2) nu este aceeaşi cu adâncimea de pătrundere a curentului (1), ambele mărimi scad odată cu creşterea frecvenţei.

� De regulă, adâncimea de durificare se defineşte prin distanţa de la suprafaţa piesei călite până la adâncimea la care se atinge o anumită valoare a durităţii sau se obţine o structură semimartensitică.

38/404/16/2012


� În figură se arată modificarea gradientului termic pe secţiunea unei piese cilindrice în funcţie de valorile puterii specifice şi ale duratei încălzirii. Pentru durate mai mari de încălzire se impune alegerea unor puteri specifice mai mici, în acest fel evitându-se fenomenele de supraîncălzire a suprafeţei.

1- putere specifică mare şi durată de încălzire redusă (curbă teoretică);2 - idem cu 1, dar variaţie experimentală;3 - putere specifică medie şi durată de încălzire medie;4 - putere specifică redusă şi durată mare de încălzire;

16.04.2012

20

39/404/16/2012


� Curbele permit stabilirea adâncimii stratului durificat în funcţie de puterea specifică, durata încălzirii şi viteza de avans la anumite temperaturi de încălzire.

� La durate mai scurte de menţinere temperaturile necesare pentru austenitizare sunt mai ridicate, iar adâncimea de strat durificat va fi mai redusă.

500Hz1000Hz

10000Hz

40/404/16/2012


� În tabel se prezintă un ghid de selecţie a oţelurilor pentru călirea de suprafaţă prin curenţi induşi de înaltă frecvenţă Când se selectează oţelul potrivit pentru piese complexe cum ar fi arborii cotiţi, ansamblele sudate, edificiile, etc. metoda analizei tensiunilor este deseori necesară pentru determinarea istoriei acestora.

Tabelul 4.8 Caracteristicile stratului durificat prin călire de suprafaţă la unele mărci

de oţeluri.

Caracteristici mecanice (tratament anterior - îmbunătăţire) pentru diferite

diametre sau grosimi

16...40mm >40...100mm >100...250mm

Rm Rp0,2 min. Rm Rp0,2 min. Rm Rp0,2 min.

Marca

de

oţel

Duri-

tatea

Supra-

feţei,

HRC

N/mm2 N/mm2 N/mm2

OLC35 45...52 600...

750

370 550...

650

330 500...

600

300

OLC45 51...57 650...

800

400 600...

720

360 600...

720

340

OLC55 57...62 700...

850

450 650...

800

400 650...

800

370

OLC60 57...62 750...

900

490 700...

850

440 - -

40Mn10 53...59 800...

950

550 700...

850

450 - -

35MnSi12 50...56 900...

1050

650 800...

950

550 700...

850

450

40Cr10 51...57 900...

1050

650 800...

950

550 700...

850

450

42MoCr11 54...60 1000...

1200

800 900...

1050

700 750...

900

550

51VMnCr11 57...62 1100...

1300

900 1000...

1200

800 800...

1000

600

SUM_05

Documents

Transcript of SUM_05