capitolul 4tt

8/3/2019 capitolul 4tt

1/18

CAPITOLUL 4.TRATAMENTE TERMOCHIMICE

Tratamentele termochimice au drept scop mbogirea straturilor superficiale ale pieselorcu un anumit element. Spre deosebire de tratamentele termofizice, pe lng modificrilestructurale produc i modificri ale compoziiei chimice n structurile superficiale. n acest fel secreeaz o diferen net de structur i caracteristici mecanice ntre stratul mbogit i miezul

neafectat, aceast difereniere fiind de fapt scopul de baz al oricrui tratament termochimic.

Fig. 4.1. Clasificarea tratamentelor termochimice

Diferenierea strat - miez, obinut prin tratament termochimic, chimic propriu-zis poatefi accentuat prin aplicarea unor tratamente termofizice ulterioare, fa de care cele dou zone ale

piesei se comport diferit.Tratamentele termochimice se clasific dup elementul cu care se mbogete stratul

superficial, dup numrul acestora, sediul n care se realizeaz i temperatura la care are loctratamentul. n figura 4.1. se propune o clasificare a acestora, artndu-se i numele pe care l

poart tratamentul.Un tratament termochimic presupune

introducerea piesei ntr-un spaiu nchis (cutie metalic,

spaiul de lucru al unor cuptoare speciale, creuzet) n carese afl mediul ce servete ca surs de atomi activi inclzirea acestui ansamblu la temperaturi bine precizate,n funcie de tipul tratamentului i meninerea la aceasttemperatur un timp determinat de adncimea de

penetrare a atomilor dorit.Tehnologia presupune trei etape succesive:

disocierea, absorbia i difuzia (fig. 4.2).a. Disocierea reprezint fenomenul de

descompunere a moleculelor din mediul gazos(n cazulmediilor solide i lichide faza gazoas apare ca urmare a

unor reacii chimice de descompunere sau de alt tip,determinate de componentele mediului i temperatura delucru) n atomii activi. n cazul carburrii (fig.4.2.)

Fig. 4.2. Etapele desfurrii tratamentelortermochimice


2/18

moleculele de gaz metan se descompun ntr-un atom de carbon i dou molecule de hidrogen. nfuncie de tratamentul termochimic pot avea loc urmtoarele reacii de descompunere :

CH42H2 +Cn cazul carburrii

2CO CO2 +C2NH33H2 +2N

n cazul nitrurrii, etc.

n consecin, spaiul de lucru al instalaiei n care se realizeaz tratamentul termochimicva fi plin de atomi activi ai elementului dorit i ai elementului ce mai rezult, precum i demolecule nedescompuse ale gazului. Numrul atomilor activi este funcie de gradul de disociere,definit prin raportul dintre numrul moleculelor disociate i cel total iniial. Gradul de disociere

poate fi reglat acionnd asupra temperaturii i presiunii fiind unul dintre principalii parametri aitehnologiei de tratament termochimic.

b. Adsorbia este fenomenul de acumulare la suprafaa piesei a atomilor activi i deinteraciune cu atomii metalului. Ei ptrund n locurile vacante din reeaua masei metalice de

baz, formnd soluii solide, iar dup atingerea solubilitii maxime poate avea loc orestructurare a reelei i formarea unor faze noi. n anumite condiii, atomii absorbii pot formadirect compui chimici, trecnd peste etapa de formare a soluiei solide. Fenomenul de adsorb(ieeste influenat de natura i debitul de atomi activi, compoziia oelului, temperatura i stareasuprafeei piesei, etc.

c. Difuzia const n migrarea atomilor adsorbii pe suprafaa piesei ctre interiorul ei(fig.4.2.). Cantitatea de metal difuzat spre straturile interioare ale piesei este direct proporionalcu seciunea transversal de difuzie, gradientul de concentraie n direcia difuziunii i cu timpul.Expresia matematic a fenomenului (prima lege a lui Fick) este :

unde: dm - cantitatea de metal difuzat;D - coeficientul de difuziune;dc - variaia de concentraie;dx - grosimea stratului elementar;dS - seciunea transversal de difuzie pe direcia dx;d - timpul elementar.Coeficientul de difuziune D reprezint cantitatea de substan difuzat n timp de o

secund printr-o suprafa de 1 cm2 la o variaie a concentraiei dc/dx = l, iar semnul negativ dinfaa sa arat c deplasarea atomilor are loc de la concentraii mai mari spre poriuni mai srace natomii respectivi.

Cum n realitate deplasarea atomilor nu se face numai n direcia x, relaiile matematicece definesc fenomenul de difuziune sunt mult mai complexe, iar soluiile lor mult mai variate,depind cadrul acestui curs.

Din punctul de vedere practic, prezint o deosebit importan coeficientul de difuziuneD, dar el este destul de greu de calculat, necesitnd mijloace de investigaie foarte pretenioase.El variaz exponenial cu temperatura :

n care: D0 - o constant ce depinde de tipul reelei cristaline, de frecvena oscilaiilor atomuluice difuzeaz, etc. [cm2/s];

R - constanta gazelor [J/atom gram C];Q - energia de activare, respectiv energia necesar deplasrii unui atom gram de

particule dintr-o poziie n alta [J/atom gram];T - temperatura absolut [C].

Exist dou modaliti de realizare a difuziunii prin interstiiu i prin substituie. nprimul caz atomii ce difuzeaz se aeaz n spaiile interatomice ale reelei cristaline i pot migracu uurin n reea dintr-o poziie n alta. Acest mecanism este caracteristic acelor elemente acror raze covalente sunt apropiate cu ale locurilor libere din reeaua fierului (0,52 ) i ele


3/18

formeaz soluii solide interstiiale: C (0,77 ); N (0,75 ); B (0,82 ). Difuziunea prinsubstituie presupune fie ocuparea locurilor vacante din reea, fie nlocuirea atomilor reeleisituai pe acelai plan cristalografic. Este cazul Si, Mn, Ni, Cr, etc.

Principala deosebire ntre cele dou mecanisme de realizare a difuziei este mrimeaenergiei de activare necesar, respectiv valoarea coeficientului de difuzie. Dac n cazul difuzieiinterstiiale este necesar atingerea valorii energiei de activare, n cazul celui de substituie estenecesar s existe i locuri vacante n reea, pentru ca deplasarea atomului difuzat s fie posibil.

n acest al doilea caz, probabilitatea de realizare a difuziei este mai mic.Dintre factorii mai importani, care influeneaz difuzia, se amintesc: natura elementuluidifuzat, concentraia sa la suprafaa piesei, temperatura, durata tratamentului, existenaimperfeciunilor n reeaua masei metalice de baz, granulaia oelului, starea suprafeei piesei,etc.

Rezultatul tratamentului termochimic depinde de raportul care exist ntre intensitatea dedesfurare a celor trei etape mai sus amintite, fapt ce impune un control riguros al parametrilortehnologici. Situaiile care pot apare sunt urmtoarele (notaiile folosite sunt Ds - disociere, A -absorbie i D - difuzie):

a. Ds < A - numrul atomilor activi este prea mic, mbogirea stratului insuficient;b. Ds > A - apare un exces de atomi activi care pot regenera moleculele de gaz (sau se

depun pe suprafaa piesei sub form de funingine, n cazul carburrii);c. A < D - concentraia atomilor difuzai n straturile superficiale nu poate atinge valoarea

maxim. Sunt necesare durate mari de meninere;d. A > D - se menine o concentraie maxim n straturile superficiale, chiar la durate de

meninere scurte.nainte de prezentarea tratamentelor termochimice trebuie subliniat faptul c n ara

noastr s-au obinut rezultate frumoase i recunoscute pe plan mondial n acest domeniu.

4.1. CarburareaCarburarea are drept scop mbogirea n carbon a straturilor superficiale ale piesei pn

la concentraii de 0,7 - 1,0 %, n vederea obinerii unei duriti ridicate prin clire ulterioar.Deci carburarea este un tratament termic complex, care const dintr-un tratament termochimic dembogire a straturilor superficiale n atomi de carbon numit carburare, un tratament termofizicde clire la martensit a acestui strat n vederea obinerii duritii ridicate i o revenire latemperaturi joase. Stratul carburat asigur suprafeei piesei o duritate mai mic datoratconinutului sczut de carbon, asigurnd astfel o tenacitate static i dinamic ridicat.

n consecin, oelurile potrivite pentru carburare vor avea un coninut sczut de carbon,cuprins ntre 0,1 - 0,25 % rareori pn la 0,3% n cazul oelurilor aliate. Alierea oelurilor decarburare are drept scop mbuntirea caracteristicilor mecanice ale miezului i mbuntirea

clibilitii oelului: se vor folosi atunci cnd condiiile de rezisten impun acest lucru.Oelurile de carburare indigene, recomandate pentrucarburare sunt: OLC10; OLC15; OLC20; 13CrNi23;13CrNi33; 18MoCrNi6; 18MoCrNi13; 17MnCr10;15MoMnCr12; 21MoMnCr12; 21TiMnCr12; 28TiMnCr12.

4.1.1. Adncimea stratului carburatn figura 4.3. se prezint curba de variaie a

concentraiei de carbon de la suprafaa piesei ctre centrulei. ntruct este greu de determinat adncimea total dedifuzie a carbonului c, corespunztoare punctului de

intersecie a curbei cu concentraia n carbon iniial aoelului (a miezului), s-a fixat o concentraie limit de 0,4%C (C0,4) pn la care stratul se consider a fi carburat.Aceast concentraie nc mai asigur o duritate suficient de

Fig. 4.3. Temperatura i durata meninerii lacarburare.


4/18

ridicat a stratului dup clire. n consecin, se consider strat carburat sau adncime util 0,4,stratul a crei concentraie n carbon este mai mare de 0,4. Acesta nu trebuie confundat cu stratulcarburat sau adncimea de carburare, care intereseaz de fapt proiectantul i care se definete cafiind adncimea care se obine dup carburare i clire. Ea nu este deci identic cu adncimea decarburare i se determin prin msurarea duritii sau pe cale metalografic, duritatea minim

pn unde se consider c stratul este carburat (dup clire) este de 55 HRC, respectiv 625 HV.Curba din figura 4.3. este bine determinat pentru o anumit temperatur i durat de

meninere. Concentraia maxim n carbon Cs este la suprafaa piesei i n practic ea rmne maimic dect concentraia de saturaie Csat, a austenitei la temperatura respectiv. La durata demeninere ns, concentraia la suprafa poate atinge cea de saturaie a austenitei. Prin Cpot s-anotat potenialul n carbon al mediului de carburare.

Adncimea stratului carburat variaz ntre limitele 0,1 - 1,2 mm, uneori putnd depivaloarea de 2 mm.

4.1.2. Temperatura de carburarePentru difuzia carbonului n cele mai bune condiii, piesa trebuie nclzit pn n

domeniul austenitei: Tpf= Ac3 + 50C,ea permind o difuzie uoar a carbonului i fiind structura de plecare pentru tratamentul

termofizic de clire ce urmeaz carburrii.Temperatura influeneaz asupra adncimii stratului carburat, dac adsorbia se

desfoar cu vitez mai mare dect difuzia, adncimea stratului carburat crete cu temperatura,pentru aceeai durat de meninere. Concentraia n carbon la suprafaa piesei C s crete i eaodat cu temperatura. Dac fenomenul de adsorbie se desfoar cu vitez mai mic dectdifuziunea, coninutul de carbon la suprafa scade cu temperatura, iar adncimea stratuluicarburat crete. Dar n acest caz sunt necesare durate de meninere mai ndelungate.

La alegerea temperaturii de carburare trebuiesc avute n vedere i alte aspecte; din punctde vedere economic temperaturile ridicate sunt avantajoase ntruct accelereaz procesul dedifuzie i scurteaz durata ciclului de carburare. Din punctul de vedere al granulaiei austeniteins ele sunt neindicate, grunii crescnd foarte mult, iar caracteristicile finale ale stratuluicarburat fiind mai slabe.

n practic temperaturile de carburare sunt de ordinul 900 920 C cu tendina de a ridicatemperatura la valori de 950 1000 C pentru a mri viteza de difuziune a carbonului.Temperaturile ridicate sunt indicate numai n cazul oelurilor cu granulaie fin, iar cele de1000C este bine s fie evitate datorit tendinei de formare a reelei de cementit(hipercarburarea).

4.1.3. Durata procesului carburriiDurata procesului de carburare T se consider din momentul n care piesele au atins

temperatura de carburare dat, deci fr durata de nclzire propriu-zis.

n cazul cnd procesul de carburare se execut n aa fel nct concentraia n carbon lasuprafaa piesei s fie egal cu concentraia de saturaie, durata procesului carburrii se poatedetermina folosind o relaie parabolic, propus de Harris:

0,4 = KT respectiv = 0,4 / K [h]n care:0,4 - adncimea stratului carburat cu C >0,4%, n mm;

t - durata carburrii, n ore;K - un coeficient ce depinde de temperatura de carburare i ale crui valori sunt date n

tabelul 4.1.Tabelul 4.1.

Temperatura de carburare T[C]

860 900 920

K 0,01

8

0,02

1

0,025

ntruct durata carburrii depinde de foarte muli factori (temperatur, mediu decarburare, potenialul de carbon, etc.), la determinarea ei este recomandat experimentul. nainte


5/18

de lansarea tehnologiei de carburare pentru un reper se fac ncercri pe probe martor la diferitetemperaturi i pentru diferite durate de meninere.

tiut fiind faptul c este posibil utilizarea unor regimuri echivalente temperatur-durat,se va alege regimul corespunztor posibilitilor utilajelor din dotare.

Orientativ, se pot utiliza i valorile vitezelor de carburare determinate experimental:- pentru straturi de 1 - 2 mm vc = 0,3 0,4 mm/h;- pentru valori mari 2 - 3 mm vc = 0,2 0,3 min/h.

4.1.4.Structura stratului carburatO pies corect carburat trebuie s prezinte n zona superficial structura corespunztoare

unui oel eutectoid cu 0,8%C - perlit, n zona de trecere cu o structur perlito-feriticcorespunztoare unui oel hipoeutectoid cu 0,6 0,7%C, iar n zona neafectat de carburarestructura iniial ferito-perlitic, corespunztoare oelului cu un coninut sub 0,25%C.

Dac coninutul n carbon este mai mare de 0,8%C i nu depete 1,2%C, structurastratului superficial va fi cea a unui oel hipereutectoid compus din perlit i o reea in decementit secundar.

n cazul cnd concentraia n carbon la suprafa este mai mare de 1,1 - 1,2% (fenomenulde hipercarburare), se observ o cretere cantitativ a reelei de cementit secundar, reea ce

creeaz dificulti la clire, iar mai apoi n exploatarea piesei prin scderea accentuat arezistenei la oboseal.

Adncimea stratului se consider s fie stratul cu un coninut de carbon mai mare de0,4% (n practic greu de determinat), fie grosimea zonei superficiale plus jumtate din zona detrecere. Aceasta poate fi uor determinat prin rcirea lent a pieselor sau probelor carburate iexamenul macro sau microscopic.

Dup efectuarea clirii, structura unui strat corect carburat const n martensit, austenitrezidual i carburi. Ultimii doi constitueni apar n cazul oelurilor aliate de carburare. i cumitinerarul tehnologic al unei piese carburate se ncheie cu o revenire joas, structura final vaconsta n martensit de revenire, austenit rezidual i carburi fin dispersate.

n conformitate cu STAS 7235-90 adncimea stratului carburat corespunde cu grosimeastratului carburat, fapt incorect, ntruct nu definete adncimea util (carburat) obinut dupclire, ci numai pe cea perlitic i total.

4.2. Metode de carburare

innd seama de mediul de carburare folosit se disting trei metode de, carburare : nmediu solid, lichid i gazos. n cele ce urmeaz se trec n revist aceste metode, insistndu-seasupra celor moderne utilizate i n ara noastr.

4.2.1. Carburarea n medii solideEste cel mai vechi procedeu de carburare al oelului, fiind utilizat mai mult pentru pieseunicat sau loturi mici de piese, n ateliere nespecializate, etc.

Mediul de carburare este alctuit dintr-o substan care cedeaz atomi activi de carburarei o substan de activizare a procesului. Materialele care cedeaz carbonul pot fi: manganul,diferite sorturi de cocs sau crbunele de provenien animal. Dintre varietile de mangal celmai bun este mangalul de lemn de mesteacn, deoarece are o rezisten mecanic mare iformeaz puin cenu.

Pentru accelerarea procesului de carburare se adaug diverse sruri de activare, cum sunt:carbonaii metalelor alcalino-pmntoase sau alcaline, precum i clorurile: BaO, CaCO3, CaO,

NaCl, BaCO2 i cel mai cunoscut activator BaCO3.

Piesele se aeaz n cutii speciale (fig.4.4.) umplute cu amestec de carburare n aa felnct ntre ele i marginea cutiei s fie o distan suficient pentru mediul de carburare. Cutiileetanate se supun nclzirii la temperaturi de 900-950bC, temperatur la care oxigenul din aerulnchis n cutie reacioneaz cu carbonul, avnd loc o ardere incomplet:


6/18

2C + O2 2CO2CO CO2 + Cactiv ,

iar carbonul liber este adsorbit de fierul i difuzeaz n piesC a + Fe Fe (C)

Adugarea carbonailor activeaz procesul de carburaredup schema de mai jos :

BaCO3 + C BaO +2CO

2CO CO2 + CactivCO2 + BaO BaCO3Ca + Fe Fe (C).

Se observ c prin adugarea de carbonat de bariu seobine o surs n plus de carbon activ, iar carbonul esteteoretic inepuizabil.

Durata de meninere la temperatura de carburare estefuncie de adncimea de carburare dorit. Ca valoareorientativ se poate lua 8 - 10 ore pentru l mm grosime astratului carburat.Mediile de carburare solide utilizate n practica industrial

sunt prezentate n tabelul 4.2.Mediile de carburare solide trebuie s satisfac

urmtoarele cerine:- s fie uscat, umiditatea maxim admis fiind 5%;- granulaia uniform, mrimea granulelor fiind de 8-15 mm pentru a asigura

permeabilitatea necesar circulaiei gazelor. Granulele mici trebuiesc eliminate princernere, iar cele mari care micoreaz suprafaa de reacie trebuiesc sfrmate;- coninutul de sulf ct mai sczut pentru a mpiedica formarea gudroanelor;- substanele activante trebuie s peliculeze granulele de mangal;- la reutilizarea amestecului se adaug ntotdeauna 10 % amestec proaspt;- cnd este pericol de supracarburare, cantitatea de substan activant trebuie redus.Dup realizarea operaiei de carburare, cutiile trebuiesc rcite ct mai repede pentru a

micora efectul decarburant al gazelor ce se produc datorit deplasrii echilibrului CO-CO2-Cctre concentraii mai mari de CO2.

O variant a carburrii n mediul solid este carburarea n paste. Amestecul uscat estenlocuit cu amestec pstos, care se depune n strat subire numai pe suprafeele ce trebuiecarburate i apoi se usuc. Pasta se prepar din substanele solide purttoare de carbon,carbonaii (activatori) i lianii organici, componeni amestecai n cantitatea necesar obineriiconsistenei pastei. n tabelul 4.3. se prezint reete recomandate la prepararea pastelor decarburare.

Pasta se depune n straturi succesive sau prin imersarea pieselor n vasul cu past.

Grosimea stratului de past trebuie s fie de 6-8 ori mai mare dect adncimea stratului carburati trebuie aplicat numai pe suprafeele ce trebuiesc carburate.Carburarea n past poate fi aplicat i n cazul produciei de serie, pretndu-se la

mecanizare i automatizare; este mult mai economic datorit duratelor mai scurte.4.2.2. Carburarea n medii lichideMediul de carburare const dintr-o baie de sruri topite i nclzite la temperatura

corespunztoare carburrii. Cea mai uzitat baie de carburare const din 78-85 % Na2CO3,10-15 % NaCl i 6-8 % SiC, iar reaciile caracteristice sunt:

2Na2CO3 +SiC Na2SiO3 + Na2O + 2CO + Cactiv2CO CO2 + Cactiv.

Silicatul de sodiu, oxidul de sodiu i grafitul se separ sub form de zgur, iar o parte dincarburat de siliciu se depune la fundul bii, unde treptat devine vscoas i mai puin activ.Pentru activizarea ei, la fiecare trei ore se adaug carbur de siliciu n proporie de 0,5% din

Fig. 4.4. Aezarea pieselor n cutiispeciale.


7/18

greutatea bii i carbonat de sodiu pn la nivelul necesar al bii. Odat la 1-1,5 luni baia senlocuiete complet.

Tabelul 4.2.

Tabelul 4.3.

Temperatura de carburare este cuprins ntre 900-950 C, iar durata de meninere este de1 or / 0,2 mm grosime a stratului carburat. Adncimi mai mari de 0,2 mm nu sunt recomandate,deoarece la durate de meninere ndelungate baia se degradeaz.

Pentru accelerarea procesului de carburare se pot folosi ultrasunetele, procedeulelectrolizei, carburarea cu nclzire n electrolit, carburarea cu nclzire prin inducie, carburarean font topit, etc.

Carburarea n medii lichide se folosete mai mult n cazul pieselor mici din mecanicafin, suprafaa pieselor rmnnd foarte curat.

4.2.3. Carburarea n medii gazoaseEste o tehnologie modern care tinde s nlocuiasc metodele prezentate pn acum,

pretndu-se foarte bine automatizrii, produciei de serie i intercalrii n fluxul de fabricaie alpieselor.

Schema general a carburrii n medii gazoase este prezentat n figura 4.5. Gazulcarburant trece prin reductorul de presiune 1 i robinetul 2, prin usctorul 3 i debitmetrulrotametric 4, intrnd n spaiul nchis 6 (cutie, retort, mufl, creuzet) n care sunt arjate piesele7. Creuzetul este montat ntr-un cuptor electric sau cu flacr 9, i nclzit pn la temperatura

necesar carburrii, aceasta msurndu-se cu termocuplul 10 i milivoltmetrul 11. Presiuneagazului carburant este msurat cu manometrul 5. Pentru a intensifica fenomenul de adsorbiegazul este recirculat n creuzet cu ajutorul ventilatorului 8.


8/18

Pentru asigurarea unui curent continuu de gazcarburant, incinta de carburare este prevzut cu o conduct deevacuare la captul creia gazele folosite i excesul de gaz suntaprinse. Flacra 12 prin culoarea sa furnizeaz indicaiicalitative asupra mersului carburrii. Mediile de carburare sempart n trei grupe principale, n funcie de modul de obinere:

- medii naturale, utilizate ca atare, fr a fi preluat sau

pregtite: gazul natural (cu peste 92% CH4), gazul de sond,gazul de cocserie, gazul de iluminat;- medii produse prin gazeificare (piroliza) unor

hidrocarburi lichide picurate n spaiul de carburare: petrollampant, benzol, metanol, etc.;

- atmosfere controlate formate dintr-un amestec de gazesuport (gaz purttor) i gaz carburant (metan, propan).

Mediile gazoase au la baz n principal hidrocarburile gazoase saturate; cele nesaturatenu sunt carburizatori buni, deoarece tind s se disocieze cu formare de funingine i gudroane,care se depun pe suprafaa pieselor i mpiedic desfurarea adsorbiei i difuziei.

Chimismul separrii carbonului atomic n cazul carburrii n gaze se reduce n principiu

la descompunerea metanului i a oxidului de carbon:CH4Ca + 2H2;2C Ca + CO2.

Carburarea n gaz metan

Prin nclzire rapid pn la 1000 C, metanul nu sufer nici o transformare; latemperaturi mai ridicate se descompune n hidrogen i acetilen. n prezena catalizatorilor defier gazul metan se descompune dup reacia artat mai sus. Sensul reaciei depinde detemperatur, presiune i de prezena catalizatorilor, la temperaturi mari echilibrul deplasndu-sespre dreapta.

n cazul carburrii rolul de catalizator n descompunerea metanului joac nsi suprafaapieselor ce urmeaz a fi carburat.

Dac metanul are un coninut prea ridicat, procesul de carburare este ncetinit sau chiarnlocuit de procesul de decarburare:

CH4 + 2H2O CO2 + 4H2CH4 + 2H2O CO + 4H2

hidrogenul rezultat reacioneaz cu Fe3C:Fe3C + 2H2Fe + CH4

iar vaporii de ap n exces pot reaciona cu carbonul obinut din metan:H2O+C CO+H2

2H2O + C CO2 + 2H2Pentru prevenirea acestui fenomen gazul metan trebuie uscat nainte de utilizare prin trecerea lui

peste clorur de calciu calcinat.

4.2.4. Practica carburriinainte de carburare piesele trebuiesc curate de ulei, grsimi sau alte impuriti.

Protejarea contra carburrii a suprafeelor ce nu trebuiesc tratate n cazul mediilor de carburaresolide, se poate realiza cu argil sau cu amestecuri pe baz de argil. Protejarea numai cu argilnu este prea eficace, deoarece chiar atunci cnd se usuc ncet, se crap uor. Avantajul este care pre de cost sczut. Pentru ca argila s nu cad de pe suprafeele ce se protejeaz, ele senfoar cu srm direct pe locul ce urmeaz a se proteja. Uneori, naintea aplicrii stratului deargil, pe suprafaa respectiv se pune azbest cu scopul de a evita murdrirea piesei. Acest

procedeu de protejare este util doar n cazul pieselor unicat i a loturilor mici de piese, solicitndmunc manual.

Suprafeele ce trebuiesc protejate se pot acoperi i cu paste protectoare preparate din: fin de cuar pentru turntorie 41,0% oxid de titan 11,5%

Fig.4.5.Instalaie de carburare nmedii gazoase


9/18

oxid rou de fier 2,5% alumin calcinat 5,0% verde de crom 40,0%Toi aceti componeni se amestec cu o soluie de silicat de sodiu de aproximativ 4-50 g

la 100 g. Pasta se aplic prin pensulare ntr-un strat cu grosimea de 0,75 mm; nainte deintroducerea pieselor n spaiul de carburare, prile protejate sunt uscate lent, ie natural, fie pe

plite.

Un alt sistem de protejare este depunerea galvanic a unui strat de cupru cu o grosime deminimum 0,25 mm. Fiind necesare instalaii suplimentare, aceast metod este rentabil numain cazul produciei de serie, cnd automatizarea este realizabil.

4.2.5. Tratamente termofizice dup carburarePiesele carburate nu pot fi utilizate n aceast stare, deoarece stratul carburat nc nu are

duritatea necesar, iar granulaia miezului piesei este grosolan datorit meninerii ndelungate latemperatura de carburare. n cazul cnd dup carburare mai sunt necesare i unele operaii de

prelucrare mecanic, trebuie avut n vedere i prelucrabilitatea nesatisfctoare a stratului.Tratamentele termofizice obligatorii dup carburare sunt clirea i revenirea la

temperaturi joase. n afara acestora se pot aplica i recoaceri pentru a corecta neajunsurile artate

mai sus. De cele mai multe ori ns piesele fiind prelucrate la gata nainte de carburare,tratamentele termofizice ce se aplic sunt clirea i revenirea joas.

La stabilirea regimului de clire trebuie avute n vedere faptul c miezul piesei este unoel hipoeutectoid (0,1 - 0,25 %C), iar stratul carburat corespunde unui oel hipereutectoid(0,8 - 1,0 %C). De asemenea trebuie inut cont de gradul de aliere al oelului, el modificnd

poziia punctelor critice, vitezele critice de clire, etc.

4.3. Nitrurarea

Este procedeul termochimic de saturare superficial a pieselor confecionate din oelurialiate, n scopul creterii duritii superficiale, a rezistenei la uzare, a rezistenei la cald i lacoroziune.

Azotul atomic se obine prin disocierea amoniacului:2NH32Nactiv + 6H

N2 + 3H2 ,mediul de nitrurare fiind alctuit din azot i hidrogen atomic; aceti doi componeni trecndfoarte repede n stare molecular i deci pierzndu-i activitatea, este necesar un curent continuude gaz de nitrurare.

Azotul activ ptrunde n stratul superficial formnd o serie de soluii solide ( sau ), sau

formeaz cu fierul o serie de nitruri (Fe2N sau ; Fe4N sau ) sau carbonitruri.Adncimea stratului mbogit n azot are valori cuprinse ntre 0,16- 0,3 mm, iar structurastratului const din mai multe substraturi n care sunt prezente Fe4N i Fe2N ce au o duritatefoarte ridicat, 68-72 HRC i soluia solid de ferit aliat cu azot.

4.3.1. Temperatura de nitrurareSe recomand s fie cu 50 C mai sczut dect temperatura eutectoid din diagrama

Fe-N: Tpf= 680 - 50 = 630 CTemperaturile uzuale sunt cuprinse n intervalul 500 - 600 C. Adncimea stratului

nitrurat crete odat cu temperatura, dar simultan are loc o accentuat scdere a duritii.Duritatea maxim, pentru o anumit temperatur, se obine dup o anumit durat, care este cu

att mai mare cu ct temperatura este mai sczut.La temperaturi de nitrurare mai mari de 660 C nu se obine o duritate suficient datoritformrii de nitruri grosolane i a difuziunii intense a azotului n straturile profunde ale piesei.


10/18

n cazul nitrurrii anticorosive (se aplic pieselor din oeluri carbon: tije, boluri, robinete,piese pentru becuri de sudur, etc.), temperaturile sunt mai ridicate, avnd valori cuprinse ntre650 - 700 C. Se favorizeaz apariia unor nitruri de tipul + + ', cu un potenialelectrochimic mai ridicat dect oelul nenitrurat, ceea ce produce pasivitatea suprafeei fa deageni corosivi ca: atmosfera umed, apa de la reea, abur, soluii alcaline slabe.

4.3.2. Durata nitrurrii

ntruct la temperaturile de nitr-urare uzuale 500 - 550 C att viteza de difuzie ct isolubilitatea azotului n ferit sunt mici, duratele de meninere sunt foarte lungi. Acestea suntdependente de temperatur i de adncimea stratului nitrurat.

n cazul adncimilor de nitrurare curente, durata este de 50 - 60 ore; n cazul pieselormici este de cca. 10 ore. Dac straturile sunt groase durata poate atinge 100 de ore, procedeuldevenind neeconomic. Pentru necesiti practice, n cazul nitrurrii ntr-o singur treapt, se

poate lua ca vitez medie de nitrurare valoarea de 0,01 mm/h. Fiind un tratament termochimicscump, se supun nitrurrii numai piesele solicitate extrem de puternic, cum sunt sculele speciale,roile dinate cu dantur special, organe ale motoarelor de avion, motoarelor Diesel, turbinelor.

4.3.3. Metode practice de nitrurare

n practic nitrurarea n mediu gazos se execut n variante n funcie de scopul urmrit.Cel mai frecvent se utilizeaz nitrurarea cu o singur treapt (fig.4.6.) care este de altfel

procedeul convenional. Rcirea arjei se face prin oprirea cuptorului i introducerea unui debitsuplimentar de amoniac - sau mai bine de azot molecular - pentru a preveni ptrunderea aerului

prin neetaneiti, datorit contraciei gazelor din retort. Rcirea se face pn la 200 C, apoipiesele se scot la aer.

Fig. 4.6. Cicluri de nitrurare

Ciclul de nitrurare n dou trepte se aplic pentru accelerarea procesului de nitrurare,fiecare din trepte fiind caracterizat printr-un grad de disociere i temperatura de lucru. Primatreapt are drept scop obinerea unei duriti superficiale ridicate.

Gradul de disociere fiind ridicat, stratul superficial este foarte bogat n azot, fiind alctuitdin nitruri i , care sunt foarte fragile. Treapta a doua se realizeaz la temperatur mai ridicati cu un grad de disociere mai mare; azotul aflat n exces la suprafa difuzeaz spre straturileinterioare, ndeprtnd stratul fragil de la suprafa. n aceast a doua treapt crete adncimeastratului nitrurat. Aceast metod are i o variant mai modern; n prima treapt are locsaturarea n azot, pentru ca n cea de a doua, excesul de azot s fie ndeprtat prin denitruraren atmosfera cuptorului i prin difuzie spre straturile interioare. n aceast perioad crete foartemult grosimea stratului nitrurat.

Ciclul cu trei trepte se aplic atunci cnd este necesar eliminarea fragilitii stratuluinitrurat.

4.3.4 Practica nitrurriiNitrurarea este de regul un tratament termochimic final, deci piesele pot fi prelucrate

complet nainte de nitrurare. Uneori, dup nitrurare se poate aplica o lefuire, n care scop se las

un adaos de 0,02-0,04 mm. Nitrurarea modific foarte puin dimensiunile pieselor, calitateasuprafeelor fiind corespunztoare.Avnd n vedere c piesele nitrurate trebuie s aib i o tenacitate ridicat, li se aplic n

prealabil un tratament termofizic de mbuntire, n vederea obinerii unei structuri sorbitice.mbuntirea se va plasa ntre degroare i finisare, pentru a permite eliminarea stratului


11/18

decarburat ce se formeaz la mbuntire, oelurile pentru nitrurare avnd o pronunat tendinspre decarburare datorit prezenei aluminiului n compoziia chimic.

La piesele la care se execut nitrurarea local numai pe anumite suprafee, restulsuprafeelor se protejeaz prin acoperire cu straturi ce trebuie s fie aderente, dense i s nu intren reacie cu amoniacul disociat. Metodele de acoperire folosite sunt:1 1. Acoperirea cu materiale nemetalice, cum sunt sticla solubil, diverse paste, care suntaplicate prin pensulare;

2. Acoperirea prin depunere electrolitic a cuptorului i apoi a nichelului sau princositorire galvanic. Devine rentabil numai n cazul produciei de serie mare pe utilajemecanizate i automatizate;

3. Prin prevederea unor adaosuri de prelucrare de 0,2-0,8 mm n zonele respective. Seaplic n cazul cnd suprafeele ce trebuiesc protejate sunt foarte mari, iar protejarea devinecostisitoare.

Suprafeele supuse nitrurrii trebuiesc curite de grsimi, ulei i eventuale pete derugin. Pentru degresare se folosete benzina sau metoda de electrodegresare. Piesele ce senitrureaz este bine s fie fosfatate n prealabil, stratul fosfatat mrind suprafaa de adsorbiedatorit porozitii sale.

Defectele ce pot nsoi nitrurarea sunt: deformarea piesei, fragilitatea i crparea stratului,

duritate sczut, porozitate, etc. Pentru prevenirea acestora sunt necesare:- nitrurarea la adncimea minim necesar;- reducerea temperaturii de nitrurare la minimum posibil, fr a afecta prea mult

productivitatea;- arjarea pieselor n retort (dac sunt mai mari i de form complex) s se fac cuajutorul unor dispozitive care mpiedic deformarea lor sub propria greutate i asigur o

permeabilitate ridicat arjei, pentru ca mediul de nitrurare s spele suprafeele de nitrurat;- se va acorda o atenie deosebit manipulri, transportului i depozitrii pieselor nitrurate;cele mai uoare lovituri pot provoca fisuri n stratul nitrurat, care conduce la uzarea saudistrugerea prematur a pieselor n exploatare. Din aceleai considerente, la montarea

pieselor nitrurate nu se va lucra dect cu ciocane de lemn sau cauciuc.

4.4. mbogirea simultan cu carbon i azot (cianurarea)

Acest tratament termochimic urmrete mbogirea simultan cu carbon i azot astraturilor superficiale ale piesei, mbinnd efectele carburrii cu cele ale nitrurrii. Tratamentulse realizeaz n medii capabile s cedeze att carbon i azot atomic, la temperaturi cuprinse ntrecea de nitrurare i cea de carburare.

Avantajele procedeului se rezum la urmtoarele:- duritatea, rezistena la uzare i coroziune sunt mai mari ca la carburare, dar mai mici n

cazul nitrurrii;- temperatura de lucru este mai sczut ca n cazul carburrii, deci deformaii mai reduse;- durata este mai scurt ca n cazul nitrurrii;- stratul mbogit cu carbon i azot este mai subire ca cel carburat, pentru aceeaidurabilitate;- se aplic la o gam larg de oeluri: oeluri de carburare, de mbuntire, oeluri de scule,oeluri rapide i altele;- stratul i pstreaz duritatea pn la temperaturi de 550 C.

mbogirea cu carbon i azot se poate realiza n medii solide, lichide i gazoase. Datfiind toxicitatea ridicat a srurilor folosite, mediile solide nu sunt folosite; n schimb mediilelichide i mai ales cele gazoase sunt tot mai mult folosite, permind un control mai precis al

parametrilor tehnologici i obinerea unor rezultate constante.n practica industrial i chiar n literatura de specialitate exist o terminologie foartevariat, care poate crea confuzii att n recunoaterea tehnologiilor, ct i n ncercarea declasificare a lor.


12/18

n cele ce urmeaz, prin cianurare se va nelege mbogirea straturilor superficiale alepiesei n carbon i azot folosind mediile lichide, iar prin carbonitrurare, respectiv nitrocarburare,se va nelege mbogirea n carbon i azot folosind mediile gazoase, la temperaturi joase,respectiv nalte de lucru.

mbogirea simultan cu carbon i azot n medii lichide (cianurarea).Mediile folosite constau din amestecuri de sruri de cianuri i cianai sau alte substane

care prin descompunere formeaz cianai topii i meninute la anumite temperaturi bine

precizate. Piesele de tratat se introduc n creuzete coninnd aceste sruri topite, unde suntmeninute un timp n funcie de adncimea dorit pentru strat.n funcie de temperatura la care se face cianurarea, se deosebesc trei tipuri de cianurri:

- la temperaturi joase 550 - 560 C;- la temperaturi medii 650 - 750 C;- la temperaturi nalte 800 - 920 C.

a) Cianurarea la temperaturi joaseSe aplic oelurilor de construcie, inoxidabile, austenitice i rapide. Reperele crora li se

aplic cianurarea la temperaturi joase sunt: roi dinate, biele, arbori cotii, came, axe, tachei,buce de ghidare, bol(uri de piston i scule achietoare din oeluri rapide, etc. Dup tratarea lorcrete rezistena la uzur i oboseal, iar deformrile sunt mai reduse ca n cazul carburrii.

Mediile moderne, mult folosite azi, constau din sruri de cianuri alcaline cu adaos desruri alcaline neutre (cloruri, carbonitrai). n cele ce urmeaz se prezint cteva reete:1. NaCN 50% + KCN 50%2. NaCN (50 - 60%) + Na2CO3 (20 - 30%) + NaCl ( 10 - 30%)3. NaCN (30 - 45%) + KCNO (30 - 35%) + Na2CO3 (20 - 30 %) + NaCl 10%

n baia topit i meninut la temperatura de 650 - 670 C, au loc urmtoarele reaciicaracteristice:

2NaCN + O2 2NaCNO4NaCNO Na2CO3 + 2NaCN + CO + 2N

2CO CO2 + CactivAcest tip de bi necesit o perioad de rodaj a amestecului i sunt toxice. De asemenea,

cianurile fiind materiale de import, n ara noastr se folosesc mediile lichide pe baz de ureeavnd compoziia: CON2H4 55% (uree) + Na2CO3 45%. Reaciile caracteristice n acest caz sunt:

2CON2H4 + Na2CO3 2NaCNO + 2NH3 + CO2 + H2O4NaCNO Na2CO3 + 2NaCN + CO + 2N

2CO CO2 + CactivBile pe baz de uree sunt de trei ori mai ieftine ca cele pe baz de cianuri din import,

necesit msuri de protecia muncii numai dup topirea i la evacuarea lor, iar baia epuizatnecesit o cantitate mai mic de substane de neutralizare.

Creuzetele folosite pentru cianurare trebuiesc confecionate din materiale nemetalice saucreuzete din oel inoxidabil placate cu titan, ntruct la durate mai lungi de funcionare a

creuzetelor de oel, baia se mbogete n fier i va duce la apariia fenomenului de porozitate astratului.ntruct difuzia carbonului la aceste temperaturi joase este foarte sczut, cianurarea la

temperaturi joase este foarte apropiat de nitrurare. Stratul afectat este n fond un strat nitrurat, acrui durificare se datoreaz n primul rnd nitrurilor, iar carbonul ptrunde doar pe o adncimede civa microni, unde se formeaz o zon subire de carbonitruri.

Adncimea stratului cianurat variaz ntre 0,04 - 0,7 mm i depinde de durata demeninere a pieselor n baie. Pentru accelerarea procesului, n creuzetele din oel inoxidabil i

placate cu titan se insufl aer (eava din acelai material). Excesul de oxigen duce la oxidarearapid a NaCN i la accelerarea reaciilor. n condiiile unor regimuri optime de cianurarea latemperaturi joase, duritatea stratului atinge valori de 350 HV la oelurile de carburare,

480 - 500 HV la cele de mbogire aliate i de 960 - 1000 HV la oelul 35MoA1Cr15.b) Cianurarea la temperaturi mediiMediul folosit are compoziia 30 - 50 % NaCN; 16 - 20 % KCNO i cloruri. Acestea sunt

topite n creuzete ceramice sau din oel inox placat cu titan i nclzite la temperatura de lucru de


13/18

650 - 750 C. Ca i la cianurarea la temperaturi joase, piesele sunt introduse n baie i meninutepn la obinerea stratului dorit.

Structura stratului cianurat este asemntoare cu cea din cazul temperaturilor joase, cusingura deosebire c difuzia atomilor de carbon este ceva mai intens. Cianurarea la temperaturimedii este recomandat pentru piesele unde deformarea trebuie evitat.

c) Cianurarea la temperaturi nalteinnd seama c cianurarea se face la temperaturi de 800 - 920 C, oelul se satureaz la

suprafa cu carbon aproximativ pn la aceeai concentraie ca i n cazul carburrii i doar cupuin azot (0,08 - 0,4%), deci cianurarea la temperaturi nalte este mai aproape de o carburare nmedii lichide dect o nitrurare.

nainte de introducerea n baie piesele sedegreseaz, usuc, iar apoi se prenclzesc la temperatura350 - 400 C, mpreun cu dispozitivul pe care se aeaz.Dup cianurare urmeaz o clire direct de la temperaturade lucru, n ap, ulei sau aer, n funcie de oelul tratat.Dac piesele sunt susceptibile de deformare, se poaterealiza o rcire n trepte: uneori piesele se rcesc n aer

pn la temperatura de 750 - 800 C i abia apoi se rcesc

n ap.Dup clire, piesele cianurate sunt supuse la

revenire joas l50 - 200 C timp de dou ore.Microstructura stratului cianurat, dup rcirea lent

a pieselor, difer puin de cea a stratului carburat; sedeosebete doar prin existena unei fii superficiale subiride carbonitruri. Dup clire i revenire joas, structurastratului este constituit din martensit de revenire iaustenit rezidual. Uneori, n stratul cianurat poate aparei troostita.

n figura 4.7 se prezint concentraia n carbon iazot i adncimea stratului cianurat.

4.5. Carbonitrurarea

Amestecul de gaze folosit cel mai frecvent const din CH4 (65 - 75%) i NH3 (25 - 35 %).Temperatura de regim este cuprins n intervalul 600 - 750 C. Dei la aceste temperaturiactivitatea carbonului este sczut, se folosesc procentaje de gaz carburat cu scopul de a diluaamoniacul, n vederea prentmpinrii suprasaturaiei stratului superficial cu azot i pentru anltura formarea crustei fragile de nitruri.

Dozarea componenilor amestecului se face n instalaii speciale de sine stttoare, n aafel nct s asigure o compoziie constant acestuia i s permit reglarea gradului de disociere.

Durata de meninere a pieselor n retort este funcie de adncimea stratului i este maimic dect n cazul nitrurrii; se recomand determinarea experimental pe probe, pn laobinerea rezultatului dorit.

n cazul carbonitrurrii nu este absolut necesar o clire final, cu toate acestea, o rcireaccelerat, n ulei sau ap cald este util, pentru c permite meninerea azotului n strat impiedic separarea acestuia sub form de nitruri fragile, deci o ameliorare a rezistenei laoboseal.

Carbonitrurarea este un tratament termochimic care se aplic mai ales sculelor

achietoare confecionate din oel rapid.

Fig. 4.7 Concentraia n carbon i azot i

adncimea stratului cianurat


14/18

4.6. Nitrocarburarea

Temperatura de regim este cuprins ntre 760 - 900 C, mai frecvent ntre 820 - 850 C.Amestecul de gaze folosit este format de regul din 70 - 90% endogaz, 2 - 20% CH4 i 2,5 - 10%

NH3, proporiile precise fiind stabilite n funcie de natura oelului, temperatura i durataprocesului tipul utilajului i gradul de recirculare al atmosferei. Aceste atmosfere se realizeaz ngeneratoare care permit un reglaj foarte precis al compoziiei i gradului de disociere.

La temperaturile de regim, coeficientul de difuzie al carbonului fiind mult mai mare dectal azotului difuzia sa este mult mai rapid i mai intens. La aceasta contribuie nsi prezenaazotului. Viteza de nitrocarburare este superioar celei de carburare (n medie 0,15 - 0,25 mm/hfa de 0,1 - 0,015 mm/h) ceea ce asigur obinerea unor adncimi de strat comparabile la duratemai scurte de meninere.

Adncimea stratului nitrocarburat se recomand s nu depeasc 0,7 - 0,8 mm, el avndo rezisten la uzare, oboseal i coroziune foarte bun. Duritatea ce se obine este de ordinul57- 64 HRC.

Dup nitrocarburare se aplic o clire n ulei (clire direct) sau n bi de sruri a crortemperatur este cu puin superioar punctului Ms al stratului (clire n trepte). Ultimul procedeutransform miezul la o structur perlitic sau bainitic, n funcie de viteza rcire i apoi stratul,

n cursul rcirii ulterioare n aer, la structur martensitic cu austenit rezidual. n felul acesta sereduc deformaiile i se creeaz tensiuni de compresiune n strat, mrind sensibil rezistena laoboseal a pieselor. Dup clire se aplic o revenire joas.

Nitrocarburarea cu clire direct se aplic mai ales pieselor mici din oeluri carbon carenecesit adncimi ale stratului de 0,4 - 0,7mm.

mbogirea simultan a suprafeei piesei cu atomi de carbon i azot, folosind mediigazoase, este mult mai avantajoas dect cianurarea, fapt pentru care se folosete tot mai mult pe

plan mondial. Mediile de carbonitrurarea i nitrocarburare sunt mai ieftine, au toxicitate mult maisczut i permit automatizarea procesului tehnologic.

Trebuie subliniat faptul c aceste procedee sunt rentabile mai ales n cazul produciei deserie, datorit preului de cost destul de ridicat al instalaiilor.

Mai recent s-a pus la punct o variant mai modern de mbogire a stratului superficialcu atomi de azot i carbon, numit ionitratrare. Metoda const n nclzirea pieselor ntr-unmediu plasmatic n care atomii activi de azot i carbon sufer puternice accelerri, prin care semrete viteza lor de impact cu suprafaa piesei, intensificndu-se mult procesul de difuzie. Prinacest procedeu se scurteaz foarte mult durata ntregului ciclu de tratament.

4.7. Sulfizarea

Are ca scop mbogirea n sulf a straturilor superficiale ale pieselor ce urmeaz s

funcioneze la sarcini medii, cnd ungerea este insuficient, la frecare semilichid, uscat saucnd frecarea se produce ntr-un mediu cu temperatur ridicat.Sulfizarea fiind un tratament termochimic final, el se aplic, dup clirea i revenirea

pieselor. Se poate aplica i pieselor carburate sau nitrurate.Proprietile antigripante ale stratului se explic prin polarizarea electrostatic puternic a

sulfurii de fier din strat (prin frecare) i absorbia lubrifiantului, asigurnd o separare asuprafeelor n micare relativ. n lipsa lubrifiantului, sulfura de fier se descompune, iar

particulele de sulf se topesc crend o pelicul lubrifiant. Sulful difuznd i spre straturile maiprofunde, permite o bun lubrifiere i dup o uzare ce depete n grosime stratul iniial sulfizat.

n afara efectului lubrifiant, sulfizarea mbuntete i capacitatea de rodaj a pieselordintr-un ansamblu i mrete rezistena la oboseal.


15/18

a) Sulfizarea la temperaturi joase (150 - 200 C) se aplic pieselor clite i revenite latemperaturi joase. Mediile pot fi gazoase (pe baz de hidrogen sulfurat) sau lichide(75% sulfocianur de potasiu i tiosulfat de sodiu 25%). La menineri de 2 - 3 ore se obine unstrat sulfizat de 0,2 mm. O variant modernizat este sulfizarea n electrolit piesele montate laanod, absorb ionii de sulf obinui prin descompunerea electrolitului i ptrund prin difuzie nstratul superficial.

b) Sulfizarea la temperaturi medii (450 - 580 C) este cea mai uzitat , mediile de

sulfizare fiind gazoase sau lichide. n cazul folosirii mediilor gazoase se poate utiliza o instalaiede nitrurare n care se introduce hidrogen sulfurat i amoniac.c) Sulfizarea la temperaturi nalte (830 - 900 C) se aplic pieselor carburate sau

carbonitrurate. Amestecul gazos ce se folosete se compune din 1 % H2S i 99% H.Indiferent la ce temperatur se realizeaz sulfizarea piesele trebuiesc n prealabil decapate

ntr-o soluie de 2% sod calcinat i prenclzite la 150 - 200 C.Dintre piesele care se supun sulfizrii se amintesc: segmeni de piston, cmi de cilindru

patru motoare, tachei de supape, roi dinate, piuliele i prezoanele pentru fixare chiulaselor,supape, piese pentru pompe, turbine, scule din oeluri rapide, uruburi i piulie conductoare

pentru mainile unelte, etc.

4.8. Sulfocianurarea

Acest tratament termochimic are drept scop de a mbogi stratul superficial n atomi desulf; azot i carbon, deci mbin sulfizarea i cianurarea.Se realizeaz n medii lichide, la temperaturi de 550 - 580 C. Baia const dintr-un amestec deuree tehnic i carbonat de potasiu, care introduse ntr-un creuzet nclzit la 300 - 380 C,reacioneaz puternic.

K2CO3 + 2CON2H4 2KCNO + 2NH3 + CO2 + H2OCianatul de potasiu obinut nu este toxic i constituie sursa de atomi activi de azot i

carbon: 2KCNO + O2 K2CO3 + CO +2NBaia se nclzete mai departe la temperatura de 500 - 550 C, moment n care se adaug

sulfur de potasiu:KCNO + K2S KCNS + K2O

Rodocianura de potasiu obinut asigur procesul dc saturaie a oelului cu sulf:KCNS + Fe + O2 FeS + KCNO

Sulfocianura de potasiu se introduce n baie din 7 n 7 ore, pentru a asigura un potenialde sulf constant.

Grosimea stratului sulfocianurat este de 0,1 - 0,15 mm, iar structura sa nu difer mult decea obinut de cianurare.

nainte de sulfocianurare piesele se degreseaz ntr-o soluie de 5% NaOH sau KOH la

70 - 80 C, timp de 5 minute dup care se spal i usuc. Durata normal a procesului desulfocianurare este de 1,5 - 2 ore, pentru un strat de 0,05 - 0,1 mm.Dup terminarea tratamentului, piesele se rcesc n aer, se spal n ap cald, se usuc i

se ung cu ulei.Piesele sulfocianurate au o rezisten la oboseal mai ridicat mbinnd n general

caracteristicile sulfizrii cu ale cianurrii.

4.9. Borurarea

Este procedeul de saturare superficial cu bor a pieselor confecionate, n general, din

oeluri cu un coninut mediu de carbon (sau redus) pentru a mri duritatea superficial, decirezistena la uzare (uzare abraziv) i rezistena la temperaturi ridicate.Adncimea stratului borurat este maximum 0,16 mm i are o duritate ce poate atinge

1400 - 1550 HV.


16/18

a)Borurarea n mediu solid (pulberi sau paste)Borurarea n pulberi se folosete rar; pulberea este de bor amorf, ferobor, carbur de bor,

n atmosfer de hidrogen i operaia realizndu-se sub vid. Se folosete foarte frecvent amesteculconstituit din carbur de bor i borax. Se poate utiliza i o past avnd n compoziie 50%

pulbere fin de carbur de bor i 5% criolit, care se aplic pe suprafaa de tratat, dup care piesaeste supus nclzirii prin inducie. Se obin adncimi de 0, 1mm n cteva minute.

b)Borurarea n mediu lichid

Se face n borax topit la care se adaug carbur de bor. Borul atomic activ dintr-oasemenea baie, se formeaz prin reducerea oxizilor de bor de ctre carbonul din carbura de bor.Dezavantajul mediului lichid const n micorarea rapid a activitii lui, precum i faptul

c are o fluiditate redus.c)Borurarea n gazeEste mai avantajoas ca cele de mai sus, datorit activitii mai intense a mediilor, a

duratei de tratament mai scurte, precum i a temperaturii mai sczute de lucru. Aceste medii suntns toxice i prezint pericol de explozie. Un amestec folosit mai frecvent const din triclorurde bor (BCl3) i hidrogen n proporie de 5:100. Procesul se desfoar la 950 C i la durate de3 - 6 ore, crora le corespunde un strat borizat cu o adncime de 0,11 - 0,20 mm.

Duritatea extrem de mare a borurilor de fier, compui chimici intermetalici: FeB i Fe 2B,

a justificat elaborarea procedeelor de mbogire a straturilor superficiale ale pieselor executatedintr-o gam larg de oeluri i fonte, cu atomii metaloidului bor (B), numit tratament termic de

borurare. n funcie de felul i compoziia mediului de borurare, de compoziia metalului de borurat, de temperatur i durata tehnologiei de borurare, zona exterioar afectat poate ticompus din mai multe straturi.

Deoarece solubilitatea n fierul respectiv este foarte redus (0,003-0,005% B), zonaconsiderat borurat (n practica industrial de grosime de cca. 150 m) se compune fie dintr-unstrat dublu de compui de FeB (n exterior) i Fe 2 (sub aceasta), compact la suprafa i dinat,ntreptruns ntre cristalele de baz ale pieselor de oel, fie dintr-un strat monofazic de compuiFeB (A) sau din Fe2B (E,F) compact sau ntrerupt (D,G,H), eventual cu interfa neted ctremetalul de baz (bifazic K, monofazic L). Sub stratul de compui este ntotdeauna un strat dedifuzie (soluie solid de bor). La o durat de tratament prea scurt, poate s apar pe suprafanumai stratul de difuzie (I). Stratul de compui are o duritate foarte ridicat (HV 0,2 = 1800-2200), unde faza FeB este ceva mai dur dect faza Fe 2B, dar i mai casant; de aceea la piesedin oel se caut ca potenialul de bor al mediului de borurare s nu fie prea mare (activator maislab sau mai puin cantitativ), astfel ca stratul superficial s fie monofazic i compact, compusdin Fe2B.

Interfaa zimat a compusului Fe2B cu metalul de baz confer o aderen favorabil cumiezul piesei (fenomen ce se observ i la compuii aluminiului cu fierul - aliate), datorit creiastratul borurat nu prezint tendina de exfoliere, suportnd relativ bine mici deformri plastice(pn la 4%) i ocuri termice la suprafaa piesei.

Prin acest fapt poate fi explicat c piesele din oel nealiat i slab aliat, dup borurare potfi clite n ulei fr fisurarea stratului dur i apoi pot fi revenite de preferat nalt, dnd astfelmiezului o rezisten mai ridicat la solicitri dinamice.

Acest tratament termic ulterior (clire i revenire) asigur un suport mai dur al zoneiborurate (foarte dur i rezistent la uzur). Acest suport (sub - strat), n cazul presiunilorsuperficiale mari mpiedic deteriorarea zonei borurate sub forma efectului denumit (efect decoaj de ou). Este interesant faptul c procedeul de borurare a suprafeei mpinge carbonul dinstratul afectat ctre stratul de difuzie i sub acesta, ca n cazul silicierii. Astfel, prin aceastmbogire n carbon i prin dizolvarea borului, substratul va avea o austenit mai stabil la cliredect miezul piesei, deci se clete mai uor (viteza critic de rcire este mai mic), adic aici sefavorizeaz transformarea martensitic chiar la oeluri carbon, n cazul unei rciri mai lente (n

ulei deoarece rcirea n ap totui nu se admite).n majoritatea cazurilor, dup borurare piesele sunt supuse clirii i revenirii joase.Clirea trebuie fcut cu mare pruden, deoarece creterea de volum ce are loc poate provocafisurarea i crparea stratului exterior borurat.


17/18

Mecanismul difuziei borului nu este clarificat nc; formeaz soluii solide interstiialesau soluii de substituie. Acest lucru se datoreaz faptului c raza sa atomic (0,91 ) l situeazla hotarul dintre elementele ce formeaz soluii interstiiale i cele ce formeaz soluii desubstituie.

Microstructura stratului borurat este alctuit dintr-o ferit aliat cu bor i din boruri detipul Fe2B i FeB cu aspect acicular.

Piesele care se borureaz sunt: filierele, bucele, matrie pentru prelucrare la cald, etc.

4.10. Cromarea

Stratul mbogit cu crom al oelurilor carbon, austenitice, etc. confer pieselor o bunrezisten la coroziune i uzare abraziv. Piesele cromate i pstreaz duritatea pn latemperaturi de 700 C.

Exist multe variante i metode de cromare. n cele ce urmeaz se vor prezenta metodelemai importante.

a)Cromarea n pulbere i pastEste o metod foarte simpl i larg ntrebuinat. Amestecul de pulbere const din 50%

ferocrom 48 - 49% oxid de aluminiu i 1 - 2% clorur de amoniu. Piesele se introduc n cutia decromare mpreun cu acest amestec i se nclzete la 950 - 1 100 C, temperatur la care clorurade amoniu se descompune i intr n reacie cu cromul din ferocrom.

La durate de meninere de 6 - 12 ore, grosimea stratului este de 0,05 - 0,3 mm.Dintre pastele folosite se recomand urmtoarea reet: patru pri pulbere de ferocrom

cu granulaia mai mic de 0,12 mm i o parte pulbere de caolin sau alumin. La ase pri dinacest amestec se adaug o parte soluie apoas de 10% (NH4)2HF2. Pasta se aplic pe suprafaa

piesei ntr-un strat de 0,25 mm grosime; piesele astfel pregtite se introduc n mufla cuptorului ise nclzesc la 900-1050 C.

b)Cromarea n medii lichideBaia de sruri topite const din cloruri de bariu, magneziu i calciu (BaCl2, MgCl2,

CaCl2) la care se mai adaug 10 - 20% CrCl2. Deasupra suprafeei bii se trece un curent dehidrogen.

Piesele trebuiesc nclzite la 1000 - 1100 C. Dezavantajul metodei const n slbireaactivitii dup un timp destul de scurt.

c)Cromarea n medii gazoaseProcedeul presupune o retort de construcie special care s permit arjarea pieselor la

un capt i a pulberei de ferocrom la cellalt. Hidrogenul uscat i purificat de oxigen se introducen retorta nclzit la 900 - 1000 C mpreun cu vaporii de acid clorhidric, n aa fel nct streac peste pulbere i s formeze clorurile de crom. Clorura de crom mpreun cu hidrogenulspal suprafaa pieselor ce trebuiesc cromate, avnd loc reacia:

CrCl2 + H2 = 2HCl + CrLa temperaturi de cca. 950 C, pentru o meninere de patru ore, grosimea stratului cromateste de 0,5 mm. Dup tratament, structura stratului const dintr-o ferit aliat cu crom i carburicomplexe ale cromului, foarte rezistente la uzur.

Dup cromare piesele se cur cu o perie metalic sau se spal cu ap fierbinte pentru andeprta urmele de cloruri de crom sau sruri. Pentru mrirea duritii zonei necromate a pieseii mbuntirea caracteristicilor mecanice, ea se supune unor tratamente termofizice ulterioare;normalizare, clire, revenire joas. innd cont de modificrile de volum ce se produc la clire,exist pericolul de fisurare a stratului cromat.

innd cont de destinaia pieselor, se recomand urmtoarele:- la piesele care funcioneaz la medii puin corosive, este suficient un strat de

0,06 - 0,08 mm;- la piesele supuse intens coroziunii i la temperaturi nalte, stratul va avea0,10 - 0,15 mm.

Duritatea, msurat cu greuti de 0,5 - 1 kgf; trebuie s fie de 1200HV.


18/18

4.11. Alitarea

Este tratamentul termochimic de saturaie superficial a pieselor cu aluminiu n vedereamririi refractaritii i rezistenei la coroziune. Se supun alitrii piesele din oeluri cu carbonsczut. Temperatura necesar este 750 - 1100 C, iar adncimea stratului alitat este de0,02 - 0,8 mm.

a)Alitarea n mediu solidAmestecurile folosite constau din pulbere de aluminiu sau feroaluminiu, clorur deamoniu i oxid de aluminiu (alumin, caolin). Alitarea se realizeaz n cutii de tabl de oel saucrom - nichel, piesele aezndu-se mpreun cu amestecul ca i n cazul carburrii.

Reetele de amestecuri mai frecvent utilizate sunt:49,5% pulbere de aluminiu + 49,5% oxid de aluminiu + 1 % NH4Cl;98 - 99% feroaluminiu + 2 - 1 % clorur de amoniu.n figura 4.8 este dat corelaia dintre adncimea stratului aliat, durata de meninere i

temperatura de alitare, n cazul unui oel OLC 10, folosind un amestec de 99,5% feroaluminiu(30 - 50% Fe) i 0,5% NH4Cl.

b)Alitarea n mediu lichidPiesele curate se introduc ntr-un cuptor tip creuzet n care se afl aluminiu topit cu un

adaos de Fe, care are drept scop protejarea pieselor i a creuzetului (88 - 94% Al + 12 - 6% Fe).Piesele sunt meninute n baia aflat la 660 750 C, un timp de 45 - 60 minute, obinndu-se unstrat aliat de 0,15, 0,25 mm (figura 4.9).

Pentru micorarea fiabilitii stratului aliat, piesele se supun recoacerii de difuziune untimp de 60 - 90 minute la 1000 -1100 C. Metoda este extrem de comod, duratele de meninerefiind foarte scurte; n schimb topitura ader abundent la suprafaa pieselor, impunnd operaiisuplimentare.

c) Alitarea n mediu gazosPiesele se arjeaz ntr-un capt al cuptorului tubular, n cellalt cap fiind introdus un

amestec pulverulent compus din 45% aluminiu, 45% AlO3 i 10% NH4Cl. Poriunea cu piese estenclzit la 900 - 1000 C, iar cea cu pulbere la cca. 600 C, prin spaiul de lucru tubular alcuptorului, din partea unde se afl amestecul, se trece un curent continuu de hidrogen, seantreneaz clorura de amoniu peste piesele ce trebuie aliate.

Structura stratului aliat nc nu este suficient studiat; se presupune c el este bogat n

fazele Fe3Al, FeAl i Fe2Al5, ntruct coninutul de aluminiu din strat este foarte ridicat (50%).Alitarea se aplic pieselor ce trebuie s aib o refractaritate bun: grtarelor, focarelor,tuburilor radiante, tecilor pentru termocuple i termorezistene, elementelor de nclzire, cutiilorde carburare, etc.

Fig. 4.8. Adncimea stratului alitat nmediu solid

Fig. 4.9. Adncimea stratului alitat nmediu lichid

Documents

capitolul 4tt