Cuprins:

1. Generalitati;

2.Clasificarea şi caracterizarea tratamentelor termice;

3. Caracteristicile tehnologice de tratament termic ale materialelor metalice;

4. Recoacerea fără transformări de fază în stare solidă;

5. Recoacerea cu transformări de faza în stare solidă;

6.Capacitatea de încălzire şi de răcire în diferite intervale de temperatură;

7. Calirea;

8. Revenirea şi îmbătrînirea;

9. Concluzii.

1. GENERALITATI

Ca si definitie tratamentele termice sunt tehnologii de prelucrare la cald compuse din ansambluri de operaţii constând din încălziri şi răciri în condiţii determinate, aplicate produselor metalice cu scopul aducerii acestora în stări structurale şi de tensiuni interne corespunzătoare unor anumite asociaţii de proprietăţi.

Proprietăţile mecanice, fizice şi chimice pe care le exprimă în mod specific caracteristicile tehnologice şi caracteristicile de exploatare sunt determinate atât de compoziţia chimică a materialului metalic cât şi, mai ales, de structura şi tensiunile interne ale semifabricatului, piesei sau sculei. De regulă, structura şi tensiunile interne care corespund valorilor prescrise pentru caracteristicile tehnologice nu corespund valorilor prescrise pentru caracteristicile de exploatare.

Pe de altă parte, în timpul operaţiilor de prelucrare, prin care se realizează forma tehnologică şi apoi forma funcţională, în material se produc transformări structurale care determină şi schimbări ale proprietăţilor. În starea structurală şi de tensiuni în care sunt aduse produsele în diferite stadii de prelucrare materialele metalice nu au, de regulă, caracteristici tehnologice corespunzătoare potrivit cerinţelor operaţiilor următoare de prelucrare până la obţinerea formei finite şi nici caracteristici de exploatare corespunzătoare celor prescrise privind durabilitatea şi siguranţa în exploatare a pieselor şi sculelor finite. Rezultă că obiectul aplicării tratamentelor termice este de a modifica starea structurală şi de tensiuni interne a semifabricatelor, pieselor şi sculelor în scopul asigurării condiţiilor celor mai avantajoase de prelucrare pînă la forma finală şi prescripţiilor privind durabilitatea şi siguranţa în exploatare a acestora.

Se studiaza procesul care se desfăşoară în timpul încălzirii şi răcirii produselor metalice, a modificărilor de proprietăţi pe care aceste procese le determină, în vederea obţinerii datelor necesare stabilirii valorilor parametrilor în care trebuie să se execute operaţiile procesului tehnologic.

Procesele tratamentului termic sunt de mai multe feluri:

a. procese de transformare în stare solidă la încălzirea şi răcirea materialelor metalice;b. procese de transfer de energie termică în timpul încălzirii şi răcirii; uneori

aceste procese se desfăşoară concomitent cu procese de transfer de energie mecanică, electromagnetică, termică, etc.

c. procese de transfer de masă în timpul încălzirii şi răcirii în medii care interacţionează chimic cu materialul metalic din stratul superficial al produselor;d. procese de formarea tensiunilor interne ca urmare a nesimultaneităţii variaţiilor de volum specific şi a transformărilor structurale determinate deneuniformitatea temperaturii şi vitezelor de încălzire şi răcire în volumul produselor metalice supuse încălzirii şi răcirii; în anumite cazuri aceste procese sunt însoţite de o deformare elastică sau plastică sub acţiunea unor forţe mecanice exterioare.

Importanţa şi eficienţa tehnică şi economică a aplicării tratamentelor termice şi termochimice rezultă din următoarele obiective pe care le poate realiza:

1. Valorificarea superioară a materialelor metalice, metale şi aliaje, prin aducerea lor sub formă de produse, în stări structurale şi de tensiuni interne corespunzătoare celor mai ridicate valori ale proprietăţilor care definesc durabilitatea si siguranta in serviciu.

2. Se asigură posibilităţi de utilizare a unor materiale metalice cu costuri mai mici de prelucrare şi/sau utilizare şi cu productivităţi mai mari alediferitelor faze ale ciclului de fabricare.

2. CLASIFICAREA ŞI CARACTERIZAREA TRATAMENTELOR TERMICE

Dintre criteriile de clasificare, cel mai riguros este cel privind transformările in stare solidă care se desfăşoară în materialul produsului metalic în timpul încălzirii şi răcirii, în condiţiile corespunzătoare tipului respectiv de tratament termic.

Clasificarea bazată pe caracteristicile transformărilor în stare solidă care se produc in timpul încălzirii şi al răcirii cuprinde următoarele cinci grupe:

1)Recoacerea fără transformare de fază in Stare solidă, prin care se realizează aducerea produsului metalic într-o stare structurală şi de tensiuni apropiată de echilibrul termodinamic, fără ca in timpul încălzirii şi al răcirii să se modifice numărul, natura sau proporţja fazelor. Structura rezultată prin aplicarea recoacerilor din această grupă este alcătuită din faze şi constituenţi cu aceeaşi compoziţie chimici şi structură reticulară, modificările privind numai mărimea şi distribuţia tensiunilor interne reziduale, gradul de neomogenitate chimică, forma, dimensiunile, distribuţia şi orientarea cristalográfica a grăunţilor.

2) Recoacerea cu transformări de fază în istare solidă, prin care se realizează de asemenea aducerea produsului metalic într-o stare structurala si de tensiuni apropiată de echilibrul termodinamic, în timpul încălzirii şi al răcirii modifieîndu-se numărul, natura şi proporţia fazelor. Structura rezultată prin aplicarea recoa-cerilor din aceată grupă este alcătuită din faze şi constituenţi corespunzători diagramei de echilibru termodinamic, diferind însă ca proporţie şi avînd forme, dimensiuni şi distribuţii care variază în limite largi.

3)Călirea, prin care se realizează aducerea produsului metalic într-o stare diferită de cea de echilibru în ce priveşte natura şi compoziţia chimică a fazelor şi consti -tuenţilor, precum şi mărimea tensiunilor interne reziduale. Structura rezultată prin aplicarea tratamentelor din această grupă este alcătuită din faze ale căror număr, natură compoziţie chimică şi structură reticulară nu corespunde diagramei de echilibru termodinamic; tensiunile interne reziduale au valori ridicate, energia asociată lor contribuind la îndepărtarea stării produsului metalic călit de starea de echilibru termodinamic.

4) Revenirea şi îmbătrînirea, prin care se realizează readucerea pro-dusului metalic călit in prealabil, într-o stare apropiată de cea de echilibru termodinamic, prin transformarea la încălzire a fazelor în afară de echilibru formate prin călire, diminuarea valorii tensiunilor interne. Structura rezultată prin aplicarea tratamentelor termice din acesta grupă este formată din faze de echilibru, sau de tranziţie, cu compoziţie chimică şi structură reticulară identică sau apropiată de cele conform diagramei de echilibru.

5) Tratamente termice combinate (termochimice, termoftzice ), prin care se realizează modificări ale stării structurale şi de tensiuni ale produselor metalice, prin combinarea acţiunii energiei termice, cu acţiunea altor forme de energii (mecanică, electromagnetică, ultrasonică ş.a.) şi cu interacţiunea chimică dintre mediile de încălzire şi de răcire şi materialul metalic din straturile superficiale. Structura rezultată prin aplicarea tratamentelor termice combinate este alcătuită din faze şi constituenţi care au în diferite părţi ale volumului produsului metalic compoziţie chimică, structură reticulară şi de defecte, proporţii, forme, dimensiuni şi distribuţii ale cristalelor care variază in limite largi, în funcţie de condiţiile în care se desfăşoară procesele transferului de energie şi de mară şi implicit transformările în stare solidă; tensiunile interne reziduale depind de aceleaşi condiţii în ce priveşte mărimea şi distribuţia lor.

Luarea în consideraţie a împrejurărilor specifice în care se execută operaţiile tehnologice ale procesului de tratament termic impun o distincţie în exprimarea valorică a următoarelor două categorii de parametri ai tratamentului termic:

1) Parametri tipici, prin luarea în consideraţie a mărimilor de material metalic prin care se caracterizează mecanismul, cinetica şi morfologia transformărilor in stare solidă care stau la baza tratamentului termic considerat. Valorile numerice ale parametrilor tipici de tratament termic se stabilesc avîndu-se în vedere şi forma şi dimensiunile produsului, astfel încît în întregul volum să se desfăşoare transformările în stare solidă preconizate şi să se prevină efectele dăunătoare ale unor procese exim sînt modificările iremediabile de formă şi dimensiuni, fisurarea, oxidarea şi decarburarea superficială etc.

2) Parametri tehnologici, definiţi şi exprimaţi valoric pentru un anumit tip de tratament termic prin luarea în consideraţie a parametrilor tipici încadraţi intre limite care depind de mărimea şi modul de alcătuire a încărcăturii şi de caracteristicile constructive şi funcţionale ale utilajelor.

3. CARACTERISTICILE TEHNOLOGICE DE TRATAMENT TERMIC ALE MATERIALELOR METALICE

3.1. TEMPERATURILE DE TRANSFORMARE ÎN STARE SOLIDĂ

Pentru transformări în condiţii apropiate de cele corespunzătoare echilibrului termodinamic, adică la încălziri şi răciri cu viteze mici, temperaturile punctelor critice ale transformărilor se stabilesc cu ajutorul diagramelor de echilibru.

In ceea ce priveste transformarea martensitica, intervalul critic al transformarii situat intre temperaturile M s si M f depinde de continutul de carbon (fig.1) si de elemente de aliere al oteluilui(fig.2 ).

Fig. 1. Influenta continutului de carbon din otel asupra temperaturilor M s si M f .

Fig.2. Influenta elementelor de aliere asupra temperaturii M s.

3.3 SUSCEPTIBILITATEA LA SUPRAÎNCĂLZIRE

3.3.1 Granulaţia austenitică, expresie a susceptibilităţii la supraîncălzire

Granulaţia austenitică este definită ca o caracteristică tehnologică de material prin care se exprimă cantitativ influenţa formei, dimensiunilor şi distribuţiei grăunţilor cristalini asupra comportării materialului metalic la operaţiile de incălzire şi de răcire şi deci asupra rezultatelor obţinute în urma tratamentului termic, precum şi a altor operaţii tehnologice de prelucrare la cald (turnare, sudare, deformare plastică la cald sau la rece).

Granulaţia austenitică este exprimată prin trei mărimi de material, definite după cum urmează:

Granulatia austenitica initiala, definită şi exprimată prin mărimea cristalelor de austenită existente in momentul încheierii procesului de transformare a amestecului de ferită şi carburi in austenită la temperatura punctului AC1.

Granulatia austenitica reala sau efectiva, definită şi exprimată prin mărimea cristalelor de austenită formată în condiţiile concrete de temperatură, si timp in care s-a făcut încălzirea pentru tratament termic, deformare plastică la cald sau sudare. Granutaţia austenitică reală sau efectivă se defineşte şi se exprimă direct prin dimensiunile cristalelor de austenită măsurate ta temperatura respectivă sau indirect prin reliefarea contururilor cristalelor respective observate la temperatura ordinară, indiferent de natura şi dimensiunile cristalelor de constituenţi formaţi, la răcire.

Granulatia austenitica ereditara, definită şi exprimată prin mărirea cristalelor de austenită formate in condiţii normale (standardizate) de temperatură, si durată a încălzirii. Pentru oţelurile de construcţie şi de scule, temperatura de incălzire trebuie să fie egală sau mai inaltă cu 20 —30° C decit temperatura de călire maximă prescrisă pentru oţelul respectiv, iar durata de menţinere 3 h (STAS 3490-67). Sub denumirea de ereditate granulara austenitic, gcranulaţia austenitică ereditară este o caracteristică tehnologică de tratament termic a materialului respectiv. Ea exprimă susceptibilitatea acestuia la supraîncălzire prin reflectarea cineticii procesului de creştere a dimensiunilor cristalelor de austenită in func ţie de temperatură şi de durata de menţinere (fig. 3 şi fig. 4). Asupra graru-laţiei austenitice in afara temperaturii şi duratei de incălzire [mai influenţează conţinutul de carbon (fig. 3) .

Fig. 3 . Inf luenţa conţ i - Fig. 4 . Inf luenţa t impuluiuntului de carbon ş i a tem- de incălzire la 900grd C asupraperatur i i asupra grăunte- creşter i i grăuntelui austeni-lui austeni t ic ( t impul de t ic la un oţel hipoeutectoid

menţinere , 3 ore) . ( f ) ş i hipercutectoid (2) .

4. RECOACEREA FĂRĂ TRANSFORMĂRI DE FAZĂ ÎN STARE SOLIDĂ

4.1 Recoacerea pentru detensionare

Recoacerea pentru detensionare este tratamentul termic care constă din încălzire şi menţinere la o temperatură inferioară domeniului de transformare în stare solidă, urmată de răcire lentă, cu scopul înlăturării tensiunilor interne reziduale de la operaţiile anterioare de prelucrare la cald şi la rece (turnare, sudare, deformare plastică, aşchiere, tratament termic).

Obiectivul recoacerii pentru detensionare îl constituie înlăturarea tensiunilor interne reziduale pînă la un nivel de mărime la care nu mai sînt periculoase efectele pe care le pot avea: fisurarea sau modificarea formei şi dimensiunilor produselor metalice din oţeluri, fonte sau aliaje neferoase, în timpul depozitării, prelucrării sau funcţionării, favorizarea proceselor de coroziune şi a fisurării sub acţiunea unor medii corozive (fisurare sezonieră, rupere prin coroziune fisurantă sub tensiune, diminuarea rezistenţei la oboseală în medii corozive).

Procesele prin care se realizează detensionarca (relaxarea prin redistribuirea în timp şi anularea reciprocă a tensiunilor de sens opus, anihilarea reciprocă a defectelor punctiforme şi liniare, curgeri plastice locale în microvolume în care tensiunea tangenţială reziduală în planul de alunecare depăşeşte tensiunea critică de alunecare in planul respectiv) sînt activate termic, gradul detensionare,

respective valoarea maxima a tensiunilor depinzand de temperature si durata incalzirii.Recoacerea de detensionare se aplică produselor din oţel, clupă turnare, sudare, deformare plastică la rece, călire şi prelucrări prin aşchiere (tabelul 1.).

Tabelul 1. Recoacerea de tensionare la produsele din otel.

Prelucrarea anterioară

Condiţii de recoacere de detensionare. Prelucrare ulterioară

încălzire Menţinere, h

Răcire

Turnare încălzire lentă pînă la 550-650°C

O oră pentru fiecare 25

mm grosime maximă dar nu mai puţin

de o oră

Cu cuptorul, pînă la 200-300°C, apoi

în aer

Prelucrări mecanice de degroşare

Sudare încălzire lentă pînă la 600-680°C

-

Degroşare prin aşchiere

400-550°C Prelucrări de prefiuisa-re sau finisare

Finisare prin aşchiere 180-220°C feb.48 Aer Finisare sau superfinisare

Deformare plastică la rece, cu necesitatea păstrării parţiale a

ecruisării (produse se-mitari sau tari, arcuri,

re-soarte).

350-400°C 10 — 30 min

Aer -

Călire la martensită, cu necesitatea păstrării

durităţii ridicate

150-200°C 01.feb Aer Prelucrări de finisare

Revenire cu răcire rapidă pentru evitarea fragilităţii de revenire

înaltă

400-450°C în func ţ i e de

ca r ac t e -r i s t i c i l e

me can i ce im puse

Aer sau cuptor

Prelucrări de finisare

Grad de deformare

4.2Recoacerea pentru recristalizare

Recoacerea pentru recristalizare este tratamentul termic care constă din încălzire şi menţinere la o temperatură şi cu o durată de menţinere astfel stabilite, încît să se realizeze înlăturarea într-o măsură determinată a efectelor prelucrării anterioare prin deformare plastică la rece, astfel încît să se realizeze un anumit grad de recristalizare a materialului metalic. Temperatura de recoacere pentru recristalizarea aplicată produselor din diferite materiale metalice este de obicei cu 50—150° C peste temperatura pragului de recristalizare.

Fig 5.Influenta gradului de deformare asupra temperaturii de inceput de rectistalizare.

In tabelul 2. sunt date temperaturile de recoacere pentru recristalizarea otelurilor:

Tabelul 2.

  Temperatura de recoacere de recristalizare, °C

Clasa de oţeluri

Table şi benzi laminate

Sîrme trefilate

Bare trase .Ţevi trefilate

Oţeluri carbon moi (C < 0,20%)

680-700 690-710   680-700

Oţeluri moi slab aliate cu mangan

550-570 -   620-640

Oţeluri carbon semi-dure (0,3-0,4%C) şi oţeluri slab aliate şi de rulmenţi

    700-730  

Oţeluri crom-nichel de cementare şi de îmbunătăţire

    600  

Oţeluri carbon extra dure cu (1,0- 1,3)%C

    700  

Oţeluri martensitice cu 13% Cr şi oţeluri ledeburitice (rapide, C120)

    760  

3SMoCrAl     — 750-770

Prin recoacerea de omogenizare se realizează omogenizarea chimică a cristalelor şi înlăturarea segregaţiilor intradendritic, precum şi înlăturarea prin trecerea în soluţia solidă a segregaţiilor intercristaline de eutectic în afară de echilibru.

Obiectivele recoacerii de omogenizare sunt mărirea valorilor caracteristicilor de plasticitate pentru creşterea deformabilităţii (in cazul lingourilor şi semifabricatelor turnate pentru a fi deformate prin laminare sau extrudare la cald), mărirea rezistenţei la coroziune intercristalină, eliminarea, eventual diminuarea structurilor în benzi şi a anizotropiei proprietăţilor mecanice, creşterea stabilităţii structurale şi dimensionale a pieselor.

Pentru aliajele neferoase temperatura maximă în vederea recoacerii pentru omogenizare este cu 20 — 50° C mai joasă decît temperatura de topire teoretică. In cazul oţelurilor temperatura maximă de omogenizare este 1200° C, limitare determinată de scăderea rezistenţei mecanice a pieselor şi a elementelor de rezistenţă ale cuptoarelor.

Temperaturile indicate de recoacere în vederea omogenizării oţelurilor sînt cuprinse în intervalul 1050-1200° C.

5. RECOACEREA CU TRANSFORMĂRI DE FAZA ÎN STARE SOLIDĂ

Recoacerile cu transformări de fază în stare solidă sunt tratamente termice care au incălziri şi menţineri la temperaturi deasupra intervalului critic de transformare solidă.

In mod obişnuit, recoacerile sunt tratamente termice preliminare dar pot fi şi tratamente finale, recoacerile cu transformări de fază în stare solidă, ca tratamente preliminare ce caontituie eliminarea defectelor de structură.

Procesele prin care se realizează recoacerile ca transformări de fază în cazul aliajelor Fe—C au la bază obţinerea austenitei cu un anumit grad de omogenitate, în funcţie de condiţiile de încălzire, urmată de descompunerea acesteia în constituenţi ferito-perlitici sau perlitici, a căror proporţie, morfologie şi distribuţie depinde de condiţiile dc răcire.

Dupa conditiile de incalzire se deosebesc patru tipuri de recoacere:

1. Recoacere completă, la care încălzirea şi menţinerea se fac deasupra intervalului critic de transformare în stare solidă. Se aplică în vederea regenerării structurii produsă de supraîncălzirea în urma operaţiilor tehnologice anterioare de prelucrare la cald (turnare, forjare etc.) iar la oţelurile cu conţinut ridicat de carbon, pentru distrugerea reţelei de carburi. în acest din urmă caz răcirea după menţinere se face în aer respectiv se realizează normalizarea.

2. Recoacere incompletă, la care încălzirea şi menţinerea se fac în intervalul critic de transformare în stare solidă. Se aplică oţelurilor hipereutectoide şi fontelor cenuşii, avind drept scop obţinerea structurilor globulare, uşor aşchiabile. La alegerea timpului de menţinere se are în vedere faptul că globulizarea perlitei se face cu atît mai repede cu cît austenita este mai puţin omogenă. Din acest punct de vedere menţinerea trebuie să asigure numai egalizarea temperaturii pe secţiunea produsului. Răcirea se face cu o viteză foarte mică (10—20° C/h), pînă la 600° C, după care produsele se pot răci în aer.

3. Recoacere suberitică, la care încălzirea se face la temperaturi de 650—700° C. în timpul încălzirii şi răcirii nu au loc transformări de fază iu stare solidă, procesele de difuzie în timpul menţinerii au ca efect fragmentarea lamelelor de cementită din perlită obţinîndu-se perlita globulară. Se aplică oţelurilor şi fontelor slab şi mediu aliate (la care recoacerea completă sau incompletă necesită viteze foarte mici de răcire) după o normalizare prealabilă. Timpul de menţinere este 2—4 h, în funcţie de gradul de fineţe a perlitei, perioadele mai îndelungate fiind indicate pentru cazul unei perlite mai fine.

4. Recoacere cu pendulare, care sînt recoaceri ce au drept scop obţinerea unei perlite globulare. Prin acest procedeu se scurtează ciclul de globulizare în compa-raţie cu recoacerile incomplete sau suberitice. Nu este indicată pentru produse de dimensiuni mari.

6. CAPACITATEA DE ÎNCĂLZIRE ŞI DE RĂCIRE ÎN DIFERITE INTERVALE DE TEMPERATURĂ

Este o caracteristică tehnologică de tratament termic a mediilor lichide şi a topiturilor care reflectă influenţa diferitelor caracteristici termice şi fizice ale mediului şi se expvimă prin viteza de încălzire, prin viteza de răcire (fig. 3) la

200 400 600 000 Viteza de racire[°C/s ]

diferite temperaturi precum şi prin durata (şi viteza) de răcire sau de încălzire a unor probe cu anumite dimensiuni din diferite materiale metalice .

Fig 6. Capacitatea de racire a diferitelor medii folosite pentru calire.

Pentru uniformizarea răcirii şi pentru evitarea formării peliculelor de vapori, in anumite porţiuni de la suprafaţă produselor se recomandă mişcarea lor în timpul răcirii şi agitarea mediului.

Piesele cilindrice cu înălţime mică (roţi dinţate, discuri, etc.) care sunt expuse pericolului deformării se călesc in matriţe, pe prese de călire. Acest procedeu, pe de o parte limitează deformaţiile, iar pe de altă parte tensiunile interne care apar în produs sunt în mare măsură controlate şi dirijate.

O influenţă deosebită asupra capacităţii de răcire a mediilor de călire o are temperatura acestuia. In cazul folosirii apei sau uleiului, se pot folosi bazine de răcire cu temperatură controlată.

Produsele de dimensiuni mari (axe, blocuri, etc.) confecţionate din oţeluri cu călibilitate ridicată care asigură un strat călit suficient de gros, chiar la răcirea in aer, trebuie răcite cu viteze mai mari, pentru a creşte nivelul tensiunilor termice, atenuind efectul nefavorabil al tensiunilor structurale, care produc deformarea. In acest scop şi pentru a se asigura şi o răcire mai uniformă se foloseşte aerul comprimat (prin folosirea „tunelurilor de vânt”). Prin adăugarea unei anumite cantităţi de apă sau de ceaţă (călire in ceaţă), jetul gazos asigură o viteză de 4 —5 ori mai mare. Reglarea presiunii aerului şi a proporţiei de apă din jet, se poate regla viteza de răcire in funcţie de intervalul de temperatură la care a ajuns stratul care urinează să fie călit.

Călirea bainitică asigură cele mai favorabile rezultate privind reducerea deformaţiilor şi evitarea fisurării. Prin menţinerea izotermă in intervalul bainitic, un timp suficient de îndelungat pentru a se produce transformarea, se obţine o structură baintică, cu caracteristici apropiate de cele obţinute prin călirea directă

urmată de revenirea la temperatură egală cu cea de menţinere izotermă. Pericolul de deformare şi fisurare este complet înlăturat: pe de o parte neproducindu-se transformarea martensitică tensiunile structurale sunt mici in raport cu cele termice, iar pe de altă parte, proporţia de austenită reziduală, inevitabilă ca urmare a mecanismului transformării bainitice, contribuie deasemeni la evitarea pericolului fisurării.

Pentru stabilirea regimurilor de menţinere izotermă se folosesc diagramele cineticii transformării auslenitei la menţinere izotermă.

Datorită capacităţii reduse de răcire în intervalul perlitic al mediilor de răcire încălzite la temperaturi situate în intervalul baintic (băi cu topituri de săruri), acest procedeu este aplicabil numai produselor subţiri din oţeluri cu călibilitate mare.

În formă modificată, cu menţineii izoterme in domeniul de temperaturi situat în imediata vecinătate a intervalului călirea izotermă poartă denumirea de „patentare", în funcţie de compoziţia chimică a oţelului, de condiţiile de tempera-tură de menţinere izotermă, proporţia de perlită şi bainilă superioară variază în limite largi imbinindu-se proprietăţile de plasticitate şi duritate a celor doi constiluienţi.

7. CALIREA

Călirea este un tratament termic care se aplică cu scopul de a realiza o structură decălire în afară de echilibru (metastabilă) care asigură o duritate, limită de elasticitate,rezistenţă la rupere şi rezistenţă la uzură ridicată. 

După călire se aplică întotdeauna revenirea. Structura de călire cea mai caracteristicăavînd proprietăţile mecanice susamintite maxime, este martensita; o soluţie solidă de Fe α-C (eventual cu elemente de aliere ) suprasaturată, metastabilă la temperatura ambiantă şi extremde fragilă. 

Celelalte structuri de călire denumite structuri intermediare de călire, (bainitice sautroostitice aciculare) şi structurii perlitice de călire (troostita şi sorbita) de asemeneametastabile, au proprietăţile mecanice amintite, din ce în ce mai reduse, în timp ce tenacitateaşi plasticitatea cresc în ordinea enumerării din tabel. Aceste structuri de călire se realizează prin austenitizare (cu încălzire şi menţinere scurtă) totală sau parţială a structurii piesei,urmată de o răcire după o curbă care se caracterizează prin viteze de răciri, respectiv pringrade de subrăcire ale austenitei mai mari decît cele folosite la normalizarea aceluiaşi oţel.

Mediul de călire trebuie să asigure protecţia împotriva oxidării şi decarburării. Pentruîncălzirea pieselor în vederea călirii se utilizează cuptoare încălzite electric cu gaz, atmosferăcontrolată (endo sau exo) şi cuptoare cu vid.

Temperatura de încălzire se alege în funcţie de calitatea oţelului. La oţelurile carbonhipoeutectoide temperatura de călire se I a cu 200 C peste Ac3, iar la cele hipereutectoide cu 200C peste Ac1(domeniile haşurate). La oţelurile aliate, temperatura de călire, depinde detemperatura de dizolvare a carburilor şi este mai ridicată.

Durata de încălzire şi menţinere; durata de încălzire se determină cu metode analitice în funcţie de factorii specificioperaţiei (forma piesei, materialul din care este executată, tipul utilajului de încălzire, temperatura la care se face tratamentul, etc.); durata de menţinere trebuie să asigure egal izarea temperaturii pe între aga secţiune a produsului şi să permită o cantitate suficientă de carbon sau carburi să se dizolve în austenită. Numai carbonul dizolvat în austenită determină duritatea martensitei nu şi carbonul care segăseşte sub formă de ca rburi nedizolvate. La încălzirea unui oţel carbon eutectoid la 7400C, dizolvarea carburilor se termină după circa 5 ore, la 7600C după 15 min., la 7800C după 5min. şi la 8200 C după 1 min., fără ca repartizarea carbonului în austenită să fie uniformă.

Mediul de răcire trebuie să asigure obţinerea unei structuri cu proporţie maximă demartensită şi să evite apariţia unor tensiuni prea mari, care ar provoca deformarea sau chiar fisurarea pieselor. Proporţia minimă de martensită depinde de condiţiile impuse pentrustructura de revenire. Mediile de răcire folosite în practica industrială sunt : apa, soluţii apoase, uleiul mineral,sărurile şi metalele topite, aerul (în cazul oţelurilor bogat aliate) şi mediile sintetice.

Duritatea după călire depinde de conţinutul de carbon şi de proporţia de martensită înstructură. Duritatea mai este influenţată şi de alţi factori (temperatura,durata, structura iniţială, dimensiunea etc.).Forma piesei de o mare importanţă pentru reuşita călirii este proiectarea corectă aformei piesei. Forma exterioară a piesei poate să nu fie favorabilă pentru tratamentul termic.

Forma ideală, din punctul de vedere al schimbului de căldură în procesele de încălzire – răcire, presupune o distribuţie raţională a masei metalice, în toate porţiunile piesei în aşa felîncât în fiecare punct al suprafeţei vitezele de încălzire şi de răcire să fie egale

7.1. Călirea de punere în soluţie.

Călirea de punere în soluţie este urmată de obicei de îmbătrînire (durificare structurală).

Se aplică la cinci tipuri de aliaje industriale.1) Aliaje cu bază de aluminiu (Al—Cu, Al—Mg, Al—Zn, Al—Cu —Mg, Al —Cu — Si, Ai -Cu-Mg, Al -Cu -Mn, Al -Cu -Ti, Al - Si-Mg, Al -Si -Cu, Al -Mg - Si, Al -Zn --Mg, Al-Zn-Mg, Al-Zn Si, Al-Cu-Mg-Ni, Al-Mg-Cu-Mn, Al-Si-Mg-Mn, Al-Si-Cu-Mg, Al-Si-Cu-Mg-Ni).2) Aliaje cu bază de cupru (bronzuri cu beriliu, cu crom, cu aluminiu, cu siliciu şi nichel, bronzuri complexe).

3) Aliaje cu bază de magneziu (Mg—Al, Mg—Zn, Mg—Al—Zh).4) Aliaje cu bază de titan.5) Oţeluri austenitice, feritice.Dintre aliajele de aluminiu se supun durificării structural, aliaje deformabile

(bare, table, ţevi, piese forjate sau extrudate la cald) cît şi aliaje de turnătorie . La aliajele deformabile călirea de punere în soluţie este obligatorie în timp ce la aliajele de turnătorie, fiind posibil ca prin răcirea după turnare (mai ales la turnare in cochile) aliajele să prezinte structuri de călire, călirea poate fi evitată.

Datorită domeniului de temperaturi redus de existenţă al soluţiei solide, temperatura optimă de călire se alege în limite foarte strinse respectiv 20 —25 şi uneori 10 — 15° C. De aceea utilajele de încălzire în vederea călirii trebuie să aibă un control strict al temperaturii şi o uniformitate bună a acesteia în spaţiul de încălzire (±5°C).

Durata menţinerii depinde de natura mărimii şi gradului de dispersie al fazelor ce trebuie să fie dizolvat. Din acest punct de vedere aliajele de turnătorie trebuie menţinute perioade mult mai îndelungate în comparaţie cu cele deformate, in structura de turnare fazele de durificare avînd grosimi mai mari.

7.2. Călirea martensitică

Călirea martensitică volumică. Călirea martensitică pătrunsă sau volumică urmăreşte obţinerea unei structuri martensitice pe o adîncime cât mai mare pe secţiunea produsului.

Tipuri de călire martensitică volumică.După condiţiile de încălzire călirea este completă sau imcompletă.

Călirea completă. Încălzirea în vederea austenitizării se face deasupra temperaturilor intervalului critic de transformare în stare solidă (30— 50° C deasupra temperaturii Acs), temperaturi care corespund domeniului monofazic austenitic. Prin răciri cu viteze superioare vitezei critice rezultă structuri

cFig. 7. Diagrame tennocinetice ale descompunerii austcnitei subrăcite: LC45 {Tăun. = S80°C) ; b — 40CrlO [Toast. = 840°C) ; c — 33MoCrll [Taust = 850°C).

martensitice cu proporţii diferite de austenită reziduală in funcţie de compoziţia chimică a oţelului. Se aplică oţelurilor carbon.Călirea incompletă. încălzirea urmărind o austenitizare incompletă se face în inter-valul critic de transformare în stare solidă, cu 30 — 50° C deasupra temperaturii punctului Ac1. După răcire se obţin structuri feritomartensitice la oţelurile hipoeutectoide şi de martensită şi carburi la oţelurile hipereutectoide. Se aplică în principal oţelurilor hipereutectoide carbon şi aliate.

După condiţiile de răcire, respectiv viteza de răcire în intervalul de temperaturi corespunzătoare maximul cinetic al transformării perlitice şi în interval". 1 Ms — Mf de temperaturi corespunzătoare transformării martensitice anizoterme călirea este în unul sau două medii de răcire, în trepte şi izotermă.

Călirea într-un singur mediu. După austenitizare, răcirea se face într-un singur media, cu viteze de răcire superioare vitezei critice de călire . Tensiunile termice şi structurala care însoţesc transformarea martensitică sînt maxime.

Călirea în două medii. Se utilizează pentru răcire după austenitizare două medii de răcire cu intensităţi diferite: răcirea începe într-un mediu mai activ, cu

viteze superioara vitezei critice de călire, continuînd în mediul mai puţin activ pentru răcirea cu viteze mai mici în intervalul martensitic. Se asigură în acest fel o reducere a tensiunilor structurale.

Călirea în trepte. Răcirea după austenitizare se face într-un mediu cu temperatura superioară cu 30 —100° C temperaturii care să asigure o viteză de răcire superioară vitezei critice în intervalul celei mai mici stabilităţi a austenitei, menţinere la această temperatură durate inferioare celor corespunzătoare începutului transformării austenitei în constituienţi bainitici, urmată de răcire cu orice viteză pînă la temperatura ordinară.

8. REVENIREA ŞI ÎMBĂTRÎNIREA

Revenirea ţi imbătrinirea sint tratamente termice care se aplică produselor supuse in prealabil călirii. Obiectivul aplicării acestor tratamente îl constituie obţinerea unei structuri alcătuite dintr-o soluţie solidă cu grade de suprasaturare şi proporţii de particule de fază secundară controlate, a căror mărime depinde de condiţiile de tratament.

8.1. Îmbătrînirea

Îmbătrînirea se aplică produselor călite pentru punerea în soluţie în vederea creşterii valorilor caracteristicilor de rezistenţă şi tenacitate. Procesele de îmbâtrînire (formarea zonelor G —P, a fazelor de tranziţie precipitarea coerentă a fazelor secundare) se produc la temperaturi inferioare celor corespunzătoare liniei echilibrului termodinamic de variaţie a solubilităţii cu temperatura a componenţilor sistemului. Durata de menţinere se alege cu ajutorul diagramelor de variaţie a caracteristicilor mecanice cu temperatura şi durata menţinerii, trasate experimental pentru fiecare aliaj (fig. 8)

Fig. 8. Variaţia caracteristicilor mecanice în funcţie de durata menţinerii la diferite temperaturi de imbătrînire a unui aliaj de aluminiu.

8.2. Revenirea.

Revenirea este tratamentul termic care se aplică produselor metalice după călirea martensitică şi care constă din încălzirea acestora la temperaturi inferioare intervalului de transformare în stare solidă, în funcţie de temperatura de încălzire se disting trei tipuri de revenire: joasă.med ie şi înaltă.

Revenirea joasă constă din încălzire la temperaturi de 150—250° C, menţinere la această temperatură 2 —3 h, urmată de răcire în aer. Se aplică invederea înlăturării tensiunilor interne şi a stabili-zării structurii şi a dimensiunilor după călirea pieselor cementate sau călite superficial, a sculelor din oţeluri carbon sau aliate, a rulmenţilor.

Revenirea medie constă din încălzire la temperaturi cuprinse in intervalul 300-450c C. Se aplică după călirea arcurilor.

Revenirea înaltă constă din încălzire în intervalul 450-650°C. Se aplică produselor din oţeiuri de îmbunătăţire.

Rezultatele revenirii medii şi înalte depind în esenţă de temperatura şi durata de menţinere. Vitezele de încălzire, şi răcire se iau în considerare numai în legătură cu tensiunile interne, respectiv cu fragilitatea de revenire. Diagramele din fig. 6 au fost trasate utilizînd epruvete prelucrate din probe cu grosimea de 25 mm călite şi menţinute 1 h la temperatura de revenire. Practic s-a constatat că regula 1 h/25 mm grosime este valabilă pentru piese cu diametre cu diametrul sub 100 mm.

9. CONCLUZII

In studiul de fata sunt prezentate unele aspecte referitoare la tratamentele termice aplicate produselor metalice cu scopul aducerii acestora in stari structurale si de tensiuni interioare corespunzatoare unor anumite asociatii de proprietati.

In analiza efectuata se au in vedere caracteristicile transformarilor in stare solida care se produc in timpul incalzirii si racirii:

- Recoacerea fara transfosmare de faza solida;- Recoacerea cu transformare de faza solida;- Calirea ;- Revenirea si imbatranirea;Se remarca faptul ca prin folosirea acestor etape se realizeaza readucerea produsului metallic intr-o stare apropiata de cea de echilibru termodinamic, minimizand valoarea tensiunilor interne.

Bibliografie

1. S. Gadea – “Manualul inginerului metalurg”, Editura Tehnica Bucuresti, vol. 2, 1978;2. D. Ciucescu – “Stiinta si ingineria materialelor”, Dditura Didactica si Pedagogica Bucuresti, 2006