Titlu

Curs 3. Oteluri de turnatorie

Oeluri de turntorie

Aproape ntreaga cantitate de oel destinat turnrii pieselor se elaboreaz, n prezent, n cuptoare electrice cu arc i numai o parte n cuptoare Martin i cu inducie.

Avantajele cuptoarelor electrice cu arc sunt;

sunt agregate simple i flexibile de producie, de capacitate mic i funcionare discontinu (se folosesc n turntoriile mici i mijlocii);

asigur obinerea unor caliti superioare de oeluri, datorit condiiilor de lucru (atmosfera este slab oxidant sau reductoare, rezultnd un coninut sczut de incluziuni, aliere n limite largi, fr oxidri importante ale elementelor);

se permite folosirea dezoxidrii prin difuziune;

au durat sczut de elaborare (2,53 h, la cuptorul acid i 34h la cuptorul bazic).

Ca i dezavantaj al utilizrii cuptoarelor electrice cu arc se poate meniona faptul c este necesar utilizarea unor ncrcturi curate i cu dimensiuni mai mici.

n funcie de cptueala refractar, cuptoarele electrice destinate elaborrii oelurilor pot fi:

acide

bazice.

La alegerea cptuelii trebuie s se in seama de avantajele i dezavantajele procedeelor corespunztoare (bazice i acide). Astfel;

avantajele procedeului acid sunt:

pre de cost de cca. 2,5 ori mai sczut al materialelor refractare, pentru o ton de oel lichid;

consum specific de energie electric mai mic;

obinerea unor zgure cu permeabilitate mai mic la hidrogen i azot;

vscozitate mai mare a zgurelor, ceea ce face posibil separarea uoar a acestora de oel, la turnarea lui n oale mici.

avantajele procedeului bazic sunt:

reglarea mai uoar a compoziiei chimice a oelului (posibilitate de ndeprtare a sulfului i fosforului);

consum mai mic de FeMn;

economie mare de feroaliaje;

proprieti mecanice superioare pentru oelul turnat.

Caracteristicile mecanice, fizice i chimice ale oelurilor turnatea). caracteristicile mecanice ale oelurilor turnate

Oelurile carbon turnate n piese (STAS 600-74) se elaboreaz n ase mrci caracterizate, ca indicator de baz, prin rezistena la traciune. n cadrul fiecrei mrci exist trei grupe de calitate:

Grupa 1 la care se impune rezistena la traciune, alungirea i duritatea Brinell;

Grupa 2 la care se impune, n plus, limita de curgere;

Grupa 3 la care se impune, n plus fat de grupa 2, gtuirea i reziliena.

Oelurile slab aliate au elementul principal de aliere sub 2%, iar suma elementelor de aliere nu depete 5%, adic: EPA < 2% i (EA 5% i (EA>10% (structurile secundare caracteristice sunt: ferit, austenit, martensit sau ledeburit).

Prin STAS 6855-78 sunt standardizate 11 mrci de oeluri aliate refractare i anticorozive turnate n piese.

b). caracteristicile fizice ale oelurilor turnate

Principalele caracteristici fizice ale oelurilor carbon turnate n piese sunt:

densitatea, n g/cm3;

cldura masic, cal/goC;

conductivitatea termic, kcal/mhoC;

coeficientul de dilatare liniar, ((10-3;

entalpia G, cal/g;

cldura de topire, oC;

densitatea n stare lichid la 1600oC, n g/cm3.

Oelurile aliate prezint urmtoarele caracteristici fizice:

densitatea, n kg/dm3;

conductivitate termic la 20oC, J/cm(s(oC (cal/ cm(s(oC);

cldura masic la 20oC, J/g(oC (cal/goC);

coeficientul de dilatare termic;

contracia, %.

c). caracteristicile i compoziiile chimice ale oelurilor turnate

Compoziia chimic este o caracteristic important a oelurilor, deoarece constituie condiia de baz a mrcii i calitii acestora, fr ns a fi suficient pentru determinarea integral a tuturor caracteristicilor fizico-mecanice. Astfel:

compoziia chimic a oelurilor carbon turnate n piese este standardizat, conform STAS 600-74;

compoziia chimic a oelurilor aliate refractare i anticorozive este standardizat, conform STAS 6855-78;

compoziia chimic a oelurilor slab aliate este standardizat, conform STAS 1773-76;

compoziia chimic a oelurilor manganoase austenitice este standardizat, conform STAS 3718-76;

compoziia chimic a oelurilor turnate n piese pentru armturi este standardizat, conform STAS 9277-73.

Rezistena la coroziune este o caracteristic chimic determinat pentru comportarea pieselor turnate din oel n medii mai mult sau mai puin agresive. Aprecierea comportrii la coroziune se face prin metoda cntririi, rezultatele exprimndu-se n g/m2 sau mm/an.

Rezistena la coroziune a oelurilor aliate depinde de mediul coroziv, concentraia acestuia, temperatura la care are loc procesul de coroziune.

Proprietile tehnologice ale oelurilor turnate

Fluiditatea i contracia reprezint cele mai importante caracteristici ale oelurilor turnate, ca i pentru celelalte aliaje de turntorie.

Fluiditatea prezint urmtoarea variaie:

crete odat cu creterea coninutului de carbon, n cazul oelurilor nealiate;

crete cu supranclzirea oelului:

Figura 3.1.

scade n prezena incluziunilor nemetalice (oxizi, carburi i nitruri) ca i n prezena peliculelor de oxizi (Cr2O3 + Fe2O3 + Fe3O4 sau TiO2, Al2O3, SiO2 i MnO);

crete la adaosuri de 0,10,2%V, ca i la adaosuri de Cu sau Mn.

Contracia se manifest pregnant n toate cele trei faze, adic n stare lichid, la solidificare i n stare lichid.

Dac n stare solid se poate vorbi att de contracia liniar ct i de cea volumic, pentru oelul lichid sau n curs de cristalizare trebuie luat n considerare contracia volumic.

Relaia ntre cele dou contracii este: .

Pentru oelurile carbon care se rcesc de la 1600oC la 20oC, se poate considera c volumul retasurii de contracie este:

la 0,1%C ( Vc = 3,9%;

la 0,4%C ( Vc = 5,9%.

Fiecare din cele trei tipuri de contracii (n stare lichid, la solidificare i n stare solid) influeneaz particularitile de turnare ale pieselor. Astfel, n figura urmtoare este prezentat influena coninutului de carbon asupra formrii retasurii. Din aceast figur rezult c oelurile au o tendin redus de formare a retasurilor concentrate i sensibil mai mare pentru producerea microretasurilor, ceea ce impune folosirea maselotelor bine dimensionate.

Figura 3.2.

Creterea presiunii asupra maselotei duce la micorarea microretasurilor n favoarea retasurilor concentrate.

Una din cele mai importante consecine ale contraciei (n stare solid) este tendina de formare a crpturilor n piesele turnate.

Influena diferitelor elemente asupra rezistenei la formarea crpturilor n cazul oelurilor carbon, nclzite la 50oC deasupra temperaturii lichidus este prezentat n figura urmtoare:

Figura 3.3.

n afar de elementele obinuite, creterea gradului de aliere a oelurilor cu Cr, Mn, Mo mrete contracia volumic la solidificare.

Prelucrabilitatea prin achiere- oelurile feritice moi (cu HB ( 100) se prelucreaz greu, deoarece se formeaz medii plastice care ncarc partea tietoere a sculei, provocnd o mare degajare de cldur. Prelucrabilitatea la oelurile carbon crete odat cu gradul de dispersie a structurii (pornind de la Plamelar(Pglobular(Sorbit).

- oelurile aliate au o prelucrabilitate mai sczut deoarece, prin aliere, crete duritatea feritei i a cementitei, precum i a martensitei.

Sudabilitatea oelurilor turnate- este cu att mai mic cu ct rezistena lor este mai mare, tenacitatea mai sczut i structura mai grosolan;

- oelurile carbon au sudabilitate bun (pentru OT40 i OT45), satisfctoare (pentru OT50), limitat (pentru OT55) i nesatisfctoare (pentru OT60);

- oelurile cu un coninut de carbon peste 0,25% i suma elementelor de aliere mai mare de 0,6% se prenclzesc la 200450oC, temperatura de prenclzire fiind cu att mai mare cu ct peretele piesei este mai gros i configuraia mai complicat;

- oelurile aliate cu cupru i coninut sczut de carbon au o bun sudabilitate.

Materii prime i materiale folosite la elaborarea oelurilor

1. Materii primencrctura metalic a cuptoarelor pentru elaborarea oelurilor se compune din oel vechi i font brut, a cror compoziie chimic i stare fizic influeneaz direct procesul de elaborare.

a). Oelul vechi este constituit din:

recirculat (maselote, reele de turnare i rebuturi proprii ale turntoriei de oel);

deeuri de oel provenit de la debitri, din forje sau din atelierele mecanice; deeuri de oel provenite din colectri din exterior.Oelul vechi se depoziteaz, pe sorturi, n buncrele turntoriei de oel, lundu-se n considerare compoziia chimic medie i starea lui fizic.

b). Fonta utilizat este de tipul fontelor de afinare (STAS 882-65):

pentru elaborarea oelurilor cu coninut de fosfor redus (sub 0,015%) este indicat s se foloseasc font cu P = 0,08%;

pentru elaborarea oelului electric acid este indicat folosirea unor fonte curate, din punct de vedere a coninuturilor de fosfor i sulf; pentru mrirea coninutului de mangan n oeluri, n ncrctur se adaug font oglind (STAS 882-65), cu 1025%Mn (dar aceasta conine 0,250,40%P).2. Adaosuri

n afar de materiile prime (materiale feroase), n compunerea ncrcturii mai intr materiale auxiliare, materiale dezoxidante i fondani, numite adaosuri.

a). Materialele oxidante - au rolul s alimenteze cu oxigen baia de oel, pentru accelerarea oxidrii elementelor nsoitoare; ajut la dizolvarea varului n zgur, pe care o fluidific.

Ca materiale oxidante se folosesc minereul de fier i minereul de mangan, precum i oxigen sub form de gaz.

Minereul de fier utilizat trebuie s aibe peste 90% Fe2O3, s nu conin mai mult de 2% ap, s se prezinte sub form de bulgri (max. 10% praf), s nu conin mai mult de 7% SiO2 i s conin fosfor ct mai puin (sub 0,3%).

Minereul de mangan se utilizeaz cnd fierberea trebuie s aib loc n prezena unei cantiti mai mari de mangan n metal; conine peste 70% MnO, max. 10% SiO2 i max. 4% (Al2O3, CaO, Fe2O3, SiO2).

Materialele dezoxidante i de aliere se adaug cu dublu scop i anume dezoxidarea brii i introducerea n oel a elementelor de aliere. Principalele materiale dezoxidante i de aliere folosite la elaborarea oelurilor carbon i aliate sunt:

Materiale dezoxidanteMateriale pentru aliereObservaii

FeMn

FeSi

FeTi

Al

aliaj de Al, Mn, Si

SiMn

FeSiZr

SiFeMn

FeSi

FeCr

FeW

FeMo

FeTi

FeV

FeB

Ni

CoCei mai utilizai dezoxidani sunt FeMn i FeSi, SiCa i Al metalic, iar pentru aliere se folosesc, n general, metale pure i, mai ales, feroaliaje.

3. Fondanii - se folosesc pentru formarea unei zgure active n cuptoarele de elaborare a oelurilor.

n cuptoarele bazice zgura se formeaz adugnd CaO sub form de calcar sau de var i corectarea cu fluorur de calcar, bauxit, sprturi de amot.

n cuptoarele acide, pentru formarea zgurei se folosesc nisipuri de cuar i corecturi cu sprturi de amot i var.

Cei mai utilizai fondani folosii la elaborarea oelurilor sunt:

a). Calcarul (CaCO3) sau piatra de var, care are urmtoarea compoziie chimic: 5254% CaO; 1,01,5% MgO; 1,82,0% SiO2; 0,8% (Fe2O3 + Al2O3) i aprox. 42% CO2.

Calcarul, introdus n ncrctur, disociaz i se formeaz CaO + CO2 (CaO ia parte la formarea zgurei iar CO2 se degaj, producnd amestecarea bii n timpul topirii).

n cazul ncrcturilor compuse din (fier vechi + font solid) se prefer folosirea varului pentru formarea zgurei. Aceasta se obine prin calcinarea calcarului la temperaturi mai mici sau egale cu temperatura de disociere, pentru a pstra forma bucilor de calcar.

Compoziia chimic a varului este urmtoarea: min. 85% CaO; 1,5% MgO; 2,0% SiO2; sub 10% CO2; max. 1,5% (Fe2O3 + Al2O3); 0,05% SO2.

n cazul unor depozitri ndelungate, varul ars absoarbe umiditatea din aer, transformndu-se n pulbere (var stins), dup reacia:

care, la temperaturile nalte din cuptor, se descompune, iar hidrogenul eliberat este absorbit de oel.

b). Fluorina (CaF2) - se adaug, n cuptor, cnd varul n cantitate mare reduce fluiditatea zgurei care, devenind vscoas, este i puin activ.

Fluorina mrete fluiditatea zgurei, contribuie la ndeprtarea sulfului i conine: 8590% CaF2; 510% SiO2; 0,11,5% S.

Elaborarea oelurilor turnate

La turnarea pieselor mari cu perei groi din oel, a mrcilor cu coninut ridicat de mangan i crom sau cu prescripii severe privind concentraiile de fosfor, sulf i siliciu s-a utilizat cuptoare cu cptueala bazic. Treptat, aceste cuptoare au fost nlocuite cu cele electrice cu arc i de inducie cu cptueal acid sau bazic.

Elaborarea oelurilor n cuptoare electrice cu arc

n funcie de cptueala cuptoarelor, acestea pot fi:

acide (la care SiO2 este min 97%);

bazice (la care MgO este min 98%).

a). Elaborarea oelurilor n CEA acideExemplu: etapele de obinere a unui oel carbon, folosind suflarea cu oxigen: ncrcarea cuptorului (cu recirculat, oel vechi selecionat, cocs petrol);

suflarea oxigenului;

fierberea local;

curarea bii;

luarea probei de zgur (pentru zgura acid );

adugarea:

Al, FeSi

font brut; FeMn, calcar

CaSiMn

descrcarea cuptorului.

Dezoxidarea se poate realiza prin :

precipitare (cu FeMn, FeSi 45 sau cu Al buci)

precipitare i difuzie (FeMn + crbune de lemn + FeSi + FeMn + Al).

Pentru dezoxidare se mai folosesc amestecuri de zgur.

n ceea ce privete alierea, oelurile pot fi aliate n cuptor cu Ni, Mo, Co (nainte de afinare), apoi cu Cr i W (dup dezoxidarea bii i zgurii), iar n oal pot fi introduse Mn (max 5%), Si (max. 1%), V, Nb (max.5%), Ti, Al.

b). Elaborarea oelurilor n CEA bazice

Cptueala bazic are o conductivitate sczut, comparativ cu cu cea acid (care este ridicat doar la 1500oC).

Zgura are caracter bazic () i are o conductivitate termic ridicat, adic are capacitate sczut de izolare termic a bii (n cazul cuptorului acid conductivitatea termic este sczut, rezultnd faptul c izoleaz baia din punct de vedere termic).

129

_1175842259.unknown

_1175843553.unknown

_1175843403.unknown

_1099482175.unknown