Experimentul 11 DETERMINAREA STRATULUI CEMENTAT

(CARBONITRURAT) LA OELURI

1. Scopul lucrrii Scopul acestei lucrri este de a cunoate i nsui metodele utilizate pentru determinarea

adncimii stratului cementat.

2. Principii teoretice

Cementarea oelurilor este un tratament termochimic fcut la temperaturi de 900 9500 C ntr-un mediu capabil s cedeze carbon activ, care este apoi adsobit i difuzat n stratul superficial.

Prin strat superficial tratat termochimic (cementat) se nelege distana de la suprafaa piesei (probei) tratat termochimic pn la o zon cu structuri i/sau proprieti stabilite convenional.

Carburarea se aplic oelurilor cu un coninut de cel mult 0,25 % carbon i are drept scop mbogirea stratului superficial n carbon pn la 0,8 0,9%.

Cementarea este urmat de o clire pn la martensit a stratului superficial mbogit n carbon, unde duritatea ajunge s fie de 58 HRC, n timp ce miezul se durific n mai mic msur. Stratul superficial carburat are valori ridicate pentru rezistena la uzur, rezistena la oboseal i la presiunea de contact, n timp ce miezul posed o tenacitate ridicat static i dinamic.

n stratul superficial cementat de la margine spre interior se deosebesc urmtoarele zone conform figurii 1.

Metodele de determinare i msurare a adncimii stratului cementat la oelurile cementate destinate construciilor de maini se face prin urmtoarele metode:

- metoda macroscopic, pentru controlul rapid n cursul procesului de cementare; - metoda microscopic, pentru determinarea exact a adncimii stratului cementat

(carbonitrurat) prin cunoaterea structurii; - metoda msurrii duritii (pentru aprecierea adncimii convenionale de

cementare), care se aplic pieselor care au fost clite (eventual revenite) dup cementare (carbonitrurare), avnd adncimea stratului de minim 0,3 mm i duritatea miezului de maxim 450 HV (la o distan de trei ori adncimea convenional de cementare msurat de la suprafa).

Zo

na

de

tran

zi

ie

Gro

sim

ea s

trat

ulu

i ce

men

tat

(ad

n

cim

ea d

e cem

enta

re)

Zo

na

exte

rio

ar

Mie

z n

ecem

enta

t

Fig. 1 Structur de cementare: - zona exterioar (stratul superficial cementat) cu o structur perlito-cementitic; - zona de tranziie cu o structur perlito - feritic; - miezul piesei cu o structur feritic.

2.1. Metoda macroscopic Const n determinarea aspectului zonei cementate - clite i a miezului probelor martor

care nsoesc piesele n timpul tratamentului termochimic de cementare i care ulterior vor fi clite i rupte.

Probele au form cilindric cu diametrul cuprins ntre 8 20 mm. (ct mai aproape de grosimea piesei).

Numrul probelor martor se indic prin condiiile tehnologice, iar dac acestea nu prevd un numr de probe, atunci se ia din fiecare lot de tratament termochimic, din zone diferite minimum dou probe.

Dup clire i rupere, pentru msurarea adncimii stratului cementat (carbonitrurat) se folosete msurarea distanei dintre exteriorul piesei cementate i miez printr-o mrire de x5x x10 cu o precizie de 0,1 mm prin intermediul unei lupe.

Aceast msurare se poate face astfel: - direct pe structura de rupere a probei; - pe suprafaa de ruptur dup atac cu o soluie de nital 2%, pe probe pregtite conform

STAS 4203-74

2.2. Metoda microscopic Adncimea stratului cementat (carbonitrurat) este determinat de grosimea zonei

exterioare la care se nsumeaz jumtate din zona de tranziie, conform figurii 1. Determinarea se face pe proba martor care nsoete piesele pe parcursul procesului de tratament termochimic de cementare i care ulterior vor fi clite (clite - revenite), normalizate sau recoapte, evitndu-se decarburarea , numrul acestora fiind prevzut prin condiiile tehnologice. Dac aceste condiii tehnologice nu prevd un anumit numr de probe, se ia din fiecare lot de cementare (carbonitrurare), din zone diferite, minimum dou probe.

Probele se vor pregti conform STAS 4203 - 74 i nu se admite rotunjirea marginilor. Pentru determinarea adncimii stratului cementat sau carbonitrurat, probele se examineaz

la un microscop optic metalografic (cu mrirea de x100 x500) astfel: - la cele clite (clire-revenire), zona exterioar cu structur martensitic i zona de

tranziie; - la cele normalizate sau recoapte, zona exterioar cu structur perlitic (eventual perlito

- cementitic) i zona de tranziie cuprins ntre zona exterioar i miezul necementat. Adncimea stratului se exprim n milimetri cu o precizie de 0,01 mm.

2.3. Metoda msurrii duritii Metoda se aplic numai la piesele cementate (carbonitrurate) i clite sau clite i

revenite.

Adncimea convenional de cementare notat cu DC este distana perpendicular ntre suprafaa piesei cementate i clite pn la stratul n care duritatea are valoarea de:

- 550 HV, n cazul pieselor cu duritatea n miez 450 HV - Conform tabelului 1 pentru piesele cu duritatea n miez > 450 HV, determinat sub

sarcin de 10 N (standardul admite i folosirea altor sarcini cuprinse ntre 5 50 N). Determinarea duritii se face prin metoda Vickers (sau prin metoda duritii superficiale

Rockwell). Adncimea de cementare este dat de variaia duritii ntr-o seciune transversal i se determin grafic pe o curb ce reprezint variaia duritii n funcie de distana de la suprafaa piesei.

Msurarea se face pe o suprafa polizat i lefuit conform STAS 4203-74, cu observaia c se va evita rotunjirea marginilor suprafeei i nclzirea excesiv a piesei la lefuire pentru a nu se modifica structura.

Duritatea se va amprenta pe mai multe linii paralele cu suprafaa piesei ntr-un interval W de 1,5 mm. lime figurii 2, iar distanele dintre amprente S vor fi minimum de dou ori i jumtate diagonala amprentei astfel nct distana d2-d1 s fie de maxim 0,1 mm.

Tabelul 1

Fig.2

Precizia de msurare a diagonalei amprentelor trebuie s fie de 0,5 m, iar a sumei

distanelor msurate de la suprafaa piesei de 0,25 m. Msurarea se face pe cale optic, cu un dispozitiv al crui grosisment este de x400.

Determinarea duritii se msoar pe suprafaa stabilit, n dou regiuni specificate; cu valorile citite se traseaz curbele de variaie a duritii n funcie de distana de la suprafaa piesei, fig. 3.

Fig. 3 Variaia duritii funcie Fig. 4 Distanele de msurare a de adncimea stratului cementat duritii fa de suprafat

Din curbele trasate se determin pentru fiecare regiune distana de la suprafa la punctul n care duritatea este egal cu 550 HV sau conform tabelului 1, aceasta reprezentnd adncimea convenional de cementare (carbonitrurare) n regiunea respectiv.

Dac ecartul (distana dintre dou axe sau dou urme) ntre aceste dou valori este mai mic sau egal cu 0,1 mm se ia media aritmetic precum adncime convenional de cementare, iar dac ecartul este > 0,1 ncercarea se repet.

Verificarea adncimii convenionale de cementare (carbonitrurare) se face pe minim 5 amprente n seciunea transversal a piesei, la distanele D1 i D2 fa de suprafa. Distanele

Duritatea la

suprafa Duritatea

limit HV HV HRC

840 - 675

- 65 675

800 64 650

780 - 625

- 63 625

760 - 600

- 62 600

740 - 600

720 61 575

700 - 550

- 60 550

D1 i D2 sunt inferioare, respectiv superioare fa de valoarea prescris adncimii de cementare (carbonitrurare) figura 3.

astfel nct: D2 - D1

Tabelul 4 Compoziii ale unor paste de carburare Componente Pasta 1 Pasta 2 Pasta 3 Pasta 4 Pasta 5 Pasta 6 Pasta 7

negru de fum 30 60 45 97,5 28 - 70 60

pulbere de mangal - - - - 75 - -

BaCO3 - 20 - - - - -

CaCO3 - - 2,5 - - - -

Na2CO3 20 40 20 - 3,5 5 20 30

K4[Fe(CN)6] 5 10 15 - 1,5 10 - -

ulei vechi - - - 67 - - -

pcur - - - - - 10 5

topitur cianic* 5 10 - - - - - -

melas - - - - 10 - 5

* 43%Ca(CN)2 + 2 3 % CaCN2 + 30 35 % NaCl + 14 16 % CaO + 4 5 % crbune

Probele cementate se supun la clire (clire-revenire) dup care se rup i se procedeaz la

determinarea adncimii stratului cementat prin una din metodele prezentate la paragraful 2

astfel:

- epruvetele se nglobeaz n rini sintetice (bachelit) i se prelucreaz pe o suprafa perpendicular pe direcia axial conform STAS 4203-74 (polizare, lefuire i lustruire), dup care se msoar duritatea conform paragrafului 2.2 i se trateaz curbele de variaie a duritii n funcie de distana de la suprafa i se determin adncimea convenional de carburare (carbonitrurare).

- epruvetele inglobate n rini sintetice (bachelit) se pregtesc pentru atac cu nital 2 %conform STAS 4203-74 (polizare, slefuire, lustruire). Dup atacul cu nital 2% epruvetele (probele) se examineaz la microscopul metalografic i se determin adncimea convenional de carburare (carbonitrurare).

5. Prezentarea rezultatelor

Rezultatele obinute n cadrul lucrrii se nscriu n anex. Interpretarea rezultatelor obinute se face prin trasarea graficelor de dependen dintre

adncimea stratului cenmentat (carbonitrurat) fa de temperatura de tratament i timpul de meninere pentru fiecare din metodele de determinare.

Se compar rezultatele obinute n urma aplicrii celor trei metode prin prisma preciziei determinrilor i a productivitii operaiilor.

FIA DE REZULTATE LABORATORUL DE TRATAMENTE TERMICE

FIA DE REZULTATE Student.An..Grupa

1.Denumirea experimentului

2.Scopul experimentului

3.Aparatura utilizat

4.Desfurarea lucrrii

5.Rezultate experimentale

Nr.

crt.

marca

oel mediul de

carburare

Regimul de

carburare

Adncimea stratului carburat determinat prin metoda

Obs.

T

[0C]

t

[h]

macroscopic microscopic msurrii duritii

Fig.1 Fig.2