Tratamente Termice La Oteluri Si Fonte

Capitolul 6 Tratamentele termice la oeluri i fonte

257

Capitolul 6

TRATAMENTELE TERMICELA OELURI I FONTE

6.1. Introducere

Tratamentele termice (TT) sunt succesiuni de operaii tehnologice carese aplic pieselor metalice i care constau n nclzirea acestora la anumitetemperaturi, meninerea lor la aceste temperaturi i rcirea n condiii binedeterminate, n scopul aducerii materialului metalic din care sunt confecionate lastarea structural corespunztoare asigurrii proprietilor fizice, mecanice sautehnologice impuse de domeniul i condiiile de utilizare ale acestor piese.

Modul n care trebuie conduseoperaiile corespunztoare aplicriiunui tratament termic se descrie deobicei ntr-o diagram, avnd nabscis timpul i n ordonattemperatura, n care se indic valoriletuturor parametrilor de regim care secontroleaz. n figura 6.1 se prezintdiagrama unui tratament termicsimplu i parametrii de regim aiacestuia: temperatura la care seface nclzirea ti, timpul necesarnclzirii la ti a pieselor supuse

tratamentului i (cunoscnd valorile parametrilor ti i i se poate stabili o valoare

medie a vitezei de nclzire i

ii

tv

= ), timpul (durata) de meninere la ti a

Fig. 6.1. Diagrama unui tratament termic simplu

ELEMENTE DE TIINA I INGINERIA MATERIALELOR

258

pieselor supuse tratamentului m i viteza de rcire a pieselor dupmeninerea la ti vr (sau mediul n care se face rcirea pieselor dupmeninerea la ti).

In funcie de tipul i natura transformrilor structurale pe care le produc nmaterialele metalice din care sunt confecionate piesele, tratamentele termice sepot clasifica n urmtoarele categorii:

* Recoacerea fr schimbare de faz; este tratamentul temic prin carematerialul metalic al pieselor tratate, aflat ntr-o stare structural nestabil,produs de diferitele prelucrri la care a fost supus anterior, este adus ntr-ostare stabil, fr realizarea n acest scop a vreunei transformri de faz;

* Recoacerea cu schimbare de faz; este tratamentul termic ce constdin nclzirea materialului pieselor tratate deasupra unuia din punctele sale(critice) de transformare n stare solid i rcirea ulterioar cu vitez suficient demic, pentru atingerea unei stri structurale de echilibru;

* Clirea; este tratamentul termic ce const din nclzirea materialuluipieselor tratate desupra unuia din punctele sale (critice) de transformare n staresolid sau deasupra temperaturii la care se produce dizolvarea n matriceastructural de baz a fazelor secundare i rcirea ulterioar rapid (cu vitezsuficient de mare), pentru obinerea unei stri structurale n afar de echilibru;

* Revenirea; este tratamentul termic ce const din nclzirea materialuluipieselor clite la o temperatur inferioar punctului su (critic) minim detransformare n stare solid sau temperaturii la care se produce dizolvarea nmatricea structural de baz a fazelor secundare i rcirea ulterioar cu o vitezconvenabil pentru obinerea unei stri structurale mai apropiate de echilibru;

* Tratamentul termochimic; este tratamentul termic ce se efectueazntr-un mediu activ din punct de vedere chimic i care are ca rezultat modificareacompoziiei chimice, structurii i proprietilor straturilor superficiale alepieselor metalice tratate.

n acest capitol se prezint informaiile de baz privind tipurile detratamente termice care se pot aplica la piesele din oeluri i fonte, fiecare tip fiindncadrat (pentru sistematizarea expunerii) n una din categoriile generale declasificare a tratamentelor termice precizate i definite mai sus.

6.2. Recoacerile fr schimbare de faz

Principalele tipuri de recoaceri fr schimbare de faz care se pot aplica lapiesele din oeluri i fonte sunt: recoacerea de omogenizare; recoacerea derecristalizare fr schimbare de faz (nefazic) i recoacerea de detensionare.


259

6.2.1. Tratamentul termic de recoacere de omogenizare

Tratamentul termic de recoacerea de omogenizare (RO) se aplic lalingourile i piesele (cu mase mari, perei groi i configuraie complicat)realizate prin turnare din oeluri, n scopul diminurii neomogenitilor chimiceale structurilor dendritice primare ale acestora (v. scap. 2.5.2).

Regimul tehnologic de realizare a acestui tratament se caracterizeaz prinurmtoarele valori ale parametrilor de regim: ti = 9501150 oC, vi = 3050 oC/or,m = 20100 ore (la lingouri) sau m = 540 ore (la piesele turnate) ivr = 3050 oC/or (rcire lent, odat cu cuptorul). Etapa principal a acestuiTT, n care se elimin prin difuzie neomogenitile chimice ale structurilordendritice primare de turnare, este etapa de meninere la ti. Din acest motiv,acest etap trebuie realizat la temperaturi ti ct mai ridicate, cretereatemperaturii influennd cel mai puternic intensitatea proceselor de difuzie(v. scap. 1.7). Totui, n practic nu se adopt valori ale ti mai mari dect celeindicate anterior, deoarece la temperaturi mai ridicate se produc, n straturilesuperficiale ale pieselor supuse tratamentului, fenomene nedorite de decarburare(srcire n carbon) i ardere (oxidare intercristalin), datorit interaciuniichimice a oelului cu atmosfera cuptorului n care se face tratamentul termic.

Omogenizarea chimic a structurilor dendritice primare produs de ROdetermin sporirea caracteristicilor de plasticitate i tenacitate ale lingourilor ipieselor turnate din oeluri (cresc, de exemplu, valorile caracteristicilor A, Z, KUsau KV i scad valorile ttr). Aceste efecte favorabile pot fi diminuate (estompate)de realizarea n timpul TT a unor procese secundare, cel mai important dintreacestea fiind creterea granulaiei datorit meninerii ndelungate a lingourilorsau pieselor turnate la temperaturi ridicate. Influenele negative ale desfurriiunor astfel de procese secundare se pot elimina, dac, dup RO, se apliclingourilor sau pieselor turnate un TT care determin finisarea granulaieistructurii oelurilor din care sunt confecionate (v. scap. 6.3).

6.2.2. Tratamentul termic de recoacere de recristalizarefr schimbare de faz

Tratamentul termic de recoacerea de recristalizare fr schimbare de faz(RRN) se aplic pieselor (semifabricate sau produse finite) confecionate din oeluriprin deformare plastic la rece i are ca scop principal restabilirea (refacerea)proprietilor de plasticitatea ale acestora (diminuarea sau eliminarea efectelorecruisrii produse de prelucrarea oelurilor prin deformare plastic la rece).


260

Parametrii de regim ai RRN se stabilesc astfel nct n timpul etapelor denclzire i meninere ale acestui TT s se produc procesele (v. scap. 3.5) derestaurare i recristalizare primar (prin care se formeaz - n locul structuriifibroase rezultate dup prelucrarea oelurilor prin deformare plastic la rece ostructur nou, cu cristale poliedrice i caracteristici de plasticitate ridicate) i s nuse desfoare procesele de cretere a granulaiei i recristalizare secundar (careau influene defavorabile asupra caracteristicilor de plasticitate ale pieselor tratate).

La stabilirea parametrilor de regim ai RRN i a prescripiilor privindrealizarea acestui TT trebuie luate n considerare urmtoarele aspecte:

* temperatura de nclzire se adopt utiliznd criteriul ti > trp, trp fiindtemperatura de recristalizare primar a oelului din care sunt confecionate pieselesupuse TT (conform datelor prezentate n scap 3.5, Trp 0,4Ts, Trp = trp + 273 iTs = ts + 273 fiind temperaturile absolute de recristalizare primar, respectiv desolidificare - topire ale materialului pieselor supuse TT); dac materialul pieselorsupuse RRN prezint transformri de faz n stare solid se impune suplimentarcondiia ca ti s fie inferioar punctului (critic) minim de transformare n staresolid al materialului, n cazul pieselor din oeluri rezultnd prescripia ti < A1;

* la alegerea valorilor parametrilor de regim ai RRN trebuie s se inseama i de faptul c dimensiunea cristalelor poliedrice obinute prinrecristalizarea primar a materialului pieselor ecruisate prin deformare plastic larece depinde att de temperatura de nclzire ti, aa cum se arat n figura 6.2, cti de durata meninerii la aceast temperatur m; de asemenea, trebuie s se inseama c gradul de deformare plastic la rece al materialului pieselor supuse TTinflueneaz mrimea granulaiei structurii ce se obine dup recristalizareaprimar i nivelul caracteristicilor de plasticitate i tenacitate ale pieselor tratate i,ca urmare, trebuie evitat deformarea plastic la rece cu realizarea gradului criticde deformare al materialului pieselor, care conduce la o structur de recristalizareprimar cu cristale poliedrice de dimensiuni mexime i cu valori minime alecaracteristicilor de plasticitate i tenacitate (v. scap. 3.5);

de dimensiunea cristalelor dupecruisarea prin deformare plastic la rece;

df - dimensiunea cristalelor poliedriceobinute dup RRN la ti ( trp < ti < A1).

df dimensiunea cristalelorobinute dup RRN la ti > trp; ti < ti

Fig.6.2. Modificarea dimensiunilor grunilor cristalini la aplicarea recoacerii de recristalizare fr schimbare de faz


261

* dac granulaia structurii realizate prin RRN la o temperatur denclzire ti este prea grosolan i nu asigur valorile dorite ale caracteristicilor deplasticitate, repetarea TT la o temperatur ti < ti nu aduce nici o ameliorare acalitii pieselor; soluia n acest caz o constituie reecruisarea materialului pieselorprin deformare plastic la rece, urmat de RRN la ti < ti, caz n care va rezulta ostructur de recristalizare primar cu granulaie mai fin (v. fig. 6.2) i cucaracteristici de plasticitate i tenacitate mbuntite considerabil.

innd seama de toate aspectele anterior prezentate, au rezultat urmtoareleprescripii pentru regimul RRN ce se aplic la semifabricatele din oeluri ecruisate prindeformare plastic la rece: ti = 650700 oC, i + m = 14 ore i rcirea n aer linitit.

6.2.3. Tratamentul termic de recoacere de detensionare

Tratamentul termic de recoacere de detensionare (RD) se aplic pieselordin oeluri sau fonte i are ca scop redistribuirea i diminurea intensitiitensiunilor mecanice reziduale de spea I (numite i tensiuni rezidualemacroscopice sau macrotensiuni reziduale) existente n acestea.

Tensiunile reziduale de spea I sunt produse n piesele confecionate dinoeluri sau fonte de modificrile neegale (n timp i n spaiu) ale dimensiuniloracestor piese, ca urmare a nclzirii sau rcirii lor neuniforme sau locale, adeformrii plastice, a producerii nesimultane a unor transformri de faz n masaacestora etc., ce se realizeaz n cursul diverselor operaii tehnologice deprelucrare la care sunt supuse (turnare, forjare, matriare, sudare, achiere,tratamente termice etc.).

Tensiunile reziduale din piesele metalice sunt echilibrate, evideniereaprezenei acestora fiind posibil numai prin stricarea echilibrului acestora, deexemplu, prin secionarea sau gurirea pieselor.Redistribuirea i diminuarea intensitii acestor tensiuni prin aplicarea RD esteimpus de faptul c, n timpul utilizrii pieselor, tensiunile reziduale se potcumula nefavorabil cu tensiunile mecanice produse de solicitrile de exploatare ipot s fie cauza apariiei unor fenomene nedorite de degradare a acestora prindeformare excesiv, fisurare sau rupere.

nclzirea pieselor din oeluri sau fonte poate produce detensionareaacestora pe baza desfurrii unor procese de deformare plastic local, carepresupun consumarea unei cantiti importante din energia asociat cmpului detensiuni reziduale existent n materialul acestor piese. Exist dou mecanisme derealizare a proceselor de deformare plastic local prin care se producedetensionarea pieselor nclzite la o temperatur ti i meninute o durat m laaceast temperatur:

* mecanismul deformrii plastice propriu-zise, care funcioneaz atunci


262

cnd, la temperatura ti, nivelul limitei de curgere a materialului pieslor, itpR esteinferior intensitii tensiunilor reziduale existente n structur rez;

* mecanismul deformrii prin difuzie-fluaj, care funcioneaz ntotdeauna ladetensionarea termic a pieselor, dar are o contribuie substanial la relaxareatensiunilor reziduale n special cnd, la temperatura de nclzire ti, rez < itpR .La detensionarea prin primul mecanism, consumarea energiei cmpului detensiuni reziduale prin realizarea proceselor de deformare plastic local amaterialului pieselor determin reducerea intensitii tensiunilor reziduale lanivelul itpR , aa cum arat schema din figura 6.3. Eficiena detensionrii, exprimat

prin gradul de relaxare a tensiunilor reziduale 100rez

rdrezGR

= (n %), n care rd

reprezint intensitatea tensiunilor reziduale dup detensionare, este n acest cazdependent direct de valoarea temperaturii ti i este influenat n mic msur dedurata m.

n cazul n care se dorete detensionarea pieselor din oeluri sau fonte nconformitate cu acest mecanism, parametrii de regim ai RD se adopt pe bazaurmtoarelor precsripii: ti = 500 650 oC, vi = 30 50 oC/or (vitez redus denclzire pentru a nu se induce n piese noi tensiuni reziduale), sKmm = (s fiindgrosimea maxim, n mm, a pieselor supuse RD, iar Km o constant, avnd n modobinuit, valoarea Km = 2,5 min/mm) i rcirea lent, odat cu cuptorul sau n aerlinitit (pentru a nu se genera noi tensiuni reziduale n piesele tratate).

Detensionarea prin cel de al doilea mecanism are la baz procesul dedeformare plastic prin fluaj, determinat de desfurarea unor fenomene dedifuzie a atomilor materialului pieselor, care creaz condiiile pentru deplasarea

Fig. 6.3. Schema reducerii intensitii tensiunilor rezidualela nclzirea pieselor metalice


263

prin crare a dislocaiilor i depirea barierelor ce le diminueaz mobilitatea,anihilarea prin interaciune reciproc a dislocaiilor de semne contrare i cretereaplasticitii materialului, generarea de noi vacane i dislocaii pentru meninereaposibilitilor de deformare plastic a materialului pieselor. Considernd cprocesul de fluaj se realizeaz n condiiile meninerii unor deformaii totale

constante ale materialului, T = e + l = Erez + l, rezult c, desfurarea

fenomenelor (descrise anteriaor) de cretere a componentei plastice p adeformaiei totale T conduce la relaxarea (diminuarea) continu a tensiunilorreziduale rez . Deoarece are la baz desfurarea unor procese de difuzie,eficiena detensionrii prin cel de-al doilea mecanism este influenat esenial dedurata m (durata meninerii pieselor la temperatura ti).

n cazul n care se dorete detensionarea preponderent a pieselor dinoeluri sau fonte prin acest mecanism, valorile temperaturilor de nclzire suntreduse (ti n vecintatea temperaturii ambiante), iar duratele de meninere suntfoarte mari (m = 0,5 2,0 ani).

6.3. Recoacerile cu schimbare de faz

Principalele tipuri de tratamente termice de recoacere cu schimbare de fazcare se pot aplica la piesele din oeluri sau fonte sunt: recoacerea complet,recoacerea incomplet, recoacerea de globulizare a cementitei, recoacereaizoterm, normalizarea i recoacerea de grafitizare.

6.3.1. Tratamentul termic de recoacere complet

Tratamentul temic de recoacere complet (RC) se aplic de obiceipieselor (semifabricate sau produse finite) din oeluri hipoeutectoide i const nnclzirea acestora la ti = A3 + 3050 oC, meninerea la aceast temperatur odurat m = 510 min (pentru uniformizarea temperaturii n toat masapieselor i formarea unei structuri cu austenit omogen i granulaie fin) ircirea cu vitez mic (odat cu cuptorul), pentru a se asigura realizarea structuriide echilibru ferito - perlitice, cu duritate sczut. Principalele scopuri ale aplicriiRC sunt; a) obinerea structurii de echilibru (ferito - perlitic) la piesele dinoeluri; b) nlturarea structurilor neomogene i finisarea granulaiei pieselor turnate,turnate i supuse RO, prelucrate prin deformare la cald sau sudate; c) micorareaduritii pieselor din oeluri hipoeutectoide cu %Cm 0,35 %, n vedereambuntirii prelucrabilitii prin achiere a acestora. Diagrama RC este


264

prezentat n figura 6.4 (linia diagramei corespunztoare etapei de rcire estesuprapus peste diagrama TTT la rcirea austenitei oelului tratat, pentru ilustrareamai sugestiv a structurii ce rezult n urma aplicrii tratamentului).

Fig.6.4. Diagrama tratamentelor termice de recoacere complet (RC) i de normalizare (N)RC se poate aplica i la piesele din oeluri hipereutectoide care prezint

granulaie grosolan datorit prelucrrii lor prin deformare plastic la temperaturiprea ridicate. In acest caz, ti = Acem + 3050 oC, iar structura final a pieselortratate este structura de echilibru, format din perlit i cementit secundar.

6.3.2. Tratamentul termic de recoacere incomplet

Tratamentul termic de recoacere incomplet (RI) se aplic, de obicei, lapiesele din oeluri hipoeutectoide, nlocuind RC, cnd granulaia oelului estesuficient de fin i trebuie realizat numai structura de echilibru ferito - perlitic,cu duritate sczut. Parametrii de regim sunt similari celor utilizai la RC, cuexcepia temperaturii de nclzire, care se adopt ti = A1 + 3050oC. Diagrama RIeste prezentat n figura 6.5.

6.3.3. Tratamentul termic de recoacerede globulizare a cementitei

Tratamentul termic de recoacere de globulizare a cementitei (RGC) seaplic pieselor din oeluri hipereutectoide n scopul obinerii unei structuri cuperlit globular (cristale globulare fine de cementit, uniform distribuite ntr-omas de ferit), care prezint duritate minim, are caracteristici optime pentru


265

aplicarea unor tratamente termice ulterioare i se prelucreaz mai uor prin achiere.Parametrii de regim la aplicarea acestui tratament sunt: nclzirea la ti = A1 + 3050 oC(nclzirea imediat deasupra temperaturii A1), meninerea la aceast temperatur odurat m = 510 min pentru uniformizarea temperaturii n masa pieselor ifinalizarea transformrii perlitei n austenit) i rcirea cu traversarea foarte lent apunctului critic A1 sau efectuarea a 34 pendulri ale temperaturii n jurulpunctului critic A1, urmat de rcirea n aer linitit (n etapa de rcire trebuie s seasigure condiiile necesare realizrii proceselor de difuzie i reducerii energiei liberea sistemului prin globulizarea cementitei rezultate la transformarea austenitei).Diagrama RGC este prezentat n figura 6.6.

Fig. 6.5. Diagrama tratamentului termic de recoacere incomplet (RI)

Fig. 6.6. Diagrama tratamentului termic de recoacere de globulizare a cementitei (RGC)


266

6.3.4. Tratamentul termic de recoacere izoterm

Tratamentul termic de recoacere izoterm (RIz) se aplic pieselor dinoeluri hipoeutectoide i const n nclzirea i rcirea n condiii similare aplicriiRC, rcirea rapid la o temperatur de meninere izoterm tiz = A1 30100 oC,meninerea la aceast temperatur pn la terminarea transformrii austeniteiprin mecanismul cu difuzie i rcirea ulterioar n aer. Diagrama RIz esteprezentat n figura 6.7.

Fig. 6.7. Diagrama tratamentului termic de recoacere izoterm (RIz)Avantajele aplicrii acestui tratament termic n locul RC constau n

obinerea unor structuri uniforme n toat masa pieselor i reducerea timpului totalde tratament la piesele din oeluri aliate. In anumite cazuri (de exemplu, larealizarea cablurilor, corzilor de pian etc. din srm din oeluri cu %Cm = 0,50,7 %),dup RIz (cu meninerea n bi de sruri topite la tiz = 450550 oC se aplicoperaii de prelucrare prin deformare plastic la rece i se obin produse curezistena mecanic foarte ridicat (Rp > 1200 N/mm2 i Rm = 15002000 N/mm2)i caracteristici de elasticitate excelente; succesiunea de operaii RIz + deformareplastic la rece alctuiete un tratament termomecanic (o combinaie detratament termic i prelucrri prin deformare plastic), cunoscut sub numelede patentare.


267

6.3.5. Tratamentul termic de normalizare

Tratamentul termic de normalizare (N) ) se aplic pieselor din oeluri(hipoeutectoide i hipereutectoide) i const n nclzirea i meninerea n condiiisimilare aplicrii RC i rcirea ulterioar n aer pentru a se asigura formarea uneistructuri cvasieutectoide de tip sorbitic, cu precipitri minime de ferit (n cazuloelurilor hipoeutectoide) sau de cementit secundar (n cazul oelurilorhipereutectoide). Diagrama N n cazul pieselor din oeluri hipoeutectoide esteprezentat n figura 6.4.

In urma aplicrii acestui tratament se obin duriti i rezistene mecanicemai mari dect cele obinute prin RC, fr a fi afectate n mod inadmisibilcaracteristicile de plasticitate i tenacitate. Ca urmare, N poate constituitratamentul termic final al pieselor din oel avnd seciuni mari i formecomplicate (care se deformeaz sau se fisureaz n cazul aplicrii tratamentului declire martensitic i revenire). De asemenea, N se utilizeaz ca tratamentpremergtor, ce realizeaz structuri favorabile pentru aplicarea unor tratamentetermice sau prelucrri ulterioare; de exemplu, la piesele din oeluri hipoeutectoide,N asigur o structur favorabil pentru aplicarea tratamentului termic de cliremartensitic i mbuntete prelucrabilitatea prin achiere (n special la oelurilecu %Cm < 0,3 %), iar la piesele i sculele din oeluri hipereutectoide, N asigurstructura necesar aplicrii mai eficiente a RGC.

Tratamentul termic de normalizare se poate aplica i pieselor turnate dinfonte modificate cu grafit nodular feritice sau ferito - perlitice, pentru cretereacaracteristicilor de rezisten mecanic ale masei metalice de baz a structuriiacestora; n acest caz piesele se nclzesc la ti = 850900 oC > A1 (obinndu-seo structur alctuit din austenit i grafit), sunt meninute la aceast temperaturo durat m = 15 ore (pentru saturarea n carbon a austenitei, aa cum s-a artatn scap. 5.1.3) i sunt rcite apoi cu vitez suficient de mare (n aer linitit, dacgrosimea pereilor pieselor este sub 10 mm sau n jet de aer, dac piesele tratate aupereii groi) pentru transformarea austenitei n perlit lamelar sau sorbit icreterea duritii la 200250 HB.

6.3.6. Tratamentele termice de recoacere de grafitizare

Tratamentele termice de recoacere de grafitizare (RG) se aplic pieselorturnate din fonte (cu sau fr grafit n structur) i au ca scop principaldeclanarea i realizarea unor procese de grafitizare controlat (generarea i/saudezvoltarea formaiunilor de grafit prin transformarea cementitei).


268

Recoacerile de maleabilizare (RM), prin care piesele turnate din fontealbe capt structur de fonte maleabile (cu grafit sub form de aglomerri saucuiburi) sunt principalele tipuri de RG i au fost descrise detaliat n scap. 4.5.

In afar de RM, se mai aplic urmtoarele variante de RG:* la piesele din fonte cenuii sau modificate (cu grafit lamelar sau

nodular) care au dup turnare structuri de fonte pestrie (v. scap. 4.6) se aplic oRG constnd din nclzirea la ti = 850950 oC > A1, meninerea la aceasttemperatur o durat m = 15 ore (pentru transformarea cementitei n grafitprintr-un proces asemntor celui care are loc la RM, dar accelerat de prezenasiliciului n compoziia fontelor) i rcirea cu o vitez convenabil obinerii unorstructuri ferito - perlitice sau perlitice ale masei metalice de baz a pieselor tratate,cu caracteristici bune de rezisten mecanic i tenacitate;

* la piesele turnate din fonte modificate cu grafit nodular ferito-perliticesau perlitice se aplic o RG constnd din nclzirea la ti = 670720oC,meninerea la aceast temperatur o durat m = 15 ore i rcirea n cuptor saun aer; conform celor artate n scap. 5.1.4, n cazul acestor aliaje transformareaeutectoid are loc ntr-un interval de temperaturi A1i - A1s, i, deoarece temperatura tise afl n acest interval, n care este posibil grafitizarea parial sau total acementitei din perlit, prin aplicarea acestui tratament se micoreaz coninutulprocentual de perlit al structurii i cresc caracteristicile de plasticitate itenacitate ale pieselor (diminundu-se ns caracteristicile de rezisten mecanic).

6.4. Clirea martensitic

6.4.1. Parametrii de regim i condiiile de aplicare

Tratamentul termic de clire martensitic (C) se aplic cu precderepieselor din oeluri (putndu-se aplica ns, uneori, i la piesele din fonte) iconst din nclzirea acestora peste temperatura corespunztoare unuia dinpunctele critice de transformare n stare solid ale materialului din care suntconfecionate, meninerea un anumit timp la aceast temperatur i apoi rcirea cuo vitez vr > vrc (v. scap. 5.2.2), n scopul obinerii unei structuri martensitice (nafar de echilibru), cu anumite proprieti fizice, mecanice i tehnologice.

Realizarea corect a clirii necesit stabilirea corespunztoare aprincipalilor parametri de regim (ti, vi, m i vr) i a condiiilor de desfurare aacestui tratament:

A. n cazul pieselor din oeluri hipoeutectoide, temperatura de nclzirecare asigur obinerea unei structuri cu austenit omogen i granulaie fin, ce setransform prin rcire rapid ntr-o structur de clire cu martensit fin i


269

cantiti neglijabile de austenit rezidual, favorabil aplicrii eficiente a TTulterior de revenire, este ti = A3 + 3050 oC (clire complet). Dac nclzirease face la o temperatur ti, astfel nct A1 < ti < A3 (clire incomplet), se obineo structur cu austenit i ferit, ce se transform prin rcire rapid ntr-o structurde clire cu martensit (dur i fragil), austenit rezidual i ferit (moale itenace). O astfel de structur are duritate insuficient i conduce la obinerea unorstructuri nefavorabile, cu caracteristici mecanice necorespunztoare, duptratamentul termic de revenire ce se aplic ulterior clirii. Dac nclzirea se facela ti >> A3 (clire cu supranlzire), se obine o structur cu austenit omogengrosolan, ce se transform prin rcire rapid ntr-o structur de clire cumartensit acicular grosolan i austenit rezidual n cantitate mare, avndduritate necorespunztoare i o mare tendin spre fisurare.

n cazul pieselor din oeluri hipereutectoide, temperatura de nclzire nvederea clirii se adopt ti = Al + 3050 oC (clire incomplet). Structuraobinut prin clirea pieselor din astfel de oeluri de la aceast temperatur vaconine martensit, cementit secundar i austenit rezidual. Prezena cementiteisecundare (constituent cu duritatea mai mare dect a martensitei) conduce lacreterea duritii pieselor clite i mbuntirea unor proprieti ale acestora (deexemplu, se mrete rezistena la uzare). Aceast influen pozitiv se manifestns numai n cazul n care cementita secundar este globulizat n prealabil prinaplicarea unei RGC sau a unui tratament termic complex ,de tipul N + RGC.Inclzirea pieselor din oeluri hipereutectoide la ti > Acem (clire complet) nu esteindicat, deoarece favorizeaz creterea granulaiei austenitice, determinndobinerea unei structuri finale cu martensit grosolan i mult austenit rezidual(cu proprieti mecanice necorespunztoare) i creaz posibilitatea ca, la rcire, sfie generate tensiuni reziduale cu intensiti ridicate, care pot produce deformareasau fisurarea pieselor clite.

Argumentele anterior prezentate conduc la definirea domeniuluitemperaturilor optime de nclzire a pieselor din oeluri n vederea aplicrii clirii,indicat n figura 6.8.

B. Viteza de nclzire vi a pieselor din oeluri n vederea C este limitatsuperior de o valoare admisibil vad, ce reprezint viteza de nclzire maximpentru care tensiunile reziduale, generate de nclzirea neuniform a seciuniipieselor, nu produc fisuri sau deformaii nepermise ale acestora. Pentru realizareaC n condiii optime din punct de vedere tehnico-economic este necesar cavaloarea vitezei de nclzire a pieselor n agregatul (cuptorul) folosit n acest scops fie inferioar vitezei admisibile vad (obinerea unor piese de calitate duptratament), dar ct mai apropiat de aceasta (realizarea tratamentului n condiiileunei bune productiviti).


270

Fig. 6.8. Domeniul temperaturilor de nclzire pentru clirea martensitic a oelurilor

C. Durata m a meninerii la ti trebuie s fie suficient de mare pentruasigurarea finalizrii transformrilor structurale la nclzire (obinerea uneiaustenite omogene) i uniformizarea temperaturii n masa pieselor supuse TT; nmod obinuit, m = 510 min.

D. In timpul desfurrii etapelor de nclzire i meninere pot avea locreacii chimice ntre componentele oelului din care sunt confecionate piesele icomponentele atmosferei cuptorului, cele mai defavorabile efecte ale acestorafiind oxidarea i decarburarea superficial a pieselor tratate. Pentru prevenireadesfurrii acestor procese i a efectelor lor negative asupra calitii pieselortratate, se pot lua urmtoarele msuri tehnologice: a) folosirea cuptoarelor cuatmosfer controlat (protectoare); b) realizarea etapelor de nclzire imeninere n bi de sruri topite; c) mpachetarea pieselor n medii cu coninutridicat de carbon (de exemplu, achii de font).

E. Obinerea structurilor corespunztoare dup tratamentul termic de clireeste influenat n mod deosebit de mediul n care are loc ultima etap atratamentului, rcirea. Condiiile de rcire la clire se stabilesc pe bazaurmtoarelor criterii: a) asigurarea unei viteze de rcire vr > vrc, b) asigurareaunei anumite adncimi de ptrundere a clirii n seciunea pieselor; c) asigurareaunor valori reduse i a unei repartiii convenabile a tensiunilor reziduale ce aparla rcire, astfel nct s nu se produc deformaii inadmisibile sau fisurri alepieselor. Tinnd seama de aceste criterii s-a ajuns la concluzia c un mediu dercire ideal ar trebui s asigure o vitez mare de rcire n intervalul corespunztortemperaturii tMC (pentru prentmpinarea transformrilor cu difuzie) i o vitezredus n rest (pentru ca tensiunile reziduale generate de procesul de clire s aib


271

intensiti minime). Diferitele medii lichide utilizate n practic pentru clireapieselor (ap, ulei, soluii de sruri sau alcalii, topituri de sruri etc.),corespund, n general, condiiilor expuse mai sus (v. aplicaia A.5.5), procesul dercire a pieselor n astfel de medii avnd trei etape distincte:

* etapa iniial, n care viteza de rcire este mic, deoarece transferul decldur de la piese la mediul de rcire este frnat de formarea unei pelicule devapori (cu conductibilitate termic sczut) n jurul pieselor;

* etapa rcirii accelerate, n care se produce fierberea intens a mediuluide rcire din jurul pieselor i viteza de rcire a pieselor crete pronunat, datoritspargerii peliculei de vapori de la suprafaa pieselor i consumului mare decldur care nsoete procesul de vaporizare a mediului de rcire (caracterizatprin valori mari ale cldurii latente de vaporizare);

* etapa final, n care mediul de rcire are temperatura sub punctul su defierbere i viteza de rcire se diminueaz considerabil, transferul de cldur de lapiese la mediul de rcire realizndu-se numai prin convecie. Fiecare mediu de clire are propriile caracteristici de comportare nprocesul de rcire. Astfel, la rcirea n ap se formeaz n jurul pieselor pelicule devapori de mare stabilitate i piesele se rcesc cu viteze relativ reduse n vecintateatemperaturii tMC (mrind riscul iniierii transformrii austenitei prin mecanismul cudifuzie), n timp ce n zona vecin temperaturii Ms vitezele de rcire sunt mari i exitposibilitatea generrii n piese a unor tensiuni reziduale de intensiti ridicate.Folosirea ca mediu de clire a soluiilor de sruri n ap elimin aproape totalneajunsurile evideniate n cazul apei, deoarece la rcirea pieselor n astfel de mediipeliculele de vapori ce se formeaz n etapa iniial se sparg uor, permindasigurarea unor viteze mari de rcire n vecintatea temperaturii tMC, iar n vecintateatemperaturii Ms produc rcirea pieselor cu viteze mai reduse, ce diminueaz risculapariiei n piese a unor tensiuni reziduale de intensiti ridicate. Uleiul este, deasemenea, un mediu de clire convenabil, deoarece rcete bine n vecintateatemperaturii tMC i, avnd punctul de fierbere ridicat, asigur viteze de rcire redusen vecintatea temperaturii Ms, diminund astfel pericolul generrii n piesele clite aunor tensiuni reziduale de intensiti mari; uleiul prezint ns dezavantajul de a fi unmediu uor inflamabil i care i mrete vscozitatea (se degradeaz) n urmafolosirii sale repetate ca mediu de clire.

6.4.2. Comportarea la clire a oelurilor

La rcirea unei piese ntr-un anumit mediu, vitezele de rcire n diferitezone ale seciunii sale sunt diferite, n zonele situate ctre suprafa vitezele dercire fiind mai mari dect cele realizate n miezul piesei. Ca urmare, la clire suntposibile cele dou situaii sugerate n figura 6.9: a) vr > vrc n toat seciunea piesei


272

(piesa se clete integral sau ptruns) i b) vr > vrc numai ntr-o zon de lasuprafaa piesei (efectul clirii se manifest numai n aceast zon i piesa seclete parial, n miez formndu-se structurile tipice transformrii austenitei prinmecanismul cu difuzie sorbit, troostit sau prin mecanismul intermediar bainit). Situaia realizat ntr-un caz concret de aplicare a C este determinatde proprietile mediului de rcire, de caracteristicile fizico - chimice i structuraleale oelului tratat i de parametrii dimensionali ai piesei tratate. Comportarea laclire a unui oel poate fi exprimat sintetic prin definirea a dou proprietitehnologice: a) capacitatea de clire i b) clibilitatea.

Capacitatea de clire este o proprietate tehnologic ce descrie aptitudineaunui oel de a-i mri duritatea prin clire. Tinnd seama de aspectele prezentate nscap. 5.2.2 rezult c, aceast proprietate este determinat n principal deconinutul (concentraia) de carbon al oelului i poate fi exprimat cantitativ prinvaloarea duritii martensitei obinute la clire HM.

Clibilitatea este o proprietate tehnologic ce descrie aptitudinea unuioel de a se cli pe o anumit adncime. Clibilitatea unui oel, care este directdeterminat de mrimea vitezei vrc (aa cum rezult examinnd fig. 6.9), esteinfluenat de urmtorii factori:

* coninuturile de carbon i de elemente de aliere (creterea concentraieimasice de carbon i/sau prezena n compoziia oelurilor a elementelor de aliere cu excepia Co asigur micorarea vrc i mrirea clibilitii);

* gradul de omogenitate al austenitei supuse clirii (dac austenitaobinut n etapele de nclzire i meninere a oelului la ti este omogen, tendinasa de transformare la rcire prin mecanismul cu difuzie este mai sczut iclibilitatea este mai mare);

Fig. 6.9. Influenele vitezei de rcire i dimensiunilor pieselor asupra adncimii de clire


273

* dimensiunile cristalelor de austenit reale (dac cristalele de austenitreale, obinute dup etapele de nclzire i meninere a oelului la ti, au dimensiunimari, tendina de transformare la rcire a austenitei prin mecanismul cu difuzieeste mai sczut i clibilitatea oelului este mai ridicat);

* coninuturile de impuriti i/sau de incluziuni nemetalice (prezena noel a impuritilor i/sau incluziunilor nemetalice accelereaz desfurareatransformrii la rcire prin mecanismele bazate pe difuzie i determin cretereavalorii vrc i diminuarea clibilitii).

Pentru determinarea clibilitii oelurilor se folosete metoda Jominysau metoda rcirii (clirii) frontale (reglementat prin STAS 4930), a creiaplicare necesit parcurgerea urmtoarelor etape:

* realizarea unei epruvete cu forma i dimensiunile prezentate n figura 6.10;* nclzirea i meninerea epruvetei la temperatura de clire corespunztoare

oelului din care este confecionat; n timpul acestei etape nu trebuie s se producfenomene de decarburare, oxidare sau carburare superficial a epruvetei i, caurmare, nclzirea acesteia se face ntr-un cuptor cu atmosfer controlat neutrsau ntr-un cuptor obinuit, epruveta fiind ambalat ntr-o cutie din tabl de oel impachetat ntr-un mediu reductor de oxizi (praf de grafit sau achii de font);

* rcirea complet a epruvetei, ntr-un dispozitiv special, prin proiectarea unuijet de ap rece asupra feei sale frontale inferioare, aa cum se arat n figura 6.11;

Fig. 6.10. Epruveta pentrudeterminarea clibilitii oelurilor

prin metoda rcirii frontale

Fig. 6.11. Dispozitivul folosit la rcirea frontal a epruvetelorpentru determinarea clibilitii oelurilor:

1 - suportul epruvetei; 2 - epruveta; 3 - ajutajul de suprascurgere;4 - conducta de alimentare cu ap; 5 - rezervorul tampon;6 - robinetul de comand; 7 - ajutajul de rcire frontal;

8 rezervorul de evacuare

* polizarea epruvetei n lungul unei generatoare i determinarea prinmsurtori a curbei de variaie a duritii HC n funcie de distana de la captulrcit frontal l, numit curb de clibilitate (v. fig. 6.12);

* stabilirea abscisei lSM a punctului, de pe curba HC = f(l), avnd ca


274

ordonat duritatea structurii semimartensitice (coninnd 50% M) HSM; lSMreprezint caracteristica principal de clibilitate a oelului analizat.

n mod obinuit, pentru fiecare marc de oel (tip de oel, avndcaracteristicile de compoziie chimic definite prin precizarea valorilor nominalepentru concentraia masic a fiecrei componente i prescrierea abateriloradmisibile ale concentraiei masice a fiecrei componente fa de valoareanominal) se stabilete de ctre productori banda de clibilitate, adicdomeniul n care se ncadreaz curbele de clibilitate ale tuturor arjelor ce sepot elabora din marca respectiv de oel (v. fig. 6.13). n aceste condiii,verificarea clibilitii unui oel prin metoda rcirii (clirii) frontale se face maisimplu, controlnd, cu ajutorul unui indice de clibilitate J, dac curba declibilitate a arjei se ncadreaz n banda de clibilitate a mrcii de oel;indicele J se poate prescrie n urmtoarele forme (v. fig. 6.13):

a) prin precizarea unui interval [li;ls], de ncadrare al distanei l, n caretrebuie s se nregistreze o anumit valoare prescris a duritii HC; de exemplu,indicele de clibilitate J 10/18 45 arat c la verificarea clibilitii este necesarca pentru l [10 mm; 18 mm] s se obin o valoare a duritii HC = 45 HRC;

b) prin precizarea unei distane l, la care trebuie s se nregistreze valoriale duritii ntr-un anumit interval prescris [HCi;HCs]; de exemplu, indicele declibilitate J 8 50/55 arat c la verificarea clibilitii este necesar ca la distanal = 8 mm s se obin valori ale duritii HC [50 HRC; 55 HRC].

Fig. 6.12. Determinarea curbei declibilitate a unei arje de oel

Fig. 6.13. Prescrierea clibilitii oelurilor cu ajutorulbenzii de clibilitate i a indicelui de clibilitate.

Un alt aspect care trebuie luat n considerare la efectuarea tratamentuluitermic de clire martensitic la piesele din oeluri este generarea (apariia)tensiunilor mecanice reziduale. Datorit rcirii pieselor cu vitez mare (vr > vrc),n timpul clirii se genereaz n acestea dou tipuri de tensiuni reziduale:


275

a) tensiuni reziduale de natur termic, produse datorit rciriineuniforme a pieselor; la introducerea pieselor n mediul de rcire folosit la clire,stratul superficial al acestora se rcete mai rapid dect miezul i apar tensiuni decompresiune n miez i tensiuni de ntindere n stratul superficial, n timp ce spresfritul rcirii, cnd i temperatura miezului scade considerabil, situaia seinverseaz, n stratul superficial generndu-se tensiuni de compresiune, iar nmiezul pieselor clite tensiuni de ntindere;

b) tensiuni reziduale de natur structural, produse datorit realizriinesimultane a transformrilor structurale n masa pieselor clite; la nceputulrcirii n vederea clirii, n stratul superficial al pieselor se produce transformareaaustenitei n martensit (nsoit de o cretere de volum) i se genereaz tensiunide ntindere n miez i tensiuni de compresiune n stratul superficial, n timp cespre sfritul rcirii, cnd temperatura miezului scade considerabil, situaia sepoate schimba, funcie de mecanismul producerii transformrilor structurale naceast zon a pieselor (de exemplu, dac piesa se clete ptruns, la sfritulrcirii se formeaz n miezul pieselor martensit tetragonal i se genereaztensiuni de ntindere n stratul superficial i tensiuni de compresiune n miez).

Evident, innd seama de cele prezentate mai sus, cmpul de tensiunimecanice reziduale care exist n piesele din oeluri dup clirea martensiticcorespunde suprapunerii (cumulrii) celor dou tipuri de tensiuni i n cazul cndacest cmp se caracterizeaz prin intensiti mari ale tensiunilor de ntindere sepot produce n piesele clite fenomene de deformare excesiv sau fisurare; caurmare, la aplicarea TT de clire martensitic trebuie alei parametrii de regim (nspecial cei corespunztori realizrii etapei de rcire) corespunztori evitriiacestor fenomene nedorite.

6.4.3. Procedeele tehnologice de realizare a clirii martensitice

In practic, pentru realizarea C la piesele din oeluri, se pot utiliza maimulte procedee tehnologice;

6.4.3.1. Clirea ntr-un singur mediu; deoarece nici unul din mediile dercire utilizate n practic nu asigur integral condiiile de rcire corespunztoaremediului ideal, la clirea prin acest procedeu vitezele de rcire n domeniultransformrii martensitice sunt mari, tensiunile reziduale create ating intensitiridicate i exist pericolul deformrii sau fisurrii pieselor tratate; datorit acestorparticulariti, clirea ntr-un singur mediu se aplic la piesele cu configuraie simpl,fr variaii mari de diametru sau grosime i fr detalii (orificii, crestturi etc.) cuefect de concentrator de tensiuni. Diagrama C prin acest procedeu la o pies din oelhipoeutectoid este prezentat n figura 6.14.


276

Fig. 6.14. Diagrama tratatamentului termic de clire ntr-un singur mediu

6.4.3.2. Clirea n dou medii sau clirea ntrerupt; acest procedeu seutilizeaz pentru C pieselor i sculelor din oeluri nealiate hipereutectoide. nacest caz, piesele sunt mai nti rcite rapid n ap, pn la o temperatur t < tMC iapoi sunt transferate ntr-un alt mediu (ulei sau aer), care asigur rcirea lor lentn domeniul transformrii martensitice, diminundu-se astfel pericolul deformriisau fisurrii pieselor clite. Diagrama C prin acest procedeu este prezentat nfigura 6.15.

Fig. 6.15. Diagrama tratatamentului termic de clire ntrerupt

6.4.3.3. Clirea n trepte (martempering); acest procedeu se folosetepentru C sculelor i pieselor de maini confecionate din oeluri aliate, cucaracteristici de clibilitate ridicate. In acest caz, rcirea pieselor se realizeaz ntrei etape: a) rcirea de la temperatura ti la temperatura tiz = Ms + 2030 oC, n bide sruri topite, b) meninerea la temperatura tiz pn la egalizarea temperaturii pe


277

seciunea pieselor (fr a se permite ns nceperea transformrii austenitei nbainit) i c) rcirea n ulei sau aer pn la temperatura ambiant. Diagrama C prinacest procedeu este prezentat n figura 6.16.

Fig. 6.16. Diagrama tratatamentului termic de clire n trepte

6.4.3.4. Clirea izoterm

bainitic (austempering); are acelai domeniude aplicare i se realizeaz la fel ca i clirea n trepte, cu deosebirea cmeninerea la temperatura tiz = Ms + 2030 oC se extinde pn la transformareacomplet a austenitei n bainit. Structura pieselor sau sculelor din oeluri cliteprin acest procedeu este format din bainit i se caracterizeaz prin rezistenmecanic ridicat, tenacitate bun i tendin de fisurare redus. Diagrama C prinacest procedeu este prezentat n figura 6.17.

Fig. 6.17. Diagrama tratatamentului termic de clire izoterm bainitic6.4.3.5. Clirea la temperaturi sczute (clirea sub 0 oC); se aplic la

piesele sau sculele din oeluri cu coninut ridicat de carbon sau aliate, la caretemperatura Mf este situat sub 0 oC (v. fig. 5.8). Prin aplicarea acestui procedeuse realizeaz transformarea aproape complet a austenitei reziduale n martensit,


278

asigurndu-se stabilizarea dimensional i creterea duritii pieselor sau sculelortratate; procedeul este indicat pentru C pieselor tratate termochimic, rulmenilor,instrumentelor de msurare, sculelor speciale etc. Etapa de rcire a pieselor laaplicarea acestui procedeu se conduce n felul urmtor: a) se rcesc piesele dela ti, pn la temperatura ambiant, ntr-un mediu adecvat (ap, ulei, soluii desruri etc.); b) se rcesc piesele de la temperatura ambiant pn la otemperatur tco < Mf (de obicei, tco = 40 80 oC), n refrigeratoare (criostate)speciale, se menin un timp scurt (1020 min) la aceast temperatur i sunt apoireaduse la temperatura ambiant. Trebuie menionat c, durata meninerii pieselorla temperatura ambiant, nainte de rcirea la tco< Mf , nu trebuie s depeasc 30min, deoarece, n caz contrar, austenita se stabilizeaz i nu se mai transform nmartensit la rcirea ulterioar. Diagrama C prin acest procedeu este prezentat nfigura 6.18.

Fig. 6.18. Diagrama tratatamentului termic de clire sub 0 oC

6.4.3.6. Clirea superficial; se folosete atunci cnd se urmrete numaidurificarea la suprafa a pieselor din oeluri (n scopul creterii rezisteneiacestora la uzare, la oboseal, sau la coroziune). Varianta cea mai avantajoaspentru aplicarea practic a acestui procedeu de clire este clirea folosindnclzirea prin inducie cu cureni de nalt frecven (clirea CIF). In acestcaz, piesa ce trebuie tratat trece printr-un inductor (solenoid) prin care circulcurent alternativ de nalt frecven. Fluxul magnetic generat de acest curentstrbate piesa i produce n aceasta cureni de inducie de o anumit intensitate.Adncimea ptrunderii curenilor de inducie n piesa ce trebuie tratat (n mm)depinde de frecvena curentului din inductor f (n Hz) i de caracteristicileelectromagnetice ale materialului piesei: permeabilitatea magnetic (n H/m)i rezistivitatea electric (n m) :


279

f

= 4105 (6.1)

Ca urmare, nclzirea piesei, prin efectul termic al curenilor de inducie,se realizeaz numai pe o zon superficial de grosime aproximativ egal cu ,miezul piesei rmnnd neafectat.

Dup nclzirea superficial a piesei care se trateaz, se realizeaz rcireaei sub aciunea unui lichid de rcire (de obicei, ap) proiectat de ctre undispozitiv special, amplasat n spatele inductorului. Schema unei instalaii declire CIF este prezentat n figura 6.19.

Procedeul de clire CIF este foarte productiv, se preteaz la automatizarei asigur caracteristici mecanice ridicate pieselor tratate. Utilizarea lui este nslimitat de dificultatea sau imposibilitatea realizrii inductoarelor necesare i estejustificat economic numai n cazul tratrii unor loturi mari de piese de acelai fel(cnd costul inductorului nu afecteaz inadmisibil costul pieselor tratate).

Fig. 6.19. Schema instalaiei derealizare a clirii CIF

Fig. 6.20. Domeniile temperaturilor de nclzire la clireasuperficial

La aplicarea clirii CIF trebuie avute n vedere urmtoarele aspecte:a) nclzirea zonei superficiale, parcurse de curenii de inducie, se produce cuvitez foarte mare i, ca urmare, transformarea perlitei n austenit, n aceastzon, se va realiza prin mecanismul fr difuzie, punctele de sfrit ale etapeloracestei transformri fiind deplasate la temperaturi cu att mai ridicate cu ct vitezade nclzire este mai mare (v. scap. 5.1); innd seama de aceast particularitate,se impune ca:

* piesele supuse clirii CIF s prezinte o structur iniial fin i omogen,neorientat i fr carburi stabile (care se dizolv greu n austenit); acestecondiii sunt ndeplinite satisfctor de piesele confecionate din oeluri nealiate,


280

cu concentraia masic de carbon de 0,40,6 %, supuse, n prealabil clirii CIF,unui tratament termic de normalizare;

* valoarea temperaturii de nclzire a stratului superficial al pieselor seadopt n funcie de viteza de nclzire asigurat de instalaia de TT, folosinddiagrame experimentale, de tipul celei prezentate n figura 6. 20; temperatura denclzire trebuie s se situeze n domeniul structurilor favorabile, ce coninesubdomeniul structurilor admisibile II i subdomeniul structurilor optime III,trebuind evitate regimurile cu ti situat n domeniul de supranclzire,I sau ndomeniul de subnclzire IV;

b) Tratamentul termic de clire CIF genereaz tensiuni reziduale decompresiune n stratul superficial (clit) al pieselor (care asigur o buncomportare a pieselor la uzare i mrete rezistena la fisurarea prin oboseal apieselor supuse la solicitri variabile) i tensiuni reziduale de ntindere n zona detrecere de la stratul superficial (clit) la miezul (neafectat de TT) pieselor tratate(care nu trebuie s aib intensiti prea ridicate, pentru a nu influena negativcomportarea n exploatare a pieselor).

6.4.4. Clirea martensitic a fontelor

Tratamentul termic de clire martensitic se aplic uneori i la pieseleturnate din fonte cu grafit (lamelar, n cuiburi sau nodular), pentru realizareaunor structuri martensitice (cu duritate ridicat i rezisten mare la uzare) nmasa metalic de baz a acestora. Clirea pieselor din fonte se realizeaz cuti = 840900 oC > A1, m = 510 min i rcire n ulei i este totdeauna urmatde revenire, deoarece fragilitatea pieselor este foarte accentuat (att datoritmartensitei, ct i datorit formaiunilor de grafit prezente n structur).

6.5. Revenirea

Structurile obinute prin clirea martensitic nu asigur proprieti mecaniceoptime pieselor tratate (de exemplu, caracteristicile de rezisten mecanic i duritateasunt ridicate, dar caracteristicile de plasticitate i tenacitate sunt sczute). Din aceastcauz, dup clirea martensitic se aplic tratamentul termic de revenire.

Tratamentul termic de revenire (r) const n nclzirea pieselor dinoeluri clite martensitic la o temperatur ti < A1, meninerea acestora un timpsuficient la aceast temperatur i rcirea lor cu o anumit vitez, n scopulobinerii unor stri structurale mai aproape de echilibru, cu un complex deproprieti mecanice favorabil utilizrii ulterioare a acestor piese.


281

Structura de dezechilibru obinut prin C, format din martensittetragonal i austenit rezidual, sufer n timpul revenirii transformrilestructurale prezentate detaliat n scap. 5.3.

Deoarece toate transformrile structurale ce au loc la nclzireaoelurilor clite martensitic sunt guvernate de difuzie, parametrii principali aitratamentului termic de revenire sunt ti i m. ntre aceti doi parametri i efectultratamentului de revenire, evaluat prin tipul structurii obinute i prin duritateaacesteia Hr, exist o dependen funcional strict, ce se exprim de obicei subforma Hr = f(PHJ(ti; m)), n care PHJ este parametrul lui Hollomon - Jaffe,definit de relaia:

PHJ = Ti[18 + lg( m)] (6.2)Examinnd aceast relaie rezult c acelai efect al revenirii (aceeai valoare alui PHJ i, respectiv, aceeai valoare a duritii structurii realizate) se poate obineprin utilizarea mai multor regimuri (ti, m), numite regimuri izosclere derevenire.

In practic se aplic urmtoarele variante ale tratamentului termic de revenire : Revenirea joas, prin care se urmrete reducerea tensiunilor

reziduale din piesele clite, fr scderea duritii lor; se aplic la scule, piese deuzur tratate termochimic etc., parametrii de regim adoptndu-se n aa fel nct sse produc numai primele dou etape ale transformrilor la revenire i s se obino structur cu martensit de revenire (n mod obinuit, revenirea joas serealizeaz cu: ti = 150250 oC, m = 13 ore i rcirea n aer).

Revenirea medie,prin care se urmrete obinereaunei limite de curgere ridicateale materialului pieselor tratate,n vederea asigurrii unei buneelasticiti a acestora; se aplicla arcuri, lamele elastice etc. ise realizeaz de obicei cuti = 350450 oC.

Revenirea nalt, lati = 450650 oC < A1, princare se urmrete obinerea uneistructuri formate din sorbit derevenire, cu rezisten mecanicridicat i tenacitate bun; se

aplic pieselor de mare importan pentru construcia de maini, confecionate dinoeluri cu concentraia masic de carbon de 0,350,60 %. Deoarece prin

Fig. 6.21. Diagrama tratamentului termic de mbuntire


282

aplicarea acestei variante de revenire se obine cea mai bun combinaie aproprietilor de rezisten mecanic i tenacitate la oelurile folosite n construciade maini, TT constnd din clire martensitic, urmat de revenire nalt senumete mbuntire . Diagrama TT de mbuntire ce se aplic la piesele dinoeluri hipoeutectoide este prezentat n figura 6. 21.

6. 6. Tratamentele termochimice

6.6.1. Principiile realizrii tratamentelor termochimice

Aa cum s-a precizat anterior (v. scap. 6.1), tratamentele termochimicesunt tratamente termice care se efectueaz n medii active din punct de vederechimic i care realizeaz modificarea compoziiei chimice, structurii iproprietilor straturilor superficiale ale pieselor metalice. In mod obinuit, prinaplicarea tratamentelor termochimice se obine mbogirea straturilor superficialeale pieselor tratate n unul sau mai multe elemente chimice (componente), numiteelemente (componente) de mbogire, alese convenabil scopului urmrit.Transferul unui element de mbogire, din mediul care l conine (mediul de lucrula efectuarea tratamentului) n stratul superficial al pieselor supuse tratamentului,se realizeaz prin desfurarea a trei procese elementare: disocierea mediului delucru i obinerea de atomi ai elementului de mbogire; adsorbia elementului dembogire la suprafaa pieselor supuse tratamentului i difuzia elementului dembogire de la suprafaa pieselor spre interiorul (miezul) acestora.

Procesul de disociere const, n principal, n descompunerea mediului delucru, cu compoziie chimic adecvat, la temperatura la care se realizeaztratamentul termochimic, n scopul obinerii elementului de mbogire sub formde atomi activi (atomi cu nivel energetic suficient de ridicat).

Procesul de adsorbie const n ptrunderea atomilor activi ai elementului dembogire n stratul superficial al pieselor supuse tratamentului. Acest proces sepoate realiza prin dizolvarea atomilor elementului de mbogire n structura cristalina fazelor care alctuiesc structura pieselor supuse tratamentului (formarea unor soluiisolide) sau prin interaciunea chimic a atomilor elementului de mbogire cucomponentele materialului pieselor care se trateaz (formarea unor compui chimici).

Procesul de difuzie const n ptrunderea (deplasarea) pe o anumitadncime a atomilor elementului de mbogire adsorbii la suprafaa pieselorsupuse tratamentului. Mecanismul de realizare a acestui proces a fost descris nscap. 1.7; factorul ce determin desfurarea procesului de difuzie este gradientulde concentraie al elementului de mbogire, creat ntre suprafaa si miezul


283

pieselor, ca urmare a desfurrii procesului de adsorbie, iar factorii careintensific i accentueaz acest proces sunt temperatura ti la care sunt nclzitepiesele i durata m de meninere a pieselor la aceast temperatur.

Modul de desfurare a unui tratament termochimic i calitatea rezultatelorobinute prin aplicarea lui depind esenial de felul cum sunt conduse i serealizeaz cele trei procese descrise anterior. Condiiile optime de realizare aunui astfel de tratament, care asigur durate minime ale tratamentului (eficienamaxim a desfurrii proceselor prin care se realizeaz transferul elementelor dembogire din mediul de lucru n stratul superficial al pieselor) se ntrunescatunci cnd desfurarea fiecrui proces elementar se coreleaz (se armonizeaz)corespunztor cu necesitile celorlalte procese: prin disociere se realizeaz ocantitate de atomi activi ai elementelor de mbogire n concordan cucapacitatea de adsorbie a stratului superficial al pieselor care se trateaz i cuconcentraia dorit a elementelor de mbogire n acest strat, iar prin difuzie semenin constante (la nivelurile dorite) concentraia elementelor de mbogire nstratul superficial al pieselor i capacitatea de adsorbie a acestui strat.

In tehnic, pentru denumirea unui tratament termochimic se utilizeaz itermenul de cementare, nsoit de precizarea elementelor de mbogire folosite,iar pentru tratamentele termochimice la care elementele de mbogire suntmetalice se utilizeaz i denumirea de metalizare prin difuzie.

Tratamentele termochimice cu cea mai larg utilizare i particularitiletehnologice ale realizrii acestora la piesele i sculele din oeluri sau fonte suntprezentate n continuare.

6.6.2. Tratamentul termochimic de carburare

Tratamentul termochimic de carburare (sau cementarea cu carbon)const n mbogirea n carbon a stratului superficial al pieselor din oel.Obiectivele principale urmrite prin aplicarea acestui tratament se pot definiastfel:

obinerea unui strat superficial dur, care s confere pieselor o bunrezisten la uzare, performane sporite privind rezistena la solicitri mecanice variabile(oboseal) i/sau mbuntirea comportrii n medii active de lucru (corosive);

asigurarea unui miez cu proprieti bune de rezisten mecanic itenacitate, care s confere pieselor o capacitate ridicat de preluare a solicitrilormecanice din exploatare.

Pentru realizarea acestor obiective este necesar ca:a) piesele supuse carburrii s fie confecionate din oeluri cu concentraii

masice sczute de carbon (oeluri cu %Cm. 0,25% C, denumite oeluri pentru


284

cementare) i structur ferito - perlitic;b) dup carburare, stratul superficial al pieselor s aib o

concentraie masic de carbon apropiat de cea corespunztoare oeluluieutectoid (%Cm = 0,8...0,9 % ) i o stuctur perlitic;

c) dup carburare, piesele s fie supuse unui tratament termic de cliremartensitic, pentru obinerea unei duritai ridicate a stratului superficial i, eventual,unui tratament termic de recristalizare a miezului (clire martensitic sau normalizare),pentru realizarea unor structuri cu grad mare de dispersie (sorbit, troostit saumartensit cu coninut sczut de carbon), care s asigure niveluri suficient de ridicateatt pentru proprietile de rezisten mecanic, ct i pentru cele de tenacitate.

Tratamentul termochimic de carburare se realizeaz, n mod obinuit, nmediu solid sau gazos, la o temperatur de nclzire ti = 930 ... 950 oC (care sasigure o bun activare a proceselor de disociere, adsorbie i difuzie a carbonuluifolosit ca element de mbogire i o structur complet austenitic a oelului dincare sunt confecionate piesele supuse tratamentului).

In cazul carburrii n mediu gazos, piesele care se trateaz sunt introdusen cuptoare etane, mediul de lucru (atmosfera creat n cuptoare) este bogat nCO (oxid de carbon) sau CH4 (metan), iar reaciile de disociere care se realizeazpentru generarea de carbon activ sunt de tipul:

2CO Cactiv + CO2 sau CH4 Cactiv + 2H2.In cazul carburrii n mediu solid, piesele sunt introduse n cuptorul n care

se face tratamentul mpachetate ntr-un amestec pulverulent, alctuit din 70...75 %crbune de lemn (mangal) i 25...30 % carbonat de bariu; atomii activi de carbonse genereaz tot din faz gazoas, prin desfurarea unor reacii chimice de tipul:

2Ccrbune+ O2 2CO; 2CO Cactiv + CO2,iar prezena carbonatului de bariu asigur o surs suplimentar de carbon activ(care determin scderea substanial a duratei tratamentului), ca urmare arealizrii unor reacii chimice de tipul:

BaCO3 + Ccrbune BaO + 2CO; 2CO Cactiv + CO2sau BaCO3 BaO + CO2; CO2 + Ccrbune 2CO; 2CO Cactiv + CO2.

Durata m (n ore) , de meninere a pieselor la temperatura ti = 930...950 oC,se stabilete n funcie de grosimea dorit a stratului carburat (grosimea stratuluisuperficial al pieselor n care se produce creterea concentraiei de carbon) x (nmm), cu relaii de forma:

mcKx = , (6.3)Kc fiind un coeficient care depinde de mrimea ti i de tipul oelului (carbon saualiat) din care sunt realizate piesele supuse carburrii (de exemplu, pentrucarburarea pieselor din oeluri carbon la ti = 930 oC, Kc = 0,64).

Structura pieselor din oel dup carburare este redat n tabelul 6.1;


285

structura stratului superficial este alctuit din perlit, iar structura miezului esteferito perlitic (corespunztoare compoziiei chimice a oelului din care au fostrealizate piesele supuse carburrii).

Tratamentele termice care se aplic ulterior carburrii se pot realiza n maimulte variante, principalele variante folosite n practic fiind sugerate dediagramele prezentate n figura 6.22. Diagrama din figura 6.22 a corespunde tratamentului complet de carburareaplicat pieselor nesolicitate puternic n exploatare, cu configuraie geometricsimpl, confecionate din oeluri cu ereditate granular fin, la care nu se impuneefectuarea de tratamente termice pentru recristalizarea miezului; n acest caz, dupcarburarea pieselor la ti = 930...950 oC, se practic rcirea lent a acestora pn lati= A1 + 30...50 oC i clirea martensitic (de la ti, n ap, ulei sau soluii de sruri),n scopul durificrii stratului lor superficial, urmate de o clire la temperaturisczute, pentru diminuarea coninutului de austenit rezidual al structurii stratuluilor superficial i de o revenire joas (la ti = 180...200 oC), pentru detensionareapieselor fr scderea sensibil a duritii stratului lor carburat.

Diagrama din figura 6.22 b corespunde tratamentului complet de carburareaplicat pieselor de mare rspundere (care urmeaz a fi puternic solicitate mecanic nexploatare), cu configuraie geometric complicat, confecionate din oeluri (aliate)cu clibilitate ridicat; n acest caz, dup carburarea pieselor la ti = 930 ... 950 oC,se realizeaz un tratament temic de recristalizare a structurii miezului (cliremartensitic sau normalizare), la ti = A3 + 30 ... 50 oC, apoi o clire martensitic dela ti = A1 + 30 ... 50 oC, pentru a se asigura durificarea substanial a stratuluisuperficial i, n final, o revenire joas, pentru detensionarea pieselor tratate.Structurile care rezult n stratul i miezul pieselor supuse acestei variante atratamentului complet de carburare sunt prezentate n tabelul 6.2.

6.6.3. Tratamentul termochimic de nitrurare

Tratamentul termochimic de nitrurare (cementarea cu azot) const nmbogirea n azot (nitrogen) a stratului superficial al pieselor din oeluri saufonte, n scopul durificrii superficiale a acestor piese i mbuntiriiperformanelor lor privind rezistena la uzare, la oboseal sau la coroziune.

Tratamentul termochimic de nitrurare se realizeaz, n mod obinuit, ncuptoare etane, n atmosfer de amoniac gazos, care prin disociere pune nlibertate atomi activi de azot (2NH3 2Nactiv + 3H2). Compoziia chimic aoelului sau fontei din care se confecioneaz piesele supuse nitrurrii i parametrii deregim la care se conduce acest tratament se stabilesc n funcie de scopul principalurmrit, existnd variantele prezentate n continuare.


286

Tabelul 6.1. Structurile stratului pieselor supuse unor tratamente termochimice

Tratamentultemochimic Materialul pieselor

Caracteristicilestructurii stratului Schia structurii

CarburareOel carbon cu%Cm < 0,25 %

(oel pentru cementare)

Perlit(%Cm)P = 0,8 0,9 %

Nitrurare

Fier tehnic, Oel cu coninutsczut de carbon

Nitruri + ; nitruri ;ferit +

NitrurareOel cu %Cm = 0,35 %,

aliat cu Al, Cr, Mo(oel pentru nitrurare)

Nitruri (cu duritate ridicat)

Nitrurare Font cenuieperlitic

Nitruri (rezistente lacoroziune)

AluminizareFier tehnic,

Oel cu coninutsczut de carbon

Soluie solid Fe(Al)

CromizareFier tehnic,


Soluie solid Fe(Cr)

Cromizare Oel carbon (%Cm = 0,45 %)Carburi de tipul

(Cr,Fe)7C3

Silicizare Oel carbon (%Cm = 0,4%)Soluie solid Fe(Si)

BorurareFier tehnic,


Compui de tipulFeB, Fe2B


287

Fig. 6.22. Diagramele tratamentului complet de carburare a pieselor din oel:a - fr recristalizarea miezului dup carburare;b - cu recristalizarea miezului dup carburare

Tabelul 6.2. Structurile obinute la carburarea pieselor din oel conform diagramei din fig. 6.22 b

Materialul pieselor tratateOeluri carbon (clibilitate sczut) Oeluri aliate (clibilitate ridicat)

Constitueni structurali n: Constitueni structurali n:Etapa

tratamentuluiStratul carburat Miezul pieselor Stratul carburat Miezul pieselor

Carburare Perlit Ferit, Perlit Perlit Ferit, Perlit

Clire pentru(recristalizare)

miez

Martensit (%Cm),Austenit rezidual

(granulaie grosolan)

Ferit, Perlit(Sorbit, Troostit)

(granulaie fin)



Martensit (%Cm )(granulaie fin)

Clire pentru(durificare) strat


(granulaie fin)


(granulaie fin)



Martensit (%Cm ),Ferit

(granulaie fin)

Revenire joas

Martensit de revenire(%Cm),

(granulaie fin, 50...55 HRC)


(granulaie fin, 20...22 HRC)

Martensit de revenire(%Cm ),

(granulaie fin,60...65 HRC)

Martensit de revenire(%Cm ),

Ferit (granulaie fin, 25...30 HRC)


289

6.6.3.1. Nitrurarea n scopul creterii rezistenei la uzare se aplicpieselor din oeluri cu %Cm = 0,3...0,4 %, aliate cu elemente ca Al, Cr, Mo, careformeaz cu azotul nitruri cu stabilitate termic mare i duritate ridicat. Pentru castructura stratului superficial s fie corespunztoare scopului urmrit, estenecesar realizarea tratamentului la ti < 600 oC. Dac ti = 500...520 oC, se obineun strat nitrurat cu duritate maxim (1000...1200 HV), dar de grosime mic(x = 0,2...0,4 mm), iar dac ti = 550...600 oC, se obine o duritate mai mic astratului nitrurat (800...1000HV), dar crete grosimea acestuia (x = 0,6...0,8 mm).Tinnd seama de aceste aspecte, n practic se aplic ciclul de nitrurare n treptedescris prin diagrama din figura 6.23 (prima treapt la ti = 500...520 oC, pentrucreterea duritii stratului, iar a doua treapt la ti = 550...600 oC, pentru mrireagrosimii stratului). Durata total de meninere m depinde de grosimea stratului ieste, de obicei, m = 15 40 ore.

Realizarea nitrurrii n modul descris mai nainte asigur formarea nstratul superficial al pieselor supuse tratamentului a unor structuri avnd ca fazprincipal nitrura (nitrur de tipul Fe4N, cu concentraia masic de azot de5,7%), caracterizat prin duritate ridicat i fragilitate sczut.

Dup nitrurare nu se maiaplic nici un tratament termic,deoarece renclzirea pieselornitrurate conduce la descompunereanitrurilor din stratul superficial,eliminarea azotului i anulareaefectului nitrurrii. Se recomandns a se aplica nainte denitrurare un tratament termic dembuntire (clire martensitic +revenire nalt), pentru a se obinen miezul pieselor o structur cusorbit de revenire, caracterizatprintr-o foarte bun combinaie aproprietilor de rezisten mecanici tenacitate. Principalele tipuri de

structuri care se formeaz n stratul superficial la nitrurarea pieselor din oeluri nsopul creterii rezistenei la uzare sunt prezentate n tabelul 6.1. 6.6.3.2. Nitrurarea n scopul creterii rezistenei la oboseal se aplicpieselor folosite n construcia de maini, confecionate din oeluri carbon sau dinoeluri aliate obinuite (fr Al). Tratamentul se conduce n acelai mod ca nvarianta prezentat anterior; se folosete acelasi regim i rezult aceeai structura stratului superficial ca i la niturarea pentru creterea rezistenei la uzare, dar

Fig. 6.23. Diagrama unui tratament termochimic denitrurare


290

duritatea stratului superficial este mai sczut (600...800 HV), deoarece dinstructura stratului lipsesc nitrurile de Al. Piesele din oel supuse acestui tratamentnregistreaz creteri cu 30...90 % ale rezistenei i durabilitii la oboseal,datorit efectelor de ntrziere substanial a fenomenelor de amorsare a fisurilorsub aciunea solicitrilor variabile, produse de:

* creterea duritii stratului superficial (creterea rezistenei mecanice amaterialului din stratul superficial);

* generarea prin nitrurare a unor tensiuni reziduale de compresiune nstratul superficial (datorit saturrii n azot a acestui strat).

6.6.3.3. Nitrurarea n scopul creterii rezistenei la coroziune se poateaplica pieselor confecionate din orice fel de oel i pieselor din fonte cenuii sau cugrafit nodular. Tratamentul se realizeaz la ti = 600...700 oC, cu o durat de meninerem = 1 6 ore, la suprafaa pieselor formndu-se un strat compact i rezistent denitruri fragile (nitruri de tipul Fe2N, cu concentraia masic de azot de 11,3 %), careprezint o bun rezistena la aciunea unor medii active, cum sunt atmosferele saline,apele reziduale, apa de mare etc. Principalele tipuri de structuri care se formeaz nstratul superficial la nitrurarea pieselor din oeluri sau fonte n scopul creteriirezistenei la coroziune sunt prezentate n tabelul 6.1.

Pentru reducerea duratei tratamentului i creterea calitii pieselor tratatese utilizeaz un procedeu tehnologic modern numit nitrurarea ionic(nitrurarea n plasm). Piesele care se trateaz prin acest procedeu se introducntr-o incint metalic i sunt legate la catodul unui generator de curent continuu(cu tensiunea de 1000...1500 V), anodul generatorului fiind conectat la pereteleincintei n care se face tratamentul. In incinta de tratament se introduce gazul delucru (azot sau amoniac), care se rarefiaz cu o pomp de vid pn la realizareaunui vacuum de 2001000 Pa. In incinta de tratament se declaneaz o descrcareelectric ce produce ionizarea gazului de lucru, ionii astfel creai fiind accelerai decmpul electric din incint i proiectai pe suprafaa pieselor supuse nitrurrii.Datorit ciocnirii ionilor de azot cu piesele, se realizeaz att adsorbia intens aazotului la suprafaa pieselor, ct i nclzirea pieselor la temperatura de nitrurare(incinta de tratament nu este prevzut cu nici o alta surs de nclzire a pieselor).

6.6.4. Tratamentele termochimicede carbonitrurare i cianurare

Tratamentele termochimice de carbonitrurare i cianurareconstau n mbogirea simultan n carbon i azot a stratului superficial alpieselor din oel (cementarea cu carbon i azot). Cele dou tratamente sedifereniaz prin mediul de lucru utilizat:


291

* cianurarea se realizeaz n mediu lichid (topitur de sruri): (NaCN +KCN); (NaCN + NaCl + Na2CO3); (Na2CO3 + CON2H4) sau (Na Cl + Na2CO3 +CON2H4);

* carbonitrurare se realizeaz n mediu gazos: (75 % CH4 + 25 % NH3).Parametrul de regim principal, care determin mrimea concentraiilor de carboni azot n stratul superficial al pieselor tratate, precum i constituia fazic iadncimea acestui strat, este temperatura ti; astfel, n mod obinuit:

* cianurarea se efectueaz la ti = 550...600 oC (asemntor nitrurrii) iasigur obinerea unor straturi superficiale mbogite cu precdere n azot, cuduriti ridicate si rezisten foarte mare la uzare (ceea ce recomand aplicareaacestui tratament mai ales la sculele din oeluri aliate destinate prelucrriimaterialelor metalice); datorit similitudinilor cu nitrurarea, dup cianurare nu semai aplic tratamente termice (exist pericolul eliminrii azotului din stratulsuperficial al pieselor i anulrii efectelor tratamentului);

* carbonitrurarea se efectueaz la ti = 820...880 oC (asemntorcarburrii) i asigur obinerea unor straturi superficiale mbogite cu precderen carbon, prezena azotului determinnd numai o cretere a vitezei proceselor decarburare (care permite folosirea unor temperaturi ti mai mici ca la carburare idiminuarea duratelor m necesare obinerii unor straturi carburate de o anumitadncime); datorit similitudinilor cu carburarea, dup carbonitrurare se aplicobligatoriu un tratament termic de clire martensitic pentru durificarea stratuluisuperficial al pieselor, diagrama tratamentului termic complet de carbonitrurarefiind asemntoare celei prezentate n figura 6.22 a (cu modificarea temperaturii ti,n ciclul de carbornitrurare, la nivelul menionat mai nainte).

6.6.5. Alte tratamente termochimice

In practic, cu domenii de aplicare mai restrnse dect celecorespunztoare tratamentelor termochimice prezentate mai nainte, se utilizeaz,pentru piesele i sculele din oeluri sau pentru piesele din fonte i urmtoareletipuri de tratamente termochimice:

6.6.5.1. Aluminizarea se aplic la piesele din oeluri hipoeutectoide i lapiesele din fonte cenuii i const n mbogirea n aluminiu a stratului superficialal acestor piese, n scopul creterii refractaritii (asigurarea unei bune rezistenela oxidare la temperaturi ridicate, pn la 800...900 oC) i mbuntiriicomportrii acestora n prezena atmosferelor corosive. Tratamentul se face, nmod obinuit, n bi de aluminiu topit saturat n fier (%Fem = 6...8 % ), lati = 680...750 oC i m = 1,0...1,5 ore (la piesele din fonte cenuii difuziaaluminiului se face mai greu i se impune a se realiza o decarburare superficial a


292

acestor piese nainte de aluminizare). Dup saturarea superficial n aluminiu,piesele tratate se supun unei recoaceri la 900...1000 oC, pentru cretera grosimiistratului mbogit n aluminiu; n urma aplicrii acestui tratament, se obine unstrat aluminizat cu grosimea x = 0,02...0,80 mm, care conine n zona de lasuprafaa pieselor compui de tipul FeAl i FeAl2, iar n zona dinspre miezulpieselor soluie solid de fier i aluminiu (v. tabelul 6.1).

6.6.5.2. Cromizarea se aplic la piesele din oeluri sau fonte i const nmbogirea n crom a stratului superficial al acestor piese, pentru creterearefractaritii (pn la 800...850 oC), pentru mbuntirea rezistenei la coroziunen ap de mare sau n unele medii acide (de exemplu, acid azotic) sau (dacconcentraia masic de carbon a pieselor depete 0,3 %) pentru durificareasuperficial i mrirea rezistenei lor la uzare. Tratamentul se face, n modobinuit, n mediu solid, piesele supuse tratamentului introducndu-se n cuptorulde tratament mpachetate ntr-un amestec pulverulent alctuit din ferocrom (aliajFeCr) i oxid de aluminiu (Al2O3); cromizarea se realizeaz la ti = 1050...1200 oCi m = 12...15 ore, stratul superficial (mbogit n crom) al pieselor tratate avndgrosimi x = 0,03...0,10 mm i structura alctuit din:

* soluie solid de fier i crom, cu duritatea 220...250 HV, dac piesele suntconfecionate din oeluri cu concentraii masice de carbon sczute (%Cm 0,3 %);

* soluie solid de fier i crom i carburi de crom, cu duritatea 800...1000 HV,dac piesele sunt realizate din fonte sau oeluri cu coninuturi ridicate de carbon.

6.6.5.3. Silicizarea se aplic la piesele din oeluri i const n mbogirean siliciu a stratului superficial al acestor piese, n special, pentru mbuntirearezistenei lor la coroziune (n ap de mare sau n unele medii acide: acid azotic,acid sulfuric, acid clorhidric etc.) i ameliorarea caracteristicilor de comportare lauzare. Tratamentul se face, n mod obinuit, n mediu solid, piesele supusetratamentului introducndu-se n cuptorul de tratament mpachetate ntr-unamestec pulverulent alctuit din 75% ferosiliciu (aliaj Fe-Si), 20% oxid dealuminiu (alumin / Al2O3) i 5% clorur de amoniu; silicizarea se realizeaz lati = 950 1 000 oC i m = 4 12 ore, stratul superficial (mbogit n siliciu) alpieselor tratate avnd grosimi x = 0,5 1,0 mm i structura alctuit din soluiesolid Fe (Si) (v. tabelul 6.1).

In prezent, silicizarea se realizeaz i n mediu gazos, coninnd clorur desiliciu (SiCl4), obinut prin trecerea unui curent de clor peste un strat deferosiliciu sau carbur de siliciu (SiC), aflat ntr-un spaiu de reacie n incintacuptorului de tratament.

6.6.5.4. Borizarea (borurarea) se aplic la piesele din oeluri i const nmbogirea n bor a stratului superficial al acestor piese, pentru cretereansemnat a duritii acestui strat (la valori 1800 2000 HV) i asigurarea unor


293

performane ridicate ale pieselor tratate privind rezistena la uzare i comportarean medii corosive. Tratamentul se face, n mod obinuit, n mediu lichid, pieselesupuse tratamentului introducndu-se ntr-o baie coninnd 60% borax (Na2B4O7)i 40% carbur de bor (B4C), atomii activi de bor fiind obinui prin disociereacarburii de bor i prin reducerea cu carbon a oxizilor de bor. Dup aplicareaborizrii, la temperatura de ti = 930 950 oC, cu durata m = 4 8 ore, pieseletratate au structura stratului superficial (cu grosimea x = 0,03 0,3 mm) alctuitdin compusul chimic FeB (n zona de la suprafa), compusul chimic Fe2B i dinsoluie solid Fe(B) (n zona de trecere spre miez), aa cum se poate observa nmicrostructura prezentat n tabelul 6.1. Piesele borizate se supun unui tratamenttermic de mbuntire (clire martensitic + revenire nalt), pentru cretereaduritii zonei situate sub stratul mbogit n bor, deoarece existena unei zone moisub stratul borizat poate favoriza exfolierea acestui strat n cursul exploatrii pieselor.

In prezent, borizarea se realizeaz i n mediu gazos, la ti = 850 900 oC,folosind cuptoare etane cu atmosfer de diboran (B2H6) sau clorur de bor(BCl3) i hidrogen.

6.6.5.5. Titanizarea se aplic la piesele din oeluri i const nmbogirea n titan a stratului superficial al acestor piese, pentru creterearezistenei lor la coroziunea produs de mediile de lucru acide. Tratamentul seface, n mod obinuit, n mediu lichid, piesele supuse tratamentului introducndu-sentr-o topitur coninnd 80 % clorur de sodiu (NaCl) i 20 % oxizi de titan saupulbere de titan, temperatura de nclzire fiind ti = 950 1100 oC.

6.6.5.6. Zincarea (sheredizarea) se aplic la piesele din oeluri i constn mbogirea n zinc a stratului superficial al acestor piese, pentru creterearezistenei lor la coroziunea produs de atmosferele sau mediile gazoase fierbini(300 350 oC) care conin hidrogen sulfurat (H2S). Tratamentul se face, n modobinuit, n mediu lichid, piesele supuse tratamentului introducndu-se ntr-o baiede zinc topit, cu ti = 430 460 oC, cu o durat m = 0,5 5,0 min; stratulsuperficial, mbogit n zinc, al pieselor tratate are grosimea x = 0,02 0,04 mm.La realizarea srmelor i barelor subiri cu rezisten mecanic foarte ridicat,zincarea se combin cu patentarea (v. scap. 6.3.4), meninerea izoterm dupaustenitizare fcndu-se ntr-o baie de zinc topit.

Cuvinte cheieadsorbie, 282aluminizare, 291banda de clibilitate, 274borizare (borurare), 292clibilitate, 272

clire CIF, 278clire complet, 269clire n dou medii (ntrerupt), 276clire n trepte (martempering), 276clire incomplet, 269


294

clire ntr-un singur mediu, 275clire izoterm bainitc, 277clire martensitic, 268clire sub 0 oC, 277clire superficial, 272capacitate de clire, 272carbonitrurare, 290, 291carburare, 283cementare, 283cianurare, 290cromizare, 292curb de clibilitate, 273diagram de tratament, 257disociere, 282mbuntire, 282indice de clibilitate, 274mediu real de rcire, 270metalizare prin difuzie, 283metoda rcirii 9clirii) frontale, 273nitrurare, 289, 290nitrurare ionic (n plasm), 290normalizare, 267

oel pentru cementare, 284parametrul lui Hollomon-Jaffe, 281patentare, 266recoacere complet, 263recoacere cu schimbare de faz, 258recoacere de detensionare, 261recoacere de globulizare, 264recoacere de grafitizare, 267recoacere de omogenizare, 259recoacere de recristalizare nefazic, 259recoacere incomplet, 264recoacere izoterm, 266regimuri izosclere de revenire, 281revenire, 258, 280silicizare, 292tensiuni reziduale, 275titanizare, 293tratament termochimic, 258tratament termomecanic, 266vitez de nclzire, 257vitez de rcire, 258zincare (sherardizare), 293

Bibliografie

1. Colan H. .a., Studiul metalelor, Editura Didactic i Pedagogic,Bucureti, 1983

2. Dulami T. . a., Tehnologia tratamentelor termice, Editura Didactic iPedagogic, Bucureti, 1982

3. Geru N., Metalurgie fizic, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 19824. Mantea St. .a., Teoria i practica tratamentelor termice, Editura Tehnic,

Bucureti, 19665. Novicov I.I. Theory of heat treatment of metals, Moscova, Mir, 19786. Popescu N, Vitnescu C., Tehnologia tratamentelor termice, Editura Tehnic, 19747. Protopopescu H., Metalografie i tratamente termice, Editura Didactic i

Pedagogic, Bucuresti, 19838. Raeev D., Bazele tehnologiei tratatamentelor termice, I.P.G. Ploiesti, 19779. Zecheru Gh., Tehnologia materialelor, Partea I, I.P.G. Ploieti, 198710. * * * Metals Handbook Ninth Edition, vol. 4, American Society for

Metals, Ohio, 198111. * * * Methods of determining hardenability of steels SAE J406, SAE

Standard, Noiembrie 1990


295

Teste de autoevaluare

T.6.1. Care din urmtoarele seturi de parametrii de regim definesc completdiagrama unui TT simplu: a) ti, i, m i vr; b) ti, vi, m i vr; c) ti, vi, m i mediul dercire; d) ti, i, vi i vr?

T.6.2. Care din urmtoarele tipuri de TT fac parte din categoria recoacerilorfr schimbare de faz: a) recoacerea complet; b) recoacerea de omogenizare;c) mbuntirea; d) recoacerea de detensionare?

T.6.3. Care din urmtoarele tipuri de TT fac parte din categoria recoacerilorcu schimbare de faz: a) recoacerea de detensionare; b) recoacerea incomplet;c) normalizarea; d) recoacerea de globulizare a cementitei?

T.6.4. Care din urmtoarele tipuri de recoacere cu schimbare de faz se potaplica att la piesele din oeluri hipoeutectoide, ct i la piesele i sculele din oelurihipereutectoide: a) recoacerea complet; b) recoacerea de globulizare a cementitei;c) normalizarea; d) recoacerea izoterm?

T.6.5. Care din urmtoarele tipuri de recoacere cu schimbare de faz se potaplica pentru finisarea granulaiei pieselor din oeluri hipoeutectoide: a) recoacereaincomplet; b) recoacerea complet; c) recoacerea de globulizare a cementitei;d) normalizarea?

T.6.6. Care este temperatura de nclzire recomandat pentru realizarea TT derecoacere complet la piesele din oeluri hipoeutectoide: a) ti = A1 + 30 50 oC;b) ti = Acem + 30 50 oC; c) ti = A3 + 30 50 oC; d) ti = A1 30 50 oC?

T.6.7. Temperatura de nclzire ti, pentru recoacerea de recristalizare frschimbare de faz a unor semifabricate din oel prelucrate prin deformare plastic larece, se adopt astfel nct: a) ti > trp; b) trp < ti < A1: c) ti = A1 + 30 50 oC;d) 0,4ts 164 oC < ti < A1?

T.6.8. Care din urmtoarele mecanisme stau la baza detensionrii termice apieselor din oeluri sau fonte: a) mecanismul deformrii prin difuzie fluaj;b) mecanismul recristalizrii primare; c) mecanismul deformrii plastice locale;d) mecanismul degradrii prin obosel a materialului pieselor?

T.6.9. Un produs din oel, n care operaiile de prelucrare din procesul defabricare au generat tensiuni reziduale cu intensitatea maxim rez, este supusrecoacerii de detensionare la temperatura ti = 500 oC. La ce nivel se reduceintensitatea tensiunilor reziduale: a) la nivelul limitei de curgere a oelului la ta;b) la nivelul rezistenei la rupere a oelului la ti; c) la zero; d) la nivelul limitei decurgere a oelului la ti?

T.6.10. Care TT se recomand a fi aplicat pentru mbuntireaprelucrabilitii prin achiere a unui semifabricat din oel carbon cu %Cm = 0,25 %:


296

a) recoacerea complet; b) recoacerea incomplet; c) normalizarea; d) recoacereade globulizare a cementitei?

T.6.11. Care TT aplicat unei piese din oel hipoeutectoid conduce lastructura cu cel mai mic coninut procentual de ferit: a) recoacrea complet; b)recoacerea incomplet; c) recoacerea de detensionare; d) normalizarea?

T.6.12. Care din urmtoarele structuri rezult dup aplicarea normalizriila o pies turnat din font cu grafit nodular feritic: a) sorbit de revenire;b) martensit i austenit rezidual; c) sorbit i grafit nodular; d) sorbit i grafit lamelar?

T.6.13. Care din urmtoarele afirmaii sunt adevrate: a) recoacereacomplet aplicat pieselor din oeluri hipoeutectoide conduce la o structuralctuit din ferit i perlit; b) recoacerea complet aplicat pieselor sau sculelordin oeluri hipereutectoide asigur o structur alctuit din cementit secundar iperlit; c) recoacerea de globulizare a cementitei asigur sculelor din oelurihipereutectoide o structur cu perlit globular; d) recoacerea incomplet se aplicpentru finisarea granulaiei pieselor din oeluri hipoeutectoide?

T.6.14. Ce TT se recomand a fi aplicat anterior clirii martensitice asculelor din oeluri hipereutectoide: a) recoacerea complet; b) recoacereaincomplet; c) recoacerea izoterm; d) recoacerea de globulizare a cementitei?

T.6.15. Care este temperatura de nclzire recomandat pentru clireamartensitic a unei piese din oel hipoeutectoid: a) ti = Acem + 30 50 oC;b) ti = A1 + 30 50 oC; c) ti = A3 + 30 50 oC; d) ti = A3 + 100 150 oC?

T.6.16. Care este temperatura de nclzire recomandat pentru clireamartensitic a unei piese din oel hipereutectoid: a) ti = Acem + 30 50 oC;b) ti = A1 + 30 50 oC; c) ti = A3 + 30 50 oC; d) ti = A3 + 100 150 oC?

T.6.17. Proprietatea unui oel de a-i mri duritate prin clire este denumit:a) rigiditate; b) clibilitate; c) capacitate de clire; d) elasticitate?

T.6.18. Proprietatea unui oel de a se cli pe o anumit adncime estedenumit: a) maleabilitate; b) ductilitate; c) capacitate de clire; d) clibilitate?

T.6.19. Care din urmtorii factori determin creterea clibilitii oelurilor:a) creterea concentraiei de carbon; b) creterea puritii; c) finisarea granulaiei;d) creterea gradului de omogenizare a austenitei?

T.6.20. Care din urmtoarele oeluri are cea mai mare clibilitate: a) oelul cuindicele de clibilitate J8 50/55; b) oelul cu indicele de clibilitate J6 50/55;c) oelul cu indicele de clibilitate J8 45/50; d) oelul cu indicele de clibilitateJ10 50/55?

T.6.21. Care din urmtoarele tratamente genereaz n piesele tratate tensiunimecanice reziduale: a) clirea martensitic; b) revenirea; c) recoacerea comlet;d) nitrurarea?

T.6.22. Care din urmtoarele procedee tehnologice de clire se pot aplica la


297

piesele i sculele din oeluri carbon: a) clirea n trepte; b) clirea fr transformarepolimorf; c) clirea izoterm bainitic; d) clirea la temperaturi sczute?

T.6.23. Care din urmtoarele afirmaii privind clirea CIF a pieselor dinoeluri sunt adevrate: a) grosimea stratului clit crete odat cu frecvena curentuluielectric din inductorul folosit la nclzire; b) procedeul asigur o productivitateridicat a operaiei de clire; c) tratamentul genereaz tensiuni reziduale decompresiune n stratul superficial al pieselor; d) viteza de nclzire a stratului nuinflueneaz alegerea parametrilor de regim ai tratamentului?

T.6.24. TT care const din clire martensitic urmat de revenire nalt estedenumit: a) recoacere izoterm; b) normalizare; c) mbuntire; d) carbonitrurare?

T.6.25. Ce structuri se obin dup fiecare din ciclurile tratamentului dembuntire aplicat unei piese din oel carbon cu %Cm = 0,60 %: a) dup ciclul declire martensit tetragonal i austenit rezidual, iar dup ciclul de revenirenalt sorbit de revenire; b) dup ciclul de clire sorbit i troostit, iar dupciclul de revenire nalt martensit cubic i austenit rezidual; c) dup ciclulde clire martensit tetragonal, iar dup ciclul de revenire nalt bainit;d) dup ciclul de clire ferit i perlit, iar dup ciclul de revenirenalt martensit de revenire?

T.6.26. Care din urmtoarele afirmaii privind tratamentul de revenire(aplicat pieselor din oel clite martensitic) sunt adevrate: a) revenirea joasconduce la o structur cu martensit de revenire; b) revenirea nalt se aplicpentru creterea limitei de curgere a oelului i asigurarea unei bune elasticiti apieselor; c) revenirea nalt determin formarea unei structuri cu martensit derevenire i austenit rezidual; d) revenirea nalt asigur formarea unei structuricu sorbit de revenire, avnd cea mai bun combinaie a caracteristicilor derezisten mecanic i tenacitate?

T.6.27. Tratamentele care se efectueaz n medii active din punct devedere chimic i care realizeaz modificarea compoziiei chimice, structurii iproprietilor straturilor superficiale ale pieselor sunt denumite: a) recoaceri cuschimbare de faz; b) tratamente termochimice; c) tratamente termomecanice;d) normalizri?

T.6.28. Care din urmtoarele procese stau la baza realizrii unui tratamenttermochimic: a) disocierea mediului de lucru i obinerea atomilor elementelor dembogire; b) difuzia atomilor elementelor de mbogire, de la suprafaa pieselorsupuse tratamentului, spre miezul acestora; c) clirea stra

Documents

Tratamente Termice La Oteluri Si Fonte