Curs VIII

Caracterizarea ş i utilizarea oţelurilor pentru rulmenţi

Sunt utilzate pt conf. reulmenţilor şi a organelor de maşini cu rol analog rulmenţilor. (role de reazem şi ghidare, paliere cu role sau bile, etc) Acestor piese li se cere rezist. la rupere, la uzare şi la oboseală f. mare, precum şi stabilitate dimensională ridicată. OL pt. rulmenţi sunt OL hipereutectoide slab aliate cu Cr, Cr-Mn-Si sau Cr-Mn-Mo cu un grad mare de puritate şi omogenitate macro şi microstructurală.

Simbolizare RUL1, RUL2 0,95-1,1%C, 1,3-1,65%Cr. RUL 2 are mai mult Mn şi decât RUL 1 iar RUL 3 are şi Mo. Pt. condiţii severe de puritate, mărcile RUL se dezoxidează în vid şi în acest caz sunt simbolizate RUL 1 V...RUL3V.

Obs Nu se admit incluziuni nemetalice sau carburi grosolane deoarece aceste constituie concentratori de tensiuni care pot provoca apariţia de microfisuri, scade rez. la oboseală. R1 scade respectiv apare ieşirea prematură din funcţionare. Pt. cond. de utilizare speciale rulmenţii se conf. şi din alte oţeluri.

Oţelul Domenii principale de utilizareRUL1 Fabricarea rulmenţilor cu dimensiuni mici şi a sculelor,

filiere dornuri pt. perforare, calibreRUL2 Fabricare rulmenţilor cu dimensiuni mediiRUL1V RUL2V

Fabricare rulmenţilor speciali pt. cond. grele de solicitare

RUL3V Fabricarea rulmenţilor mai puternic solicitaţi13CrNi35 Rulmenţi grei cementaţi20MoCr05 Rulmenţi radiali-axiali cu role conice fabricaţi prin def. pl. la 9VMoCr18 Rulmenţi care lucrează în medii corozive55SiMo5 Rulmenţi pt. sape de foraj

Obs TT care asigură stabilitatea dimensională ridicată este călirea cu răcire în ulei, urmată de o călire la frig (-80°C) şi apoi o revenire joasă cu scop de detensionare.

Caracteristicile şi utilizarea oţelurilor pt. arcuri

Oţelurile pt. arcuri cu foi, arcuri elicoidale, bare de torsiune sunt oţeluri carbon şi aliate ce trebuie să satisfacă următoarele condiţii:

Limita de elasticitate sau de curgere cât mai mare (Rp0,2 80 daN/cm2), rezistenţă la oboseală ridicată, stabilitate bună în timp a caract. mecanice şi caract de plasticitate care să permită punerea în operă prin tehnologii adecvate (A=5%, Z=20%). Aceste condiţii sunt

îndeplinite de oţelurile cu un conţinut ridicat în C (0,5-0,9%C), scăzut (0,3-0,5%), sau ridicat (0,6-1%), Mn sau aliate cu Si, Cr, V, Mo sau W. Elementul de bază în acest oţel slab aliate este Si. Exp. de mărci şi simbolizare STAS11514-87 şi STAS1152-80. Oţeluri carbon OLC55A, OLC65A... OLC90A.

Oţeluri cu Si 40Si17A, 51Si17A, 56Si17A, 60Si15A, cu V-Cr 51VCr11A, 67CrSi12A 65Si2Wa iar la fabricarea arcurilor ce lucrează în medii corozive se folosesc OL inoxidabile (40Cr130, 12TiViCr180, etc)

OBS: OL pt. arcuri se utilizează numai în stare călită şi revenită mediu (430-520°C) când structura este formată din constituentul cu limita de elasticitate cea mai mare Trostita. Stabilitatea OL pt. arcuri este practic nulă, dar la unele arcuri solicitate static se poate recurge la sudarea sub presiune.

Caracterizarea şi utilizarea oţelurilor inoxidabile

OL rezistente la coroziunea electrochimică se numesc OL inox. Ele sunt aliaje Fe-C-Cr. Condiţia ca un OL să aibă caracter de inox este ca să aibă conţinutul în Cr >12%. Deşi Cr este un elem. care se oxidează uşor el conferă caracter de inox prin faptul că formează o peliculă f. aderentă densă şi compactă care rezeistă la f. multe medii agresive,

OL inox pe bază de Cr prezintă neajunsul că au o tenacitate scăzută şi o mare tendinţă spre fragilizare. Pt a mări tenacitatea se adaugă Ni. Astfel că în funcţie de elem. de aliere OL inox pot fi:OL inox pe bază de Cr, de Cr-Ni şi complexe Cr-Ni-Mn, Cr-Ni-N-Si, etc. Elem de aliere se introduc pt. a diminua conţinutul de Ni şi a obţine aceleaşi efecte tehnice însă la un preţ de cost mai redus şi de a mări rez. loa coroziune şi a îmbunătăţi caract. mecanice.

Dependenţa dintre compoz. chimică a OL inox şi struct. lor obţinută la răcirea în aer este dată de diagrama SCHAEFFLER (fig). în care infl. elem. aifagene este luată în considerare prin echivalentul în Cr calculat cu relaţia ECr = %Cr +%Mn +l,5%Si+0,5%Nb, iar influenţa elem. gamagene prin echib'valentul în Ni calc. cu rel. ENi = %Ni +30%C +30%N+0,5%Mn. Potrivit acestei diagrame se deosebesc următoarele clase de OL inox F, F+M, M, A, A+M, F+A

ECr/ENi →13→F ECr/ENi →10→M ECr/ENi →16→A

OL inox martensitice se utilizează pt. conf. unor piese de la turbine cu vapori, instrum. medicale care trebuie să prezinte un tăiş bun, şi rez. la coroz, la fabricarea cuţitelor de uz casnic.

OL inox austenitice sunt folosite la conf. pieselor din construcţia automobilelor şi autobuzelor care se obţin prin ambutisare adâncă, din constr. aeronavelor (invelişuri, arbori de elice, rezervoare pt. transportul gazelor lichefiate, armături, etc.)

Marca Indicaţii de utilizareA. OL feritice

7AlCr130 Elem. de maşini şi instalaţii care lucrează la 350-450°C în ind. chimică, petrochimică, turbine hidraulice

8Cr170 Piese care lucrează în medii cu agresivitate medie ( leşii slabe, acizi organici oxidanţi); tacâmuri vase şi articole de menaj, cuve pt. maş. de spălat, chiuvete, decoraţiuni interioare la automobile, recip. in ind. laptelui, celulozei,

8TiCr170 Utilaj chimic, în special sudat care lucrează în medii cu agresivitate medie. sch. de căldură, rez. pt. acizi, etc. Elem de constr. fără şocuri care lucrează la temp sub -20°C

2TiMoCr180

Piese def. la rece care lucrează în medii cu agresivitate moderată: piuliţe, şuruburi, ţevi, recip. pt. apă, sch. de căldură, vase şi aparate pt. ind. alim. şi oţel economic înlocuitor al Ol Cr-NiTi5Cr280 Piese rezistente la coroz. în acid azotic de max. 65% până la fierbere, soluţii sulfuroase, acizi organici

B. OL martensitice

20Cr130

Piese care lucrează în apă şi abur la pres. mijlocii şi în medii slab agresive (sol. apoase de săruri ale acizilor organici şi acid azotic) palete pt. turbine cu abur şi hidraulice piese pt. pompe, armături ventile, instrum. medicale, aparate pt. gimnastică şi sport, art. uz casnic

30Cr130

Scule de tăiere (cuţite, foarfeci, bisturie = instrum. chirurgicale, scule de măsurare (calibre), arcuri, bile de

90VMoCr180

Produse cu capac. f. mare de tăiere: cuţite de carne şi tranşare, bisturie, scule pt. prelucrare la rece, piese puternic solicitate la uzare în medii corozive din ind. minieră, chimică, petrochim, rulmenţi, ace de ventile,

C. OL austenitice

2NiCr185Elem. de utilaje care lucrează cu sau fără presiuni la temp. înalte până la 350...550°C în prezenţa sau absenţa mediilor corozive din ind. chimică a acidului azotic,

10TiMiCr180

Elem de ut. tehnol. pt. ind. chimică, metalurgică, alimentară, şi a mat de constr. care lucrează în medii puternic corozive (acizi oxidanţi) până la 400-500 °C dacă acestea nu descompun grăunţii. Construcţii criogenice,

10TiMoNiC175Elem de ut. şi inst. pt. ind. chimică, metalurgică, petrochimică care lucrează la temp. 550-670 °C cu sau fără medii puternic agresive (acizi neodxidanţi, halogeni)

T6MoNiCr180T10MoNiCr180T15MoNiCr180

Piese rezist, la coroz. în ind. acid azotic sub 40% până la fierbere sau 40-100% până la 60°C, acid fluorhidric sub 100% la 20°C, acid forforic sub 35% pânăla fierbere sau 35-100% până la 90°C, acid clorhidric sub 2% până la 20°C, acid sulfuric sub 15% şi de 70-100% până la 40°C, acid formic sub 40% până la 40°C şi acid acetic orice conc, până la fierbere.

Domenii de utilizare a otelurilor refractare

Marca Utilizare specifică10AlCr180 Piese refractare în aer până la 1000°C, în gaze

sulfuroase oxidante şi reducătoare şi în gaze carburante în domeniul 850-1050°C, elem de constr. în cuptoare, sch. de căldură, inst. de trat. termice, turbine, ind. ceramică şi sticlă10AlCr240 Piese cu solicit, mecanice reduse până la temp. de 1150°C, în gaze sulfuroase, oxidante, reducătoare, gaze carburante şi azotoase, cuptoare, sch. de căldură, ind. ceramică şi sticlă, inst. de criogenie şi trat. termic, etc12NiCr250 Piese solicitate mecanic până la 1100°C care vin în contact cu fluide chimice

15SiNiCr250 Elem de constr. în cuptoare , preîncălzitoare de aer, cutii de cementare şi călire, ind. sticlei, petrochimie

12SiCrNi360 Piese din construcţia cuptoarelor cu temp 1250°C în medii azotoase, săruri de nitraţi alcalini, Mg topit, etc.

40SiNiCr250 Piese care lucreză în medii corozive şi care sunt solicitate la uzare până la 500-600°C sisteme

T12TiMoNiCr175

Piese rezist, la acţiunea acizilor clorhidric, fosforic, formic, acetic şi la amestecul lor, la solicitări sub

T40SiCr130 Riese rezist, mecanic la acţiunea gazelor sufuroase, oxidante pînă la 900°C

T25NiCr250 Piese rezist, la temp. de 1100 - 1200°C: ţevi de protecţie, termocuple, ţevi de radiaţie

T20CrNi370 Piese rezist la şocuri termice ciclice, puternice, până la 1000°C grătare şi suporţi pt. cuptoare de trat. termic

Obs. Structura OL refractare după răcirea în aer liber poate fi M,F,A în funcţie de raportul ECr/ENi Cele mai bune sunt OL Cr-Ni 25-20, 20-12 25-12 scumpe. Feriticele →1300°C →2 dezavantaje:

a) au rez. mică la rupere la cald

b) au fragilitate mare la menţineri prelungite la temp de peste 900°C, când granulaţia creşte şi se separă faza δ şi alţi compuşi intermetalici.

OL inox feritice conţin (0,06-0,2)%C şi (13...30)%Cr. Având structură monofazică nu suferă transformaţii în stare solidă, au rez. la coroziune superioară celor M dar inferioară celor A.

Prezintă rezist. bună la coroziune în acid azotic, acizi organici, acid acetic, apă de mare, soluţii sulfo-azotoase. Utilizarea lor este restrânsă datorită rez. mecanice relativ reduse, susceptibilităţii la supraîncălzire şi la coroz. intergranulară.

OL inox martensitice se caract. prin conţinut în C mai mare (0,2-0,4%) avand structură M după răcirea în aer (normalizare) au duritate mare (43-60) HRC şi rez. bună la coroz. în diverse medii.

OL inox austenitice au conţinut în C (~0,1)% şi cca (16-25)%Cr (8-30)%Ni. Sunt cele mai performante d.p.d.v. al rez. la coroz. într-un domeniu larg de temp. (-200 ... 1100°C); au plasticitate bună şi sudabilitate superioară altor clase de OL inox, dar sunt şi cele mai scumpe datorită Ni.

Principalul dezavantaj al OL inox austenitice îl constituie mare sensibilitate la coroz. intercristalină . Pt. a micşora acest inconvenient şi pt. a creşte rez. la coroz. intercristalină se adaugă Ti şi NB în cantit. de 5% pt 1%C. de asemenea se aplică t.t. de călire pt. punere în soluţie..

Prelucrabilitatea prin aschiere a OL inox este scăzută datorită prop. lor specifice: tenacitate mare, ecruisare puternică în timpul aschierii, condutibilitate termică mică, evacuarea de aşchii continue şi plastice care aderă la tăişul sculei. De precizat că gradul de ecruisare al OL inox austenitice fiind mai mare, ele sunt cele mai greu aschiabile. Sudarea OL inox se face cu precauţie, deoarece prin sudare este afectată rezist. la coroziune a materialului din zona cordonului sudat. OL inox martensitice cu peste 0,35%C nu sunt sudabile. Celelalte se sudează cu precauţii şi cu material de adaos austenitic. Precauţiile constau în aplicarea unei preîncălziri la 100-400 °C şi a unei recoaceri la 630-750°C după sudare la cele care nu conţin Ti şi Nb.

OL inox feritice şi austenitice sunt perfect apte pt. def. pl. la rece prin îndoire, văltuire, curbare, mandrinare, ambutisare adâncă în timp ce OL inox martensitice sunt f. fragile.

Întrucât conductivitatea termică a OL inox este cu 50..70% mai mică decât a OL carbon prelucrarea lor prin def. pl. la cald ( forjare, laminare, matriţare ) se face cu unele precauţii. Temp. prea înaltă de def. provoacă fisuri şi ruperi, iar prea scăzută tensiuni inegale care duc la fisurare. OL. austenito-feritice au capacit. de def. pl. mai redusă decât cele austenitice. OL inox turnate în piese, feritice şi austenitice au caract. mecanice mai scăzute decât cele def. plastic, iar rez. la coroziune este compatibilă cu a OL inox obţinute prin def. plastciă la cald. Se folosesc de obicei în stare de călire de punere în soluţie.

OL inox se livrează sub formă de table, benzi, bare, ţevi, profile laminate, trase, forjate, etc.

OL inox au un domeniu f. larg de utilizare în ind. constr. metalice, constr. De maşini, chimică, navală, medicală, alimentară,etc;

OL inox feritice sunt utilizate în constr. automobilelor, autobuzelor (bare antişoc, ornamente, etc) la fabricarea pieselor, subansamblelor de la turbine cu vapori, la conf. unor instrum. medicale (pensete, spatule, cleme) şi pt. articole de uz casnic.