tema nr 6 - transformari de faza tt

8/18/2019 Tema Nr 6 - Transformari de Faza TT

http://slidepdf.com/reader/full/tema-nr-6-transformari-de-faza-tt 1/43

TEMA NR. 6

Transformări de fază în sistemul Fe – C ;

tratamente termice şi termoc imice

a!licate fontelor şi o"elurilor

Obiectivele temei sunt:

- prezentarea transfărmărilor care au loc la încălzirea

(austenitizarea) şi la răcirea aliajelor Fe - C;

- explicarea in uen!elor pe care aceste transformări le au asuprastructurii şi "eci a proprietă!ilor aliajelor Fe - C;

- stabilirea posibilită!ilor "e folosire a acestora în practică prin

aplicarea tratamentelor termice#

$impul "e stu"iu estimat este "e % ore#

Aşa cum s-a prezentat anterior principala transformare înstare solidă a aliajelor din sistemul Fe - C este reacţia eutectoidă.Ca urmare, în cazul oţelurilor punctele critice , obţinute laintersecţia verticalei c %C a aliajului cu liniile dia ramei deec!ilibru, sunt "vezi # . $. & '

- punctul critic A ( , punct Curie al cementitei ") * +C&- punctul critic A , intersecţia verticalei aliajului cu linia /,

corespunde transformării eutectoide "0)0 +C&- punctul critic A ) , intersecţia verticalei aliajului cu linia

1+ /, punct Curie pentru oţeluri- punctul critic A 2, intersecţia verticalei aliajului cu linia 3 /

"peste această temperatură, în structură nu mai e4istă ferită&- punctul critic A cem , intersecţia verticalei aliajului cu linia 5 ,

caracteristic numai oţelurilor !ipereutectoide.

1



Fi . $.unctele critice ale oţelurilor

6. 6ransformări ce au loc în timpul încălzirii oţelurilor"austenitizarea&

Consider7nd cazul unui oţeleutectoid, la temparatura ambiantăstructura este formată din perlită

"amestec lamelar de ferită sicementită&. Conform dia ramei deec!ilibru transformarea la încălzireaoţelurilor este cea inversă reacţieieutectoide ' din amestecul mecanic adouă faze ferită si cementită cuconcentraţii diferite rezultă o sin urăfază - austenita. rocesul poartănumele de austenitizare si poateavea loc după două mecanisme' cudifuzie si fără difuzie.

6.#.# Austenitizarea du!ă mecanismul cu difuzie

rocesul are loc în condiţii izoterme "încăzire rapidă p7nă latemperatura dată si menţinerea la această temperatură c7t timp dureazătransformarea& la temperaturi inferioare celei a transformării alotropice a Fe.

Termodinamica transformării are justi#carea prezentată în # ura$.) si respectă principiile cunoscute ' transformarea are loc în sensulscăderii ener iei libere a sistemului.

Mecanismul si morfologia transformării

2

Fig. 6.2&aria'ia cu temperatura a ener iei

libere a austenitei si perlitei



6ransformarea perlitei în austenită este un proces de recristalizare cusc!imbare de fază "recristalizare fazică& care se produce după mecanismulcunoscut ' apariţia ermenilor fazei noi si creşterea cestora p7nă laconsumarea fazei vec!i.

1orfolo ia transformării are etapele prezentate în # ura $.2'I. 8a temperatura A amestecul mecanic de ferită si cementită se

ăseşte în ec!ilibru.II. Apariţia ermenilor de austenită are loc, la temperatura A c , pesuprafeţele de separaţie ferită - cementită, unde probabilitatea 9uctuaţiilorconcentraţiei în carbon si a ener iei libere este ma4imă. Concentraţia încarbon a ermenelui de austenită este variabilă între C α -γ - concentraţia lainterfaţa ferită - cementită si C γ -Fe2C - concentraţia la interfaţa austenită -cementită "v.# .$. &. :ezultă un radient al concentraţiei în carbon maimare la interfaţa ermene de austenită - cementită dec7t la interfaţa

ermene de austenită - ferită.III. Creşterea ermenelui de austenită se va produce cu viteză mai

mare spre ferită dec7t spre cementită, ca urmare a difuziei carbonului prinaustenită spre ferită.

IV. rima fază care se consumă este ferita.V. rin menţinerea la temperatura A c are loc dizolvarea, prin difuzie ,

a cementitei. :ezultă o austenită neomo enă, cu un ma4im al concentraţiei în carbon în locul fostei lamele de cementită.

VI. rin menţinerea în continuare la temperatura A c , are loc , caurmare a difuziei carbonului, omo enizarea austenitei.

;n concluzie morfolo ia transformării perlitei în austenită"austenitizarea& prin mecanismul cu difuzie este următoarea '

α +Fe 3C α +γ +Fe 3C γ +Fe 3C γ neomogen γ omogen

Cinetica transformării 1ecanismul e4pus la

transformarea cu difuzie aperlitei în austenită conduce laconcluzia că o dată cu creşterea

radului de dispersie al fazelor"micşorarea distanţei dintrelamele de ferită si cementită&creşte numărul ermenilor decristalizare deci viteza de

erminare. 6emperatura va

in9uenţa în sensul creşteriivitezei de difuzie a carbonului,deci o data cu creştereatemperaturii creşte viteza detransformare.

:eprezentarea încoordonate temperatură - timpa timpilor de transformareizotermă, pentru valori diferiteale temperaturii A c , are

3



aspectul unei familii de curbecorespunzătoare etapelormorfolo iei transformării. econstată din # ura $.< că prinmenţinerea izotermă latemperaturi mai ridicate timpiide transformare scad.;n cazul transformării laincălzire continuă, prinsuprapunera curbelor deincălzire peste dia ramacineticii transformării izoterme"v.# .$.*& se constată cătemperaturile la care au loctransformările descrise anteriorcresc o dată cu creşterea vitezeide încălzire.

Fi . $.< Fi . $.*

6.#.$ Austenitizarea !rin mecanismul fără difuzie

8a incălzirea continuă cu viteze de încăzire mai mari dec7t v 2 "v.# .$.*& formarea austenitei are loc ca urmare a transformării alotropice a#erului. :ezultă următoarea morfolo ie a transformării '

α +Fe 3C γ +Fe 3C γ neomogen γ omogen e constată, analiz7nd dia rama din # ura $.* că temperatura

omo enizării austenitei este foarte ridicată . + astfel de situaţie se înt7lneşte în cazul unor viteze de încălzire foarte mari aşa cum este cazul încălzirilor prin inducţie cu curenţi de înaltă frecvenţă sau al ciclurilor temicecare determină transformări în zona in9uienţată termic la sudarea printopire.

6.#.% Creşterea &răuntelui de austenită; &răunte real;ereditate &ranulară

4



Fi . $.$ Fi . $.0

6.$ Transformarea austenitei la răcireObs# e consi"eră în continuare cazul o!elului eutectoi"#Termodinamica transformării 8a o anumită valoare a subrăcirii, ∆t, "v.

# . $. & amestecul mecanic de ferită sicementită "perlita& are ener ie liberă maimică dec7t austenita, rezult7nd din punct devedere termodinamic, necesitateatransformării acesteia. 6ransformarea unei

faze cu o anumită concentraţie în carbon"austenita& în amestecul mecanic a două fazecu concentraţii diferite în carbon impunee4istenţa posibilităţilor de difuzie alecarbonului si de autodifuzie ale #erului. Bariaţia coe#cienţilor de difuzie ai carbonului si #erului, funcţie detemperatura, prezentată în # ura $. indică faptul că la valori sub 1 s, #erulsi carbonul nu mai pot difuza, iar la valori cuprinse între 1 s si t 1C mai poatedifuza numai carbonul.

;n cazul transformării la răcire continuă cu viteze de răcire foarte mari,c7nd subrăcirea are valori mai mari dec7t diferenţa dintre A si 1 s ,transformarea alotropică a #erului corelată cu imposibilitatea difuzieicarbonului va conduce la formarea unei soluţii suprasaturate de C in Fe α,structură denumită martensită. 6ransformarea va avea loc deoareceener ia liberă a martensitei este mai mică dec7t a austenitei. =ar deoarecemartensita va avea ener ie liberă mai mare dec7t a stării de ec!ilibru -perlita, "v.# . $. & aceasta va # o fază metastabilă.

Cinetica transformării 8a creşterea subrăcirii, viteza de transformare a austenitei este

in9uienţată în sensuri diferite de următorii factori '- creşterea diferenţei între ener iile libere, ∆F, ale fazei anterioare

"austenita& si fazei care rezultă, măreşte viteza de transformare- reducerea coe#cienţilor de difuzie ai #erului si carbonului, reducviteza de transformare.

6

Fig. 6.8 *usti+carea ener etică a

temperaturii , s



Dn9uenţa cumulată a acestorfactori conduce la o variaţie a vitezeide transformare de tipul prezentat în# ura $. (. e constată că vitezama4imă de transformare se atin e încazul unei subrăciri ∆t ş A - t1C , undet1C poartă numele de temperaturamaximului cinetic.

Bolumul de fază transformatăizoterm, în cazul subrăcirii austenitei înintervalul "1 s , A & are o variaţie detipul celei prezentată în # ura $. ,care poartă numele de curba cineticii transformării izoterme aaustenitei.

8ocul eometric, în coordonate temperatură - timp, al punctelor de început si de sf7rşit de transformare izotermă a austenitei la subrăciri înintervalul "A , 1 s& poartă numele de diagrame TTT -izoterme (timp-temperatură - transformare), trasarea lor făc7ndu-se pornind de lafamilia de curbe cinetice ale transformării izoterme pentru rade desubrăcire diferite. + astfel de trasare a curbelor 666 pentru cazul oţeluluieutectoid, care sintetizează noţiunile privind cinetica transformării, esteprezentată în # ura $. ).

Mecanismul transformării Cumul7nd rezultatele obţinute, funcţie de radul de subrăcire,

transformarea austenitei poate avea loc după următoarele mecanisme '- transformarea după mecanismul cu difuzie, care poate avea loc

izoterm la subrăcire în intervalul de temperaturi "A , t 1C& c7nd au posibilităţide difuzie at7t carbonul c7t si #erul, rezult7nd structuri de tip perlitic,

diferenţiate , funcţie de temperatura la care se obţin în perlită " &, sorbită" & si troostită "6&.

7

Fig. 6.11Curba cineticii transformării izoterme a

asutenitei

Fi . $. )Trasarea curbeleor TTT - izoterme enrtu o!elul

eutectoi"



- transformarea după mecanismul fără difuzie , care are loc larăcirea continuă în intervalul de temperaturi "1 s , 1 f & c7nd nu mai auposibilităţi de difuzie nici #erul nici carbonul, rezult7nd o soluţie solidăsuprasaturată de C în Fe α.

- transformarea după mecanismul intermediar , care are locizoterm la subrăciri în intervalul "t 1C , 1 s&, c7nd mai are posibilităţi dedifuzie numai carbonul, rezult7nd o structură denumit bainită "E&, carepoate #i bainită inferioară "E i& sau bainită superioară "E s&

=ia ramele 666 - izoterme pot da aprecieri calitative si în cazul răciriicontinue. rin suprapunerea curbele de răcire peste aceste dia rame "v. # .$. 2& se pot tra e următoarele concluzii '

- structura perlitică se obţine la viteze mici de răcire "v &- transformările la răcire continuă pot decur e după mecanisme

diferite "v ) &- transformarea austenitei numai după mecanismul fără difuzie are loc

la răcirea continuă cu viteză de răcire mai mare dec7t !iteza critică decălire", ! cr , de#nită ca #ind viteza de răcire tan entă curbei de început atransformării.

Morfologia transformării $ransformarea "upă mecanismul cu "ufuzie (transformarea perlitică)Faza conducătoare a tansformării este cementita. 3ermenele de

cementită se formează, de obicei,la limita răuntelui de austenită si maipuţin probabil în interiorul lui "în cazul erminării etero ene, pe carburinedizolvate sau în zone neomo ene ale austenitei&

Formarea ermenelui de cementită "v. # .$. < a& conduce la scădereaconcentraţiei în carbon din jurul lamelei de cementită, #ind astfel, posibilătransformarea polimorfă a #erului "v.# .$. < b&.Ferita rezultată nu poate reţine tot carbonul si, ca urrame acestadifuzează, concomitent cu autodifuzia în sens invers a #erului prin creştereaconcentraţiei în carbon în zonele învecinate lamelelor de ferită, se creazăcondiţiile formării unor noi lamele de cementită "v. # .$. < c&

erlita va creşte, deci în lateral, prin mecanismul e4pus, dar si frontalprin difuzia atomilor de #er si de carbon.

=intr-un răunte de austenită se pot forma mai mulţi răunţi deperlită ţin7nd seama, însă de faptul că limitele de răunte nu constituebariere de netrecut în creşterea lor de către coloniile de perlită, rezultă cătransformarea are loc cu reducerea dimensiunii răuntelui real "v.# .$. < d&.5ste evident însă că, dimensiunea răunţilor de perlită formaţi va #dependentă de dimensiunea răunţilor de austenită care se transformă.

1orfolo ia, e4pusă a transformării justi#că scăderea vitezei deerminare cu creşterea dimensiunii răunţilor de austenită. e de altă parte,

o dată cu creşterea subrăcirii creşte viteza de erminare dar scadposibilităţile de difuzie ale #erului si carbonului, scăz7nd distanţa dintrelamele si dimensiunea răunţilor formaţi. Funcţie de radul de subrăcire lacare are loc transformarea, structurile rezultate vor prezenta caracteristicileprezentate în tabelul $.

8



6abelul $.Caracteristicile structurilor "e tip perlitic (lamelare)

;n concluzie, la transformarea austenitei subrăcite în intervalul "A ,

t1C&, o dată cu creşterea subrăcirii se obţin structuri cu ranulaţie mai #nă,cu rad de dispersie al fazelor mai mare care prezintă caracteristici deplasticitate mai scăzute concomitent cu creşterea celor de rezistenţă.

.# $ransformarea "upă mecanismul fără "ifuzie are loc prindeplasarea mai multor atomi "deplasare colectivă& pe distanţe mai micidec7t parametrul reţelei cristaline, fără ca atomii să-şi sc!imbe vecinii " aşacum se înt7mplă în cazul transformării cu difuzie&

1artensita - soluţa solidă suprasaturată de carbon în Fe α , are reţeacristalină terta onală cu volum centrat "6BC&, radul de tetra onalitate #indc a≅ , " radul de tetra onalitate depinde de conţinutul de carbon #nd datde relaţia c a = + (.(<$ %C. Acest lucru face ca duritatea martensitei sădepindă, preponderent de conţinutul de carbon&.

Formarea reţelei 6BC a martensitei este e4plicată prin aşa numitadistorsiune Eain.

Celula elementară 6BC obţinută , conform # urii $. * din două celuleelementare CFC, ale austenitei, ar avea radul de tetra onalitate c a ş .<2,mult mai mare dec7t cel real.

:ezultă, deci că pentru a se forma celula elementară a martensiteiare loc '

- o contracţie după a4a +z, de %- o dilatare după a4ele +4 si +G, de ) %.

er total transformarea martensitică are loc cu creştere de volum decirca < %.

=enumireastructurii

6emperaturatransformării, +C

=istanţa întrelameleµm

=uritateaHE

erlită 0)( ... $*( (.* ... .( 0( ... )2(orbită $*( ... $(( (.) ... (.< )2( ... 22(

6roostită $(( ... *(( < (. 22( ... <((

#



;n cazul aliajelor Fe - C martensita este, din punct de vederemicrostructural, platiform - lenticulară, apăr7nd la ananliza metalo ra#căsub formă aciculară. 6ransformarea martensitică prezintă următoareleparticularităţi '

- formarea lamelei de martensită în interiorul răuntelui de austenităse produce fără perioadă de incubaţie, cu viteză foarte mare, primele lamelede martensită străbăt7nd inte ral răuntele de austenită. + lamelă demartensită nu poate depăşii limitele runtelui de austenită care setransformă, rezult7nd din acest punct de vedere importanţa deosbită adimensiunii acestuia. "v.# . $. $ a&

- transformarea este atermică, continu7nd prin formarea de noi lamelede martensită "v.# . $. $ b&, ca urmare a creşterii diferenţei între ener iilelibere ale celor două stări, prin răcirea în continuare. ;n concluzietransformarea are loc la răcirea continuă în intervalul de temperaturi "1 s ,1 f & unde 1 s poartă numele de punct martensitic superior "temperatura lacare începe transformarea de tip martensitic la răcirea cu viteză de răciremai mare dec7t viteza critică de călire& iar 1 f - punct martensitic inferior.

Fi . $. *Formarea martensitei prin distorsiunea reţelei CFC a austenitei "distorsiunea Eain&

a. bFi . $. $

Formarea structurii aciculare a martensitei

oziţia punctelor 1 s si 1 f depinde de conţinutul de carbon al austenitei"aliajului& care se transformă si este prezentată în # ura $. 0.

rin formarea lamelelor de martensită, austenita este comprimată sideci eza se va transforma mai reu. C!iar în condiţiile răcirii continue intre1 s si 1 f nu se transformă intrea a cantitate de austenită în martensită.

1$



Austenita netransformată poartă numele de austenită reziduală "v. # .$. ,curba & . rocesul de stabilizare a austenitei, care va conduce la creştereacantităţii de austenită reziduală, este favorizat de menţinerea la otemperatură în intervalul "1 s , 1 f &. Acest fenomen este prezentat în# ura$. . Curba ) reprezintă procentul de austenită transformată încondiţiile întreruperii răcirii un timp τ la temperatura t i∈ "1 s , 1 f & si în modsimilar curba 2 , pentru intreruperea răcirii un timp τ) > τ la aceaşitemperatură t i . e constată că după menţinerea la temperatura t i urmatăde continuarea răcirii , procesul de transformare martensitică are nevoie deo creştere a subrăcirii "pentru o majorare a diferenţei dintre ener iile libereale celor două stări& cu at7t mai mare cu c7t timpul de intrerupere al răciriieste mai mare.

Fi . $. 0 Fi . $.

/# $ransformarea "upă mecanismul interme"iar (bainitic) are loc, în

condiţiile în care mai este posibilă difuzia carbonului, după sc!emaprezentată în # ura $. .

11



Fi . $.c!ema transformării după mecanismul intermediar

6ransformarea are următoarele asemănări cu transformarea perlitică 'e4istenţa unei perioade de incubaţie, curbă a cineticii transformăriiasemănătoare si următoarele deosebiri " asemănări cu transformareamartensitică& ' prezenţa austenitei reziduale, structura aciculară. e distindouă tipuri de bainită ' bainita superioară formată în apropiereatemperaturii ma4imului cinetic cu asemănări mai multe cu structurle de tipperlitic si bainita inferioară, formată în apropierea temperaturii de inceput atransformării martensitice cu aspect microstructural acicular, asemănătormartensitei.

6.# Tratamente termice a!licate o"elurilor

6ratamentul termic este metoda te!nolo ică de prelucrareprin acţiune termică asupra semifabricatelor sau pieselor #nite dinmetale sau aliaje, în scopul obţinerii structurilor şi prin aceasta acaracteristicilor cerute .

;n timpul acţiunii termice pot avea loc şi acţiuni c!imice

" cazul tratamentelor termoc!imice& sau acţiuni mecanice "cazultratamentelor termomecanice&.Aşa cum este cunoscut, principalele caracteristici mecanice ce se

impun pieselor e4ecutate din materiale metalice pot # rupate astfel'- caracteristici de rezistenţă ' limita de cur ere, : p() , rezistenţa

materialului : m, duritatea , rezistenţa la oboseală etc.- caracteristici de elasticitate ' modulul de elasticitate lon itudinal, 5

sau transversal 3- caracteristici de plasticitate ' alun irea, A * şi 7tuirea la rupere I- ener ia consumată la rupere, /B sau rezilienţa, /C@, caracteristici

prin care se apreciază în primul r7nd comportarea la rupere dar şitenacitatea materialului.

=upă modul în care aceste caracteristici sunt in9uenţate de structură,ele se pot rupa în '

- caracteristici independente de transformările structurale "5, 3&- caracteristici dependente de structură "toate celelalte&.:ezultă, deci că tratamentele termice constitue o rezervă importantă

de diversi#care a caracteristicilor #zico - mecanice ale metalelor şi aliajelor,a modi#cării lor în direcţiile dorite.

rocesul de tratament termic se descrie printr-o dia ramă încoordonate temperatură - timp "dia rama de tratament termic, v.# . $.)(& care indică '

12



- parametrii re imului de încălzire ' viteza de încălzire, v i în+C oră, durata încălziri, τ i în ore, temperatura iniţială şi #nală

- parametrii re imului de menţinere la tempeartura de

tratament termic ' temperatura de tratament termic, t t în+

C,timpul de menţinere τm în ore

- parametrii re imului de răcire ' viteza de răcire, v r în +C oră,dată de mediul de răcire, temperatura iniţială şi #nală.

;n unele cazuri este necesară şiprecizarea compoziţiei mediului "înprincipal în cazul tratamentelortermoc!imice& sau prelucrărilete!nolo ice ulterioare " de e4emplu în cazul tratamentelortermomecanice sautermoma netice&.

6ipul de tratament termic nu estedat de tipul de dia ramă ci detransformările care au loc, dia ramade tratament termic indic7nd caleade urmat pentru a se asi uratransformările structurale.

=eterminarea in9uenţei tratamentelor termice asupra caracteristicilor#zico - mecanice presupune cercetarea dependenţelor respective însuccesiunea ' re imul de tratament termic - transformări structurale -structură - caracteristici #zico - mecanice.

6ipurile de transformări care stau, în eneral la baza tratamentelortermice aplicate aliajelor, sunt '

. 6ransformări în cadrul reţelei cristaline cu deplasări în reţea pedistanţe comparabile cu parametrul reţelei cristaline - transformăripolimorfe, care pot # '

a. cu difuzieb. fără difuzie

). 6ransformări cu difuzie pe distanţe ce depăşesc cu mult parametrulreţelei cristaline, care pot #'

a.recristalizarea fără sc!imbare de fază a structurilor deformateplastic la rece

b. transformarea eutectoidăc. descompunerea soluţiilor solide suprasaturate, descompunere

determinată de forma dia ramei de ec!ilibru sau descompunerea soluţiilorsuprasaturate obţinute prin tratamente de călire.

tudiul transformărilor pentru #ecare caz în parte trebuie să aibă învedere '

a. condiţiile termodinamice ale transformăriib. mecanismul transformării, care descrie modul în care are locrearanjarea atomilor

13

Fi . $.)(



c. morfolo ia transformării, care indică succesiunea structurilor care seformează

d. cinetica transformării, care are în vedere variaţia vitezei detransformare funcţie de temperatură şi timp.

Funcţie de transformările care au loc, tratamentele termice

se clasi#că astfel '. :ecoaceri fără sc!imbare de fază

). :ecoaceri cu sc!imbare de fază2. Călire cu transformare polimorfă<. Călire fără transformare polimorfă*. ;mbătr7nirea

$. :evenirea0. 6ratamente termoc!imice

. 6ratamente termomecanice

6.%.# Recoaceri fără sc im'are de fază

=in rupa tratamentelor termice de recoacere fărăsc!imbare de fază fac parte' recoacerea de omo enizare,recoacerea de recristalizare nefazică şi recoacerea dedetensionare.

Recoacerea de omo&enizare

6ratamentul termic de recoacere de omogenizare seaplică lin ourilor şi pieselor turnate în scopul eliminăriietero enităţii c!imice. ;n cazul pieselor şi lin ourilor din oţel,

parametrii re imului de tratament termic sunt ' τ i = *( ... *(+C, vi=)( ... $( +C oră, τm = )( ... (( ore , # ura $.), curba .5tapa principală a tratamentului, în care se elimină prin difuzie

etero enitatea c!imică, este etapa de menţinere la temperaturade tratament termic. =in acest punct de vedere temperatura de

14



încălzire trebuie să #e c7t mai ridicată posibil. tabilirea limiteisuperioare a temperaturii de tratament termic de recoacere deomo enizare are în vedere evitarea defectelor de tipuldecarburare şi arderea super#cială a oţelului. +mo enizarea structurii primare, ca urmare a aplicăriiacestui tratament termic, determină creşterea caracteristicilor deplasticitate. Aceste efecte sunt însă diminuate de realizarea unorprocese secundare în timpul tratamentului ' creşterea răunţilor" datorită menţinerii îndelun ate la temperaturi ridicate&,precipitarea unor compuşi, apariţia de porozităţi. Anularea acestorin9uenţe ne ative se poate realiza prin aplicarea ulterioară a unuitratament termic de recoacere completă sau de normalizare.

Recoacerea de recristalizare nefazică

6ratamentul termic de recoacere de recristalizare

nefazică se aplică în eneral pieselor şi semifabricatelor obţinuteprin deformare plastică la rece, în scopul restabilirii proprietăţilorde plasticitate ale materialului ecruisat. arametrii de re im larecoacerea de recristalizare nefazică se stabilesc în aşa fel înc7t întimpul etapelor de încălzire şi menţinere, să se producă proceselede restaurare şi recristalizare primară, evit7ndu-se creşterea

răunţilor şi recristalizarea secundară.;n cazul aplicării

tratamentului la piesele şi semifabricate din oţel parametriire imului sunt' t t ş $*( ... 0(( +C, τ î + τm ş ... < ore %răcire în aer.=ia rama de tratament termc este prezentată în # ura $.) -curba ).

Recoacerea de detensionare

6ratamentul termic de recoacere de detensionare are ca

scop eliminarea tensiunilor interne zonale "macrotensiunile deordinul D& ce se e4tind şi se ec!ilibrează în între ul volum al

15



pieselor. Aceste tensiuni interne apar, de obicei, datoritămodi#cării nee ale, în timp şi spaţiu, a dimensiunilor unei piese.

rincipalele cauze sunt' încălziri sau răciri neuniforme sau locale,deformări plastice, producerea nesimultană a unor transformări defază în masa piesei etc. :ezultă că , astfel de tensiuni interne potapare în piesele realizate prin majoritatea procedeelor te!nolo iceuzuale "turnare, deformare plastică la cald sau la rece, sudare,prelucrare mecanică etc.&.

5liminarea sau diminuarea tensiunilor interne e4istente înpiesă "detensionarea& se poate obţine realiz7nd condiţiilenecesare ca aceste tensiuni să producă deformări plastice localeale materialului piesei.

Aceste condiţii constau, de obicei în încălzirea piesei şimenţinerea la temperatură. ;n cazul în care la temperatura detratament limita de cur ere a materialului piesei devine maimică dec7t valoarea tensiunilor interne are loc un proces dedeformare plastică propriuzisă în cazul în care limita de cur ere amaterialului la temperatura de tratament termic este mai maredec7t valoarea tensiunilor interne deformarea plastică are loc întimp prin mecanisme de difuzie - 9uaj. Condiţiile detensionării seale astfel înc7t , prin menţinerea la temperatura de tratamenttermic să nu se producă transformări structurale ale materialuluipiesei.

rincipiile prezentate mai sus stau la baza stabiliriiparametrilor re imului de tratament termic de detensionare

aplicat pieselor din oţel ' t t = *(( ... $*( +C < A , v î = )( .. <(+C oră,τm = ).* minute mm rosime de piesă, răcire lentă, pentrua nu apare noi tensiuni interne. =ia rama de tratament termic de

16



detensionare aplicat pieselor din oţel este prezentată în # ura$.) - curba2.

6.%.$ Recoaceri cu sc im'are de fază

=in rupa tratamentelor termice de recoacere cu sc!imbare

de fază, se aplică pieselor din oţel' recoacerea completă,recoacerea incompletă, recoacerea de obulizare a cementitei,recoacerea izotermă şi normalizarea.

Recoacerea com!letă

6ratamentul termic de recoacere completă se aplică, în

eneral, oţelurilor !ipoeutectoide şi constă în încălzirea piesei la t t

= A2 + )( ... <( +C, menţinerea la această temperatură p7nă laformarea unei austenite omo ene, cu răunte #n în toată masapiesei şi răcirea cu o viteză de răcire care să asi ure realizareaunei structuri de ec!ilibru, ferito - perlitice, cu duritate minimă.

copul principal al aplicării acestui tratment termic este

înlăturarea structurilor neomo ene sau cu răunte rosolan din

17

Fi . $.)=ia ramele de tratment termic derecoacere fără sc!imbare de fază

aplicate oţelurilor'

- recoacere de omo enizare) - recoacere de detensionare2 - recoacere de recristalizare

nefazică.



piesele turnate. =ia rama de tratament termic este prezentată în# ura $.)) - curba :.C.

6ratamentul termic de recoacere completă se aplică şioţelurilor !ipereutectoide care prezintă ranulaţie rosolană

datorată prelucrării prin deformare palstică la temperaturiridicate. ;n acest caz t t ş Acem + )( ..2( +C, iar structura #nală va #formată din perlită şi cementită secundară în reţea.

Fi . $.))=ia ramele de tratament termic de reacoacere completă ":C& şi normalizare "J& aplicate

oţelurilor

Recoacerea incom!letă

6ratamentul termic de recoacere incompletă se aplică, îneneral, oţelurilor !ipoeutectoide, înlocuind recoacerea completă

în cazul în care ranulaţia oţelului este corespunzătoare şi trebuierealizată numai structura de ec!ilibru ferito -perlitică, cu duritateminimă. arametrii de re im sunt similari celor utilizaţi larecoacerea completă, cu e4cepţia temperaturii de încălzire, care

18



se adoptă t t ş A + )( ... 2( +C. =ia rama de tratament termiceste prezentată în # ura $.)2.

Recoacerea de &lo'ulizare

6ratamentul termic de recoacere de globulizare acementitei se aplică oţelurilor !ipereutectoide în scopul obţineriiunei structuri perlitice lobulare care prezintă duritate minimă,are caracteristici optime pentru aplicarea unor tratamentetermice ulterioare şi se prelucrează mai uşor prin deformareplastică şi aşc!iere. :e imul de lucru la aplicarea acestuitratament termic constă în ' încălzirea oţelului imediat deasupratemperaturii A , menţinerea p7nă la terminarea transformăriiperlitei în austenită şi răcirea cu viteză de răcire foarte mică sauprin pendulare, la traversarea intervalului transformării perlitice.Aceste condiţii asi ură realizarea proceselor de difuzie şi dereducere a ener iei libere a sistemului prin lobulizareacementitei rezultate la transformarea austenitei "at7t ceapreeutectoidă c7t şi cea eutectoidă&. =ia rama de tratamenttermic de recoacere de lobulizare acementitei este prezentată în# ura $.)<.

Recoacerea izotermă

6ratamentul termic de recoacere izotermă se aplicăoţelurilor !ipoeutectoide şi constă în încălzirea şi menţinereapiesei în condiţii similare aplicării recoacerii complete, răcirearapidă la o temperatură de menţinere izotermă t iz ş A - "2( ... ((&+C, menţinerea la această temperatură p7nă la terminareatransformării cu difuzie a austenitei şi răcirea ulterioară în aer.

=ia rama de tratament termic de recoacere izotermă esteprezentată în # ura $.)*.

1#



Fi . $.)2 Fi . $.)<

Avantajele aplicării acestei recoaceri în locul recoaceriicomplete constau în obţinerea unei structuri uniforme în toatămasa piesei şi reducerea timpului total de tratament al pieselordin oţeluri aliate.

Fi . $.)*

Normalizarea

2$



6ratamentul termic de normalizare se aplică oţelurilor !ipoşi !ipereutectoide şi constă în încălzire şi menţinerea în condiţiisimilare recoacerii complete şi răcirea ulterioară cu o viteză derăcire care să asi ure o structură cvasieutectoidă, de tip sorbitic" de obicei, răcirea se face în aer&, cu precipitări minime de ferităliberă "în cazul oţelurilor !ipoeutectoide& sau de cementităsecundară "în cazul oţelurilor !ipereutectoide&. =ia rama detratament termic este prezentată în # ura $.)) - curba J.

;n urma aplicării acestui tratament termic se obţin durităţi şirezistenţe mecanice mai mari dec7t în cazul recoacerii complete,fără a # afectată în mod inadmisibil plasticitatea. Ca urmare,normalizarea poate constitui tratamentul termic #nal al piselor dinoţel av7nd secţiuni mari şi forme eometrice complicate care sepot deforma sau #sura în cazul aplicării tratamentului termic decălire martensitică urmată de revenire înaltă "îmbunătăţire&. =easemenea , normalizarea se aplică ca tartament termicpremer ător, prin care se obţin structuri optime pentrutratamentele sau prelucrările ulterioare. Astfel, în cazul oţelurilor!ipoeutectoide, normalizarea asi ură structura optimă înainte decălire "cu cantitate minimă de ferită preeutectoidă& şi

îmbunătăţeşte prelucrabilitatea prin aşc!iere "în special la

oţelurile cu < (.2 % C&, iar la oţelurile !ipereutectoide - se asi urăaplicarea mai e#cientă a recoacerii de lobulizare a cementitei"prin distru erea reţelei de cementită secundară&.

6.%.$ Călirea o"elurilor

;n cazul oţelurilor se aplică călirea martensitică. Acesttratament termic constă în încălzirea oţelului deasupra unui punctcritic de transformare, menţinere şi răcire cu viteză de răcire maimare dec7t viteza critică de călire. :ealizarea corectă a

21



tratamentului termic de călire martensitică, funcţie de tipul

oţelului, impune stabilirea parametrilor optimi de re im ' t î , v î , τm,vr "mediul de răcire&.

(arametrii re&imului de tratament termic de călire

tabilirea parametrilor optimi ai re imului de tratamenttermic aplicat oţelurilor se face pe baza datelor prezentate încontinuare.

entru oţelurile !ipoeutectoide, temperatura de #ncălzire ,t î , care asi ură structuri de călire optime, pentru aplicareaulterioară a tratamentului de revenire, este t î ş A2 + "2( ... *(& +C -călire completă#

=acă încălzirea s-ar face la A < t î < A - călire incompletă0 ocantitate de ferită nu se va transforma în austenită, iar la răcirestructura va # formată din martensită "dură şi fra ilă& şi ferită"moale şi plastică&. + astfel de structură - cu pete moi , estenecorespunzătoare at7t din punct de vedere al caracteristicilor deutilizare în stare călită c7t şi din punct de vedere al aplicăriiulterioare a tratamentului de revenire. =acă încălzirea s-ar face la

t î >> A2 - călire cu supraîncălzire , se va produce o creşterepronunţată a ranulaţiei austenitice, iar structura #nală de călireva # formată din martensită rosolană şi o cantitate mare deaustenită reziduală. + astfel de structură are tendinţă mare spre#surare şi proprietăţi mecanice scăzute.

entru oţelurile !ipereutectoide temperatura optimă de încălzire în vederea călirii este t î ş A + ")( ... <(& +C - călireincompletă. tructura obţinută prin călirea unui astfel de oţel dela această temperatură va conţine martensită, cementităsecundară şi austenită reziduală. rezenţa cementitei secundare

22



"constituent cu duritate mai mare dec7t a martensitei& conduce lacreşterea durităţii oţelului călit şi îmbunătăţirea unor proprietăţiale acestuia "de e4emplu se măreşte rezistenţa la uzură&. Aceastăin9uenţă pozitivă se manifestă numai în cazul în care cementitasecundară este lobulizată. ;ncălzirea oţelurilor !ipereutectoide la

t î > Acem - călire completă, nu este indicată deoarece estefavorizată creşterea ranulaţiei austenitice "care determinăobţinerea unei structuri #nale formate din martensită rosolană cucreşterea cantităţii de austenită reziduală şi proprietăţi mecanicescăzute& şi e4istă posibilitatea apariţiei la răcire , a unor tensiuniinterne mari "ce pot produce deformarea sau #surarea pieselorcălite&.

=omeniul temperaturilor optime de încălzire a oţelurilor învederea călirii este indicat în # ura $.)$.

Viteza de #ncălzire , v î , a unei piese din oţel în vedereacălirii este limitată superior de o valoare admisibilă v ad , cereprezintă viteza de încălzire ma4imă pentru care , tensiunileinterne ce apar datorită neuniformităţii temperaturii pe secţiuneapiesei, nu produc #suri sau deformaţii nepermise ale acesteia.

$urata de men%inere , τm, a piesei la temperatura t î trebuiesă asi ure obţinerea unei austenite omo ene şi uniformizareatemperaturii pe secţiunea piesei supusă tratementului termic.

;n timpul desfăşurării etapelor de încălzire şi menţinere potavea loc reacţii c!imice între componentele oţelului şi atmosferacuptorului ce produc o4idarea şi decarburarea super#cială apieselor tratate. entru prevenirea acestor procese, se pot luaurmătoarele măsuri te!nolo ice '

- folosirea cuptoarelor cu atmosferă controlată "protectoare&

23



- realizarea etapelor de încălzire şi menţinere în băi de săruritopite

- împac!etarea pieselor în medii cu conţinut ridicat decarbon " de e4emplu aşc!ii de fontă cenuşie&.

+bţinerea structurilor corespunzătoare după tratametultermic de călire martensitică şi prin aceasta a efectelor dorite,este in9uenţată în mod deosebit de mediul în care are loc

răcirea . Condiţiile de răcire la călire se stabilesc pe bazaurmătoarelor criterii '

- asi urarea unei viteze de răcire v r > vcr

- asi urarea unei anumite adîncimi de pătrundere a călirii pesecţiunea piesei

- asi urarea unor valori reduse şi a unei repartiţii convenabilea tensiunilor interne la răcire, astfel înc7t să nu se producădeformaţii inadmisibile sau #surarea pieselor.

Fi . $)$ =omeniul optim de temperaturi pentru încălzire

la călirea martensitică a oţelurilor

Av7nd în vedere aceste considerente, me"iul i"eal "e răcire

trebuie să asi ure o viteză mare de răcire în zona ma4imuluicinetic şi o viteză redusă de răcire în rest, astfel înc7t tensiunile

24



termice să #e c7t mai reduse pentru a nu se suprapune pestetensiunile structurale caracteristice transformării "cu creştere devolum& martensitice. =iferitele medii de răcire utilizate în practicăla călirea oţelurilor "apă, ulei, soluţii de săruri sau alcalii, topituride săruri etc.& corespund numai parţial mediului ideal de călire.=in acest motiv, ale erea mediului de călire este o problemă cetrebuie analizată diferenţiat, în funcţie de caracteristicileconstructive ale pieselor supuse tratamentului, de calitatea şiproprietăţile oţelurilor din care sunt confecţionate acestea.

8a răcirea unei piese într-un anumit mediu, vitezele de răcirevor # diferite pe secţiunea piesei "evident că viteza de răcire încentrul secţiunii piesei, v m va # mai mică dec7t viteza de răcire lasuprafaţa piesei, v s&.

ituaţia realizată, într-un caz concret de aplicare atratamentului de călire, va # determinată pe l7n ă caracteristicilemediului de răcire şi de caracteristicile materialului tratat luate înconsiderare prin capacitatea de călire şi călibilitate.

Capacitatea "e călire este proprietatea te!nolo ică cedescrie aptitudinea unui oţel de a-şi mări duritatea prin călire.Această proprietate este dependentă de conţinutul în carbon aloţelului şi se apreciază prin duritatea martensitei.

Călibilitatea este proprietatea te!nolo ică ce descrieaptitudinea unui oţel de a se căli pe o anumită ad7ncime. Aceastăproprietate se determină printr-o încercare speci#că "proba căliriifrontale, KominG, 6A < 2(& şi se apreciază prin indicele decălibilitate , K de#nit ca valoarea l sm, în mm , măsurată de lacapătul răcit al unei epruvete cilindrice p7nă la zona cu *( %martensită în structură.

(rocedee de călire

25



;n practică, pentru realizarea tratamentului termic de căliremartensitică, se folosesc procedeele prezentate în continuare.

&. Călirea #ntr-un singur mediu , este procedeul folosit în modcurent. =eoarece nici unul din mediile de răcire utilizate în practică nuasi ură condiţiile de răcire corespunzătoare mediului ideal, la călirea prinacest procedeu, vitezele de răcire sunt mari, tensiunile interne termice atinvalori ridicate şi suprapunerea acestora peste tensiunile structurale potconduce la #surarea sau deformarea piesei tratate. =ia rama de tratamentetermic de călire cu răcirea într-un sin ur mediu este prezentată în # ura$.)0.

' . entru realizarea tratamentului termic de călire al sculelor dinoţeluri !ipereutectoide se foloseşte procedeul de călire #n două medii saucălirea #ntreruptă , # ura $.) . ;n acest caz piesele sunt răcite mai înt7irapid în apă, p7nă la o temperatură t < t 1C şi apoi sunt transferate într-un

mediu de răcire "ulei, aer& care asi ură răcirea lor mai lentă în domeniultransformării martensitice. @tiliz7nd acest procedeu se diminuează pericoluldeformării sau #surării pieselor călite.

C. entru realizarea tratamentului termic de călire al sculelor saupieselor de maşini din oţeluri aliate "care prezintă o călibiliate mai ridicată&se foloseşte procedeul de călire #n trepte (martempering). ;n acest caz,răcirea pieselor se realizează în trei etape '

- răcirea de la temperatura de tratament termic, p7nă la t ş 1 s + ")( ...2(&+C, în băi de săruri topite

- menţinerea la temperatura t, pînă la e alizarea temperaturii pesecţiunea piesei, dar fără a se permite începerea transformărilor austeniteidupă mecanismul intermediar

- răcirea în ulei sau aer.=ia rama de tratament termic este prezentată în # ura $.) .

Fi . $.)0 Fi . $.)Călirea într-un sin ur mediu Călirea în două medii

$. Călirea izotermă , # ura $.2(, se realizează în aceleaşi etape ca în cazul călirii întrerupte, cu deosebirea că, menţinerea la temperatura t ş 1 s

+ ")( ... 2(& +C se face p7nă la transformarea completă a austenitei în

26



bainită. tructura de bainită inferioară asi ură, pentru anumite aplicaţiite!nice caracteristici de rezistenţă ridicate şi de plasticitate acceptabile.

. ;n cazul oţelurilor cu conţinut ridicat de carbon sau aliate, la care 1 f

< ( +C, se foloseşte procedeul de călire la temperaturi scăzute (sub * C). rin aplicarea acestui procedeu se realizează transformarea aproapecompletă a austenitei în martensită, asi ur7ndu-se stabilizareadimensională şi creşterea durităţii pieselor tratate. =in acest motiv,aplicarea procedeului este indicată în cazul pieselor tratate termoc!imic,rulmenţilor, instrumentelor de măsură, sculelor speciale, ma neţilor etc. +atenţie deosebită trebuie acordată duratei de menţinere a piesei latemperatura ambiantă, p7nă la transferarea ei în mediul de răcire cutemperatura t < 1 f , durată care trebuie să #e mai mică de 2( minute, # ura$.2 .

+. ;n cazul în care se urmăreşte numai duri#carea super#cială a uneipiese din oţel "în scopul creşterii rezistenţei la uzură sau la oboseală& sefoloseşte procedeul de călire super cială. Barianta uzuală de aplicare aacestui procedeu este călirea folosind încălzirea prin inducţie cu curenţi deinaltă frecvenţă "călirea C.D.F.&. ;n acest caz piesa ce trebuie tratată treceprintr-un inductor în care circulă un curent alternativ de înaltă frecvenţă.Flu4ul ma netic enerat de acest curent străbate piesa şi produce înaceasta curenţi de inducţie de o anumită intensitate. Ad7ncimea depătrundere a curenţilor de inducţie în piesa ce trebuie tratată, ∆ în mm,depinde de frecvenţa, f, în Hz, a curentului din inductor şi decaracteristicile electroma netice ale materialului piesei tratate 'permeabilitatea ma netică, µ, în H m şi rezistivitatea electrică, ρ, în Ωm, şieste dată de relaţia '

∆ = ⋅ ⋅⋅

5 1$ 4 ρµ &

Fi . $.) Fi . $.2(Călirea în trepte "martemperin & Călirea izotermă

27



Ca urmare, încălzirea piesei, prin efectul termic al curenţilor deinducţie, se realizează numai pe o zonă super#cială de rosime apro4imative ală cu ∆, miezul răm7n7d neafectat.

=eoarece încălzirea zonei super#ciale, parcurse de curenţii deinducţie, decur e cu viteză mare de încălzire, formarea austenitei are locdupă mecanismul fără difuzie. Lin7nd seama de această particularitate, seimpune ca piesele supuse călirii C.D.F. să prezinte o structură iniţială #nă şiomo enă, neorientată şi fără carburi stabile "care se dizolvă reu înaustenită&. Aceste condiţii sunt satisfăcute satisfăcător de oţelurile nealiate,cu (.< ... (.$ % C, supuse, în prealabil călirii super#ciale, unei normalizări.

=upă încălzirea super#cială, răcirea piesei se face "de obicei cu apă&utilizîndu-se un duş de răcire amplasat în spatele inductorului. c!ema uneiastfel de instalaţii este prezentată în # ura $.2).

rocedeul de călire C.D.F. este foarte productiv, se pretează laautomatizare şi asi ură caracteristici mecanice ridicate pieselor tratate.@tilizarea lui este limitată de di#cultatea sau imposibilitatea realizăriiinductoarelor necesare şi este justi#cată economic numai în cazul tratăriiunor loturi mari de piese de acelaşi fel "c7nd costul inductorului nuafectează inadmisibil costul pieselor tratate&.

6.) Re*enirea o"elurilor

tructurile obţinute prin călire martensitică nu asi ură

proprietăţi mecanice optime pieselor tratate "de e4emplu,duritatea şi rezistenţa mecanică sunt ridicate dar tenacitateascăzută&. =in această cauză, după călirea martensitică se aplicătratmentul termic de revenire.

:evenirea este tratamentul termic care constă în încălzirea

unui oţel călit, la o temperatură t î < A , menţinerea un timp

su#cient la această temperatură şi răcirea cu o anumită viteză derăcire. copul aplicării acestui tratament termic este obţinereaunei stări structurale mai apropiate de ec!ilibru, cu un comple4 deproprietăţi mecanice favorabil utilizării ulterioare a piesei tratate.

tructura de dezec!ilibru obţinută la călire, formată dinmartensită tetra onală şi austenită reziduală, incălzită şi

menţinută la o temperatură inferioară punctului critic A , suferă

28



transformările prezentate în continuare. Aceste transformări suntrezultatul posibilităţilor de difuzie ale carbonului.

Fi . $.2 Fi . $.2) Călirea sub zero Călirea super#cială

&. ;ncălzirea în intervalul de temperaturi de ( ... )(( +C areca efect transformarea martensitei tetargonale #n

martensită cubică ca urmare a precipitării unor particule de

carbură ε, sub forma unor lamele foarte #ne, de dimensiunisubmicroscopice, coerente cu reţeaua martensitei din careprovine. =atorită precipitării acestor carburi, martensita cubicăprezintă un volum speci#c mai mic, transformare care este însoţităde o micşorare a nivelului tensiunilor interne şi a stabilităţiiaustenitei.

'. ;ncălzirea în intervalul de temperaturi de )(( ... 2(( +Care ca efect transformarea austenitei reziduale #n

martensită cubică printr-un mecanism asemănător transformăriibainitice. =e asemenea, datorită intensi#cării proceselor dedifuzie, în această etapă se continuă precipitarea caarburilor,starea şi proprietăţile acestora apropriindu-se de cele alecementitei.

C. ;ncălzirea în intervalul de temperaturi de 2(( ... <(( +Care ca efect reducerea apreciabilă a ni!elului tensiunilor

2#



interne , cu caracter similar celor ce se produc în stadiul derestaurare al materialelor ecruisate prin deformare plastică la rece"v. Ane4a &.

$. ;ncălzirea în intervalul de temperaturi de <(( ... $(( +C vaconduce la pierderea coerenţei dintre carburile formate şi reţeauamartensitei, coa ularea acestora şi formarea cementitei lobulare.

6otodată au loc şi procese de recristalizare a masei metalice debază, feritice, în care vor # distribuite, cu rad mare de dispersiecarburile lobulare. Această structură poartă numele de sorbită

de re!enire . 6ransformările la încălzire ale martensitei, analizate anterior,

pot # puse în evidenţă prin metoda dilatometrică diferenţială.rincipiul acestei determinări este următorul' se supun încălzirii ,

măsur7ndu-se dilatarea lor , două probe din acelaşi oţel, una înstare recoaptă şi alta în stare călită. e reprezintă ra#c variaţia

cu temperatura a mărimii ∆l = ∆lr − ∆lc unde ∆lr este dilatarea

probei în stare recoaptă, ∆lc - dilatarea probei în stare călită. eacest ra#c se pot delimita cele patru etape ale transformărilor ceau loc la încălzirea martensitei şi sunt prezentate în # ura $. <.

=eoarece toate transformările structurale ale oţelului călitmartensitic sunt uvernate de difuzie, rezultă că parametrii

pricipali ai tratamentului termic de revenire sunt t î şiτ

m . ;ntreaceşti doi parametri şi efectul tratamentului de revenire"structură, comple4 de proprietăţi, vezi # . $. < f& e4istă odependenţă funcţională strictă, ce se e4primă de obicei sub forma'

HK= 6 î ( + l τm)

în care, HK este parametrul Hollomon - KaMe, ce caracterizeazăefectul reveniri, luat în considerare prin obţinerea aceleaşi

3$



durităţi. :ezultă, deci că acelaşi efect se poate obţine cu perec!i

diferite "t î ,τm& pentru care HK = constant . Aceset re imuri detratament termic de revenire se numesc re imuri izosclere#

;n practică se aplică următoarele variante ale tratamentuluitermic de revenire'- re!enirea oasă, prin care se urmăreşte reducerea

nivelului tensiunilor interne ale piesei călite, fără scădereadurităţii. arametrii de re im în acest caz se stabilesc astfel înc7tsă se producă numai primele două etape ale transformărilor larevenire şi să se obţină o structură de martensită cubică "în mod

obişnuit ' t î = )( ..)*( +C, τm = ... 2 ore, răcire în aer&. :evenirea joasă se aplică sculelor, pieselor de uzură tratate termoc!imic etc.

- re!enirea medie, prin care se urmăreşte asi urarea unorlimite de elasticitate ridicate ale pieselor tratate "de e4emplu laarcuri, membrane etc.& se realizează de obicei la temperatura de2*( ... <(( +C.

- re!enirea #naltă "t î = <*( ... $*( +C& prin care seurmăreşte obţinerea unei structuri formate din sorbită de revenire,cu rezistenţă mecanică ridicată şi tenacitate bună.

6ratamentul se aplică pieselor demaşini confecţionate din oţeluri cu(.2* ... (.$( % C. =eoarece prinaplicarea lui se obţine cuplul optimde proprietăţi de rezistenţămecanică şi tenacitate la acesteoţeluri, tratamentul termic const7nd

în călirea martensitică urmată de orevenire înaltă poartă numele deîmbunătă!ire#

31



32

Fig. 6.33 6ransformările ce au loc la revenireaoţelurilor călite 'a - curba dilatometricăb - variaţia concentraţiei în carbon amartensitei

c - variaţia conţinutului de austenitărezidualăd - variaţia tensiunilor internee- variaţia dimensiunii carburilorf - variaţia caracteristicilor mecanice



6.% Tratamente termoc imice a!licate o"eluri

6ratamentul termoc!imic este metoda te!nolo ică deprelucrare a pieselor şi semifabricatelor din materiale metalice,prin acţiune termică în medii active c!imic "medii care pot pune înlibertate atomi ai unor elemente c!imice in stare activă - >in statunascendi?&. copul urmărit este modi#carea compoziţiei c!imice astraturilor super#ciale şi prin aceasta a structurii şi deci aproprietăţilor acestora.

rincipiul tratamentelor termoc!imice este, deci îmbo ăţireastraturilor super#ciale cu un anumit element c!imic, în condiţia caacesta să formeze cu masa metalică de bază, la temparatura lacare se efectuează tratamentul, structuri monofazice "soluţiisolide sau compuşi de#niţi&.

Comparativ cu călirea super#cială, prin aplicarea tratamentelortermoc!imice, în stratul super#cial pot # obţinute compoziţii c!imice şi decistructuri şi proprietăţi #zico-mecanice ce nu pot # obţinute prin nici-o altămetodă te!nolo ică, cu diferenţe foarte mari faţă de cele ale miezuluipiesei, fără restricţii privitor la caracteristicile eometrico-dimensionale aleacesteia.

8a baza tratamentelor termoc!imice stau trei procese fundamentale '- disocierea mediului- adsorbţia elementului cu care se face îmbo ăţirea stratului

super#cial la suprafaţa piesei- difuzia acestuia spre interiorul piesei.

$isocierea mediului constă în descompunerea moleculelor şiobţinerea elementului c!imic dorit in stare atomică activă. rocesele dedisociere pot #' procese de descompunere a compuşilor c!imici şi procesede disociere a moleculelor. Cantitatea de atomi liberi este determinată de

radul de disociere care poate varia intre limitele ( ... (( %, în funcţie detemperatură şi, în cazul mediilor azoase, de viteza de deplasare.Dmportant este faptul că, radul de disociere poate # re lat.

&dsorb%ia - aderenţa atomilor activi la suprafaţa piesei, depinde de 'natura materialului, natura elementului c!imic, radul de disociere,temperatură, starea suprafeţei. Acest proces este foarte reu de controlat şire lat.

$ifuzia - pătrunderea atomilor adsorbiţi la suprafaţa piesei spreinteriorul acesteia, este posibilă dacă ' elementul care difuzează este solubil

33



in materialul metalic de bază şi temperatura este su#cient de ridicatăpentru a asi ura atomilor mobilitatea necesară.

Consider7nd, calitativ, desfăşurarea celor trei procese fundamentalecu vitezele d - viteza de disociere a mediului, A - viteza de adsorbţie aatomilor la suprafaţa piesei şi = - viteza de difuzie, rezultatele tratamentuluitermoc!imic depind de corelaţia intre acestea, astfel'

D. a& d< A ⇒ procesul este fr7nat b& d> A ⇒ dacă mediul care disociază este azos, atomii serecombină în molecul şi nu apar in9uenţe ne ative dacă moleculele formatesunt solide, acestea se depun pe suprafaţa piesei form7nd un strat solid cupermeabilitate redusă care va fr7na procesul.

c& d≅ A este situaţia cu rezultate optime în practică dar în corelaţiecu A şi =.

DD. a& A< = ⇒ atomii elementului adsorbit vor difuza şi se va ajun e lascăderea radientului concentraţiei acestuia, ajun 7ndu-se la saturareastratului super#cial "spre sf7rşitul procesului&

b& A> = ⇒ de la inceputul procesului se obţin concentraţii ma4ime în stratul super#cial, condiţiile difuziei menţin7ndu-se o perioadă maiindelun ată, rezult7nd rosimi de strat mari.

;n stratul super#cial apar la temperatura de tratament termic numaistructuri monofazice, deoarece difuzia prin straturi bifazice nu este posibilă.Funcţie de tipul dia ramei de ec!ilibru "v. # . 0. & în stratul super#cial seformează straturi monofazice cu variaţii în salt ale concentraţiei de la unstrat la altul. =acă structurile formate la temperatura de tratamenttermoc!imic prezintă transformări de fază în stare solidă, răcirea p7nă latemperatura ambiantă va conduce la obţinerea în stratul super#cial a unorstructuri bifazice.

Observa!ie;n cazul tratamentului termoc!imic aplicat aliajelor ternare în stratul

super#cial se pot forma şi structuri cu mai mult de două faze.

Fi . 0.Formarea, la tratametul termoc!imic, în stratul super#cial a structurilor

monofazice cu variaţia în salta a concentraţiei de la un strat la altul, funţiede tipul dia ramei de ec!ilibru a sistemului A - E "A -metalul de bază alpiesei, E - elementul cu care se face îmbo ăţirea stratului super#acial&

34



6.%.# Cementarea +car'urarea, o"elurilor

Cementarea este tratamentul termoc!imic aplicat oţelurilorcu (. ... (.)* % C care constă în imbo ăţirea stratului super#cial

în carbon cu scopul realizării unei suprafeţe dure şi a unui miezmoale. rincipalele domenii de aplicare a acestui tratamenttermoc!imic îl constuie creşterea rezistenţei la uzare şi laoboseală a pieselor.

Carburarea în me"iu soli" constă în încălzirea pieselor, completprelucrate, într-un amestec format din cărbune de lemn "man al&, osubstanţă de activare " de obicei, un carbonat& şi un liant. 5ste recomandatamestecul alcătuit din $( % cărbune de lemn de mesteacăn şi <( % EaC+ 2.e mai pot adău a Ja ) C+2, / ) C+2, cărbune de oase, funin ine etc.

Carburarea în me"iu lic1i" constă în încălzirea pieselor în băi de săruritopite, de e4emplu 0* ... *% Ja ) C+2, ( ... * % JaCl şi $ ... ( % iC.

rocedeul se utilizează rar, pentru piese mici, care necesită o rosime micăa stratului de difuzie "(.< ... (.* mm&. =urata de tratament este mică, de) ... 2 ore şi piesele se călesc direct de la temperatura de cementare.

Carburarea în me"iu azos se poate efectua în acetilenă "C ) H) &,mono4id de carbon, metan "metoda cea mai lar utilizată&, aze de lacracarea petrolului etc. rocedeul prezintă următoarele avantaje'

- scurtarea duratei de de tratament "comparativ cu procedeul în mediusolid&

- ad7ncime mai mare a stratului carburat- piesele se supraîncălzesc mai puţin şi se pot căli direct de la

temperatura de carburare- condiţii mai bune de producţie "lipsa unor operaţii ca împac!etarea şi

despac!etarea pieselor în cutii&- posibilităţi mai mari de re lare a proceselor fundamentale- suprafaţa pieselor rezultă curată "fără aderenţe de amestec folosit ca

mediu solid&.=ezavantajul constă în aparatura complicată şi scumpă pentru

obţinerea , curăţirea, uscarea azelor, măsurarea compoziţiei şi presiunii lor.iesele ce se cementează trebuie să aibă - după prelucrarea mecanică- suprafaţa netedă şi curată, fără urme de ulei şi ru ină.

@neori este necesar să se cementeze numai unele părţi ale piesei, iarcelelalte se acoperă cu amestecuri de ar ilă şi alte materiale refractare"nisip, silicat de sodiu, talc&, un alt metal "de e4emplu, cupru prin

alvanizare sau metalizare& sau cu alte piese metalice.;n cazul producţiei de unicate, se aplică uneori cementarea în paste,

care permite reducerea duratei procesului. iesele se acoperă cu un strat depastă de 2 ... < mm rosime şi se aşează în cutii care se etanşează cuar ilă. ;n compoziţia majorităţii pastelor intră ne ru de fum, carbonat desodiu şi ferocianură de potasiu care se diluiază cu ulei, sticlă solubilă şi altesubstanţe. =atorită ferocianirii de potasiu, în stratul super#cial difuzează şiazot "în cantitate foarte mică&.

35



;n cazul carburării în mediu azos, carbonul în stare activă rezultă dindescompunerea azelor ce alcătuiesc mediul de carburare, conformreacţiilor'

) C+ → C + C+ )

CH< → C + ) H )

CmHn → m C + n ) H)

8a carburarea în mediu solid, procesul are loc prin faza azoasă,form7ndu-se mono4id de carbon în urma arderii incomplete a carbonului '

) C + + ) → ) C+Adău area carbonaţilor în amestecul de carburare activează procesul,

deoarece descompunerea lor dă o sursă suplimentară de carbon activ 'EaC+ 2 + C → Ea+ + ) C+

) C+ → C + C+ )

C+) + Ea+ → EaC+ 2

6emperatura de cementare este de )( ... *( +C, necesară

pentru ca oţelul să prezinte structura monofazică de austenitămenţinerea la această temperatură duce la îmbo ăţireaaustenitei în carbon, putînd să ajun ă la valori apropiate de cea asolubilităţii la temperatura respectivă.

8a răcirea lentă, structura stratului carburat va # formată dinconstituenţii structurali corespunzători concentraţiei atinsă în

#ecare punct ' la e4terior o zonă !ipereutectoidă, iar către interiorav7nd loc o trecere către structura ferito-perlitică,corespunzătoare compoziţiei iniţiale a oţelului "vezi # ura 0.2*&.

Ad7ncimea, 4 în mm, a stratului de difuzie creşte odată cucreşterea temperaturii şi duratei de carburare "v. # . 0.2$& şipoate # determinată cu relaţia '

' ( m= ⋅ τ

unde / este un coe#cient ce depinde de temperatura la care se

realizează tratamentul "de e4emplu, pentru t î = 2( +C, / = (.$&.

36



Fi . $.2* Fi . $.2$

copul cementării, obţinerea unei durităţi super#cialeridicate cu un miez tenace, nu se realizează numai prin carburare.;n această etapă se realizează numai repartizarea necesară acarbonului pe secţiune. rin tratamentul termic ulterior - călire şirevenire joasă - se obţine în stratul super#cial martensită. 8astabilirea re imului de tratament termic trebuie să se ţină seama

de următoarele particularităţi'- încălzirea de lun ă durată, necesară realizării rosimii

impuse a stratului carburat va conduce la creşterea ranulaţieioţelului

- stratulul super#cial şi miezul piesei reprezintă aliaje diferite"v. # . $.20& pentru care temperatura de încălzire în vederea călirii

se stabileşte diferit.Funcţie de importanţa pieselor tratate, în practică se aplica

una din variantele de tratament termic prezentate în # ura $.2 .=ia rama de tratament

termic din # ura $.2 a,corespunde cazului unor

piese de importanţă redusă,confecţionate din oţeluri cuereditate ranulară #nă, lacare nu sunt necesaretratamente de recristalizarea miezului călirea pentru

mărirea durităţii stratuluisuper#cial se realizează

37

Fi . $.20tabilirea temperaturii de încălzire pentru

strat şi miez la tratamentul termic ulteriorcementării oţelurilor



direct de la temperatura decementare "sau după o răcire lentă p7nă la temperatura de încălzirecorespunzătoare tratamentului de călire aplicat unui oţeleutectoid& şi este urmată de o călire la temperaturi scăzute şi de orevenire joasă. =ia rama din # ura 0.* b, corespunde cazului unorpiese de mare răspundere după cementare se realizează ocălire "sau normalizare& pentru recristalizarea miezului, de la otemperatură corespunzătoare compoziţiei c!imice a miezului,urmată de călirea pentru mărirea durităţii stratului şi revenire

joasă.

a. b.Fi . $.2

Bariante de tratament termic de cementare aplicate ' a- pieselor de importanţă redusă b - pieselor de mare răspundere

6.%.$ Nitrurarea o"elurilor

Jitrurarea este tratamentul termoc!imic prin care seurmăreşte îmbo ăţirea stratului super#cial al unei piese din oţel înazot. copul acestui tratament termoc!imic este obţinerea unor

straturi super#ciale cu duritate ridicată "pentru creşterearezistenţei la uzură a pieselor& sau cu proprietăţi c!imice speciale

38



"pentru creşterea rezistenţei la coroziune a pieselor&. 8a fel ca încazul tratamentului termoc!imic de cementare starea de tensiuniremanente in stratul super#cial "tensiuni de compresiune& vaconduce şi la creşterea rezistenţei la oboseală pieselor de maşini.

tartul super#cial nitrurat îşi păstrează duritatea p7nă latemperaturi ridicate "*(( ... **( +C& spre deosebire de straturilecementate la care temperatura de e4ploatare nu trebuie sădepăşească temperatura de revenire joasă.

Conform dia ramei deec!ilibru Fe - J în stratulsuper#cial se pot formaurmătoarele faze "v. # . 0.$& '

α - ferită cu azot - soluţiesolidă de J în Fe α, conţin7ndma4im (.<) % J la * +C şi (.(la )( +C γ - austenită cu azot - soluţiesolidă de J în Fe γ , stabilă latemperaturi superioaretemperaturii trasformării eutec-toide de * +C

γ N - soluţie solidă pe bazanitrurii de #er Fe <J "fază depătrundere cu reţea cubică cu feţecentrate&ε - soluţie solidă pe baza nitrurii de #er Fe ) J "fază de pătrundere cu reţea!e4a onală&.

;n mod obişniut nitrurarea se e4ecută în mediu azos de amoniac, carela încălzire se descompune după reacţia '

) JH 2 → ) J + 2 H)

Azotul în stare activă difuzează in #er şi la temperatura denitrurare "mai mică de * +C& formează fazele prezentate maisus. rezenţa carbonului face posibilă formarea unei cementite cuazot Fe 2"C,J& şi a carbonitrurilor Fe ) "J,C& sau Fe<"J,C&. ;nprezenţa şi a unor elemente de aliere se formează nitrurileacestora. Cele mai corespunzătoare oţeluri pentru nitrurare învederea creşterii durităţii stratului supe#cial sunt oţelurile de

3#

Fi . $.2 =ia rama de ec!ilibru Fe - J



îmbunătăţire aliate cu aluminiu. =uri#carea stratului super#cial seproduce direct prin formarea de nitruri "AlJ& nemai#ind necesartratamentul termic ulterior. ;naintea nitrurării , piesele se supuntratamentului termic de imbunătăţire cu scopul realizării uneirezistenţe şi tenacităţi ridicate în miezul piesei. @rmeazăprelucrarea de #nisare şi apoi nitrurarea la *(( ... **( +C, timp de)( ... $( ore. 3rosimea stratului de difuzie este de (.) ... (.* mm .

ărţile din piesă ce nu trebuiesc nitrurate se protejează cu peliculede staniu "depus electroc!imic&, silicat de sodiu sau vopselespeciale.

Jitrurarea aplicată în scopul creşterii rezistenţei la coroziunea pieselor se poate aplica oricărui oţel, procesul #ind astfel condus

înc7t în stratul super#cial să se formeze faza ε.3rosimea stratului nitrurat creşte cu creşterea temperaturii şi

a duratei procesului. :idicarea temperaturii de nitrurare reducedurata procesului pentru aceaşi rosime a stratului, darmicşorează duritatea.

Comparativ cu carburarea, nitrurarea prezintă următoareleavantaje '

- duritate foarte mare, la rosimi mici ale stratului- temperatură scăzută de tratament- piesele se pot supune tratamentului în stare #nisată - straturile nitrurate au rezistenţă mai mare la uzare,

coroziune şi oboseală.;n ultima perioadă de timp se aplică şi următoarele procedee noi de

nitrurare'- nitrurarea sub presiune , se efectuează folosind capsule umplute cu

amoniac lic!id şi inc!ise cu dop dintr-un metal uşor fuzibil. rin incălziredopul se topeşte şi amoniacul se evaporă.

- nitrurarea prin încălzire C#2#F . permite accelerarea procesului de

nitrurare care la temperaturi de *(( ... **(+

C are o durată de 2 ... * ore.Aceasta se poate e4plica prin crearea unor condiţii speciale de disociere a

4$



amoniacului care se produce numai în apropierea suprafeţei încălzite apiesei din oţel tratate.

- nitrurarea ionică# 8a cest procedeu se utilizează o mu9ă în carepiesele , ce reprezintă catodul, se conectează la circuitul de înaltă tensiune" (( ... 2*(( B&, iar anodul se amplasează deasupra sau în jurul lor. ;n mu9ăse menţine o presiune scăzută "2 ... ( mm H &. rin producerea descărcăriiluminiscente, ionii de aze lovesc suprafaţa pieselor şi o încălzesc rapid.Avantajele constau în reducerea duratei procesului şi obţinerea de straturinitrurate cu ad7ncime uniformă la piesele cu con# uraţie eometricăcomple4ă.

Addenda

♦ punctele critice ale oţelurilor "A ( , A , A) , A2, Acem &

♦ austenitizare♦ termodinamica transformării

♦ mecanismul transformării

♦ morfolo ia transformării

♦ răunte real

♦ ereditate ranulară♦ oţel cu răunte ereditar rosolan

♦ oţel cu răunte ereditar #n

♦ transformarea austenitei la răcire după mecanismul cu difuzie

♦ sorbită "lamelară&

♦ troostită

♦ transformarea austenitei la răcire după mecanismlulintermediar

♦ bainită "inferioară, superioară&

♦ transformarea austenitei la răcire după mecanismul fărădifuzie

♦ martensită

♦ temperatura ma4imului cinetic "t 1C &

41



♦ punct martensitic superior "1 s&

♦ punct martensitic #nal "1 f &

♦ curbă timp - temperatură - transformare izotermă "dia rama

666&♦ tatament termic

♦ viteza de încălzire "răcire&

♦ recoacere de omo enizare

♦ recoacere de recristalizare nefazică

♦ recoacere de detensionare

♦ recoacere completă

♦ recoacere izotermă

♦ recoacere incompletă

♦ recoacere de lobulizare "a cementitei&

♦ normalizare

♦ viteză critică de călire♦ călirea martensitică

♦ capacitate de călire

♦ călibilitate

♦ călire într-u sin ur mediu

♦ călire întreruptă

♦ călire izotermă

♦ călire sub ( ( C

♦ călire super#cială

♦ călire CDF

♦ revenirea "oţelurilor&

♦ austenită reziduală♦ sorbita de revenire

42



♦ revenire joasă

♦ revenire medie

♦ revenire înaltă

♦ sorbită de revenire♦ îmbunătăţire

♦ oţeluri de îmbunătăţire

♦ tratament termoc!imic

♦ cementarea

♦ nitrurarea

Temă de casă=e#niţi, e4plicaţi "şi dezvoltaţi pe ma4im o pa ină& termenii şinoţiunile prezentate în Addenda.

tema nr 6 - transformari de faza tt

Documents