Ionita Octavian

Grupa 1043 A

REFERAT 3

ASPECTE MORFOLOGICE ALE OŢELURILOR CARBON ŞI ALIATE ÎN STARE CĂLITĂ ŞI REVENITĂ

1. SCOPUL LUCRĂRIIScopul lucrării este cunoaşterea structurilor şi a proprietăţilor aferente pentru oţelurile

carbon şi fonte călite la martensită, după încălzire la anumite temperaturi subcritice şi diferite durate de menţinere.

2. PRINCIPII TEORETICEStructurile în afară de echilibru obţinute prin călire sunt soluţii suprasaturate subrăcite, cu

energie liberă ridicată, deci cu pronunţată tendinţa de transformare. Structura de călire a oţelurilor este formată din martensită şi eventual austenită reziduală. Ambele faze au aceeaşi concentraţie în carbon, au caracteristici fizico-mecanice şi aspect metalografic diferit, dar sunt animate de aceeaşi tendinţă de transformare structurală, transformare activată de încălzire şi caracterizată prin apariţia treptată a fazelor de echilibru. Amestecul mecanic ferito-cementitic provenit din descompunerea constuenţilor de călire prin încălzire la diverse temperaturi subcritice are proprietăţi mecanice diferite dependente de mărimea şi gradul de dispersie al cementitei.

Revenirea este tratamentul termic subcritic (temperatura de menţinere sub A1 ) ce se aplică în general produselor din oţel care au fost în prealabil călite martensitic.

Obiectivul revenirii este readucerea produsului metalic (călit martensitic în prealabil ) , într-o stare structurală şi de tensiuni cu un anumit grad de apropiere de starea de echilibru termodinamic atât in privinţa numărului, naturii şi proporţiei fazelor cât şi mai ales în privinţa tensiunilor interne şi gradului coerenţei cristalelor de fază nouă formate prin precipitarea din soluţia solidă subrăcită şi suprasaturată.

După temperaturile şi transformările care au loc în produsele călite martensitic, revenirea se clasifică în :

revenire joasă , ce se produce cu intensitate maximă în intervalul 80-2000 C. Produsul structural al acestui stadiu de revenire este denumit martensită revenită sau

martensită neagră datorită atacului mai pregnant facilitat de precipitarea carburilor ε pe marginile blocurilor în mozaic.

revenire medie , are loc in intervalul de temperaturi 350-4500 C. Produsul structural al revenirii medii este troostita de revenire, amestec mecanic fin

alcătuit din soluţie solidă α cu un anumit grad de suprasaturare în carbon şi precipitări de cementită secundară fine şi statistic uniform repartizate în masa de bază. Procesele, care se produc în acest stadiu al revenirii, au ca efect scăderea durităţii oţelului, fenomenul fiind accentuat în stadiul de coalescenţă. Concomitent cu scăderea de duritate are loc şi scăderea proprietăţilor de rezistenţă , dar se îmbunătăţesc cele de plasticitate şi tenacitate.

revenire înaltă , are loc în intervalul de temperaturi 450-6000 C şi este caracterizată prin procese intense de coalescenţă şi globulizare a carburilor.

1

Produsul structural al revenirii înalte este sorbita, amestec mecanic alcătuit din ferită şi cementită secundară globulară de dimensiuni cu atât mai mari cu cât temperatura de încălzire a structurii de călire este mai înaltă, care imprima materialului proprietăţi de plasticitate şi tenacitate, însă reduce duritatea şi proprietăţile mecanice de rezistenţă.

Revenirea se aplică în numeroase cazuri în construcţia de maşini. Revenirea joasă se aplică sculelor aşchietoare din oţeluri carbon (OSC-uri) şi slab aliate, organelor de maşini călite superficial, carburate şi carbonitrurate, deci în toate cazurile în care este necesară o duritate mare şi de eliminare parţială a tensiunilor de călire.

Revenirea medie se aplică arcurilor, elementelor elastice de dispozitive şi matriţe, unor piese de rezistenţă medie la uzare.

Revenirea înaltă se aplică pieselor în mişcare, supuse unor solicitări complexe în secţiune (tracţiune, încovoiere, răsucire, şoc, oboseală)

Parametrii tehnologici ai revenirii. Temperatura de revenire se alege în funcţie de scopul urmărit.

La revenirea joasă se urmăreşte eliminarea parţială a tensiunilor de călire şi ameliorarea caracteristicilor de ductilitate, cu păstrarea unei durităţi ridicate , necesară pentru rezistenţa la uzare prin frecare. În acest caz , temperatura de revenire se alege între 130 si 250 0C . În acest interval , duritatea scade foarte puţin (1-3 unităţi HRC ). La revenirea medie şi înaltă , executată în intervalul 350 0C- Ac1 , prin care se urmăreşte obţinerea unui set de caracteristici mecanice se ţine seama că proprietăţile de rezistenţă şi plasticitate , variază în sensuri inverse prin creşterea temperaturii de revenire (fig.1)

Fig.1. Diagrama de variaţie a caracteristicilor mecanice cu temperatura de revenire (a) şi modul de determinare a temperaturii optime de revenire (b)

Diagramele caracteristici mecanice – temperatura de revenire se utilizează la alegerea temperaturii de revenire , în modul prezentat în fig. 1 b.

În acest scop se pleacă de la valorile minime impuse pentru rezistenţa la rupere, limita de curgere, alungire si gâtuire şi se determină temperaturile de revenire la care se obţin aceste valori: Ti ( pentru Rm inferior) . T02 ( pentru Rp 0 2 min ), Tz (pentru Zmin ) si TA (pentru Amin ). Dintre aceste temperaturi se consideră minimă aceea care asigură caracteristica minimă de plasticitate–ductilitate ( TZ ) şi maximă aceea care asigură caracteristica minimă de rezistenţă (Ti). În acest

2

interval, se obţin valorile dorite pentru toate caracteristicile impuse. Temperatura optimă se determină ca medie aritmetică a temperaturilor minimă şi maximă admisibile, respectiv :

Trev = (Tmin +Tma x) /2Pentru cazul din fig.2b se obţine : Trev = (Tz +Ti) /2Durata de revenire. La revenirea joasă se alege o durată de 1-2 h, necesară şi suficientă

pentru a se obţine duritatea şi gradul de detensionare dorite. La revenirea medie şi înaltă se folosesc în practică expresii empirice care ţin cont de

secţiunea maximă a produsului :trev = 3,5 gmax [min]

De multe ori relaţiile empirice dau durate de revenire neraţionale, atât sub aspectul consumului de energie , cât şi al productivităţii. Pentru a alege durate raţionale , se pleacă de la faptul că procesele care au loc la revenirea medie şi înaltă sunt bazate pe difuzia atomică şi ele sunt influenţate exponenţial de temperatură şi logaritmic de timp. Cei doi parametrii tehnologici –temperatura si durata de revenire izotermă- se pot îngloba într-un parametru unic, numit parametru de revenire înaltă (P).

1/P =1/T -8. 10-5 lg tunde :

T - temperatura de revenire izotermă , în 0K t - durata de menţinere la temperatura T, în secunde.

Toate proprietăţile de rezistenţă ale oţelurilor – iar după unii autori şi gâtuirea şi alungirea la rupere - depind liniar de parametrul de revenire.

Aplicarea corelaţiei duritate – parametru de revenire arată că aceeaşi duritate se obţine cu diferite combinaţii de temperaturi şi durate de revenire. Astfel de regimuri se numesc regimuri izosclere şi utilizarea lor poate scurta ciclul de revenire. Pentru aplicarea regimurilor izosclere este necesar să se determine graficul duritate = f (parametru de revenire), cea ce necesită efectuarea de probe cu diferite structuri iniţiale de călire, încălzite la câteva temperaturi şi menţinute durate de timp foarte diferite. Revenirea se aplică în numeroase cazuri în construcţia de maşini. Revenirea joasă se aplică sculelor aşchietoare din oţeluri carbon (OSC-uri) şi slab aliate, organelor de maşini călite superficial, carburate şi carbonitrurate, deci în toate cazurile în care este necesară o duritate mare şi de eliminare parţială a tensiunilor de călire.

Revenirea medie se aplică arcurilor, elementelor elastice de dispozitive şi matriţe, unor piese de rezistenţă medie la uzare.

Revenirea înaltă se aplică pieselor în mişcare, supuse unor solicitări complexe în secţiune (tracţiune, încovoiere, răsucire, şoc, oboseală)

3. MATERIALE ŞI APARATURĂ1. Pentru încercările experimentale se vor utiliza epruvete Ф 10x 15 mm din OLC45 si OSC 8 călite la martensită.2. Încălzirea se va face în băi de încălzire cu ulei până la 250-3000C respectiv în cuptoare electrice pentru temperaturi de 300-6500C.3. Măsurarea durităţii se va face pe durimetrul Rockwell (sau Vickers)4. Pentru studiul microstructurii se va folosi microscopul metalografic.

4. MOD DE LUCRU

3

Epruvetele din OLC45 si OSC8 după ce au fost călite martensitic se revin la 2000C (menţinere 1, 2, 3h), 4000C (menţinere 1,5 si 2h) şi 6000C(menţinere 0,5; 1; 1,5 h). După revenire epruvetele se pregătesc în vederea determinării durităţii şi analizei microscopice.

5. PREZENTAREA ŞI INTERPRETAREA REZULTATELORRezultatele determinărilor se vor prezenta în tabelul 1.

Tabelul 1. Rezultatele experimentale

Pe baza rezultatelor experimentale se va trasa curba de variaţie a durităţii în funcţie de timp pentru fiecare din temperaturile de revenire.

Otel carbon pentru scule OSC 11

Compozitie chimica: 1,15-1,25%C; 0,15-

0,35% Si; 0,15-0,35% Mn; max. 0,2% Cr;

max 0,03% S; max 0,025%P.

Stare: calit de la 1200 oC in apa cu gheata.

Duritate: 58- 60 HRC.

Atac: nital 2%.

Constituenti: martensita + austenita

reziduala.

Faze: martensita + austenita.

Utilizari: scule aschietoare folosite in

regimuri usoare de aschiere (adancime de

aschiere mici)

Otel carbon de calitate pentru imbunatatire

OLC 60

4

Compozitie chimica: 0.57-0.65% C; 0.17-0.37%

Si; 0.5-0.8 % Mn; max 0.04% S si P.

Stare: calit de la 840 oC in apa cu gheata.

Duritate: 58-60 HRC

Atac: nital 2%

Constituenti: martensita fina (criptocristalina)

Faze: martensita

Utilizari: produse cu proprietati de rezistenta

mecanica combinata cu proprietati elastic( arcuri,

bucse elastice).

OLC 60

Compozitie chimica: 0.57-0.65% C; 0.17-0.37%

Si; 0.5-0.8 % Mn; max 0.04% S si P.

Stare: calit ed la 840 oC in apa si revenit in

conditiile 420 oC/3h/aer (revenirea medie)

Duritate: 38 – 40 HRC

Atac: nital 2%

Constituenti: troostita de revenire

Faze: ferita + cementita

Utilizari: : produse cu proprietati de rezistenta

mecanica combinata cu proprietati elastic( arcuri,

bucse elastice).

OLC 60

Compozitie chimica: 0.57-0.65% C; 0.17-0.37%

Si; 0.5-0.8 % Mn; max 0.04% S si P.

5

Stare: calit de la 840 oC in apa si revenit in

conditiile: 550 oC/4h/aer ( revenire inalta)

Duritate: 28 – 32 HRC

Atac: nital 2%

Constituenti: sorbita

Faze: ferita + cementita

Utilizari: piese cu rezistenta mecanica combinata

cu tenacitate (osii, arbori, biele, manivele, tije,

pistoane, elemente de cuplare).

OLC 60

Compozitie chimica: 0.57-0.65% C; 0.17-0.37%

Si; 0.5-0.8 % Mn; max 0.04% S si P.

Stare: calit de la 840 oC in apa si revenit in

conditiile 680 oC/3h/aer.

Duritate: 180 – 200 HB.

Atac: nital 2%.

Constituenti: perlita globulara.

Faze: ferita + cementita

Utilizari: stare structural care asigura

prelucrabilitatea prin aschiere.

6

M1 Oţel carbon pentru îmbunătăţire OLC 60- 0,60% C; 0,18% Si; 0,22% Mn;

0,025% P; 0,020% S- Călit de la 840°C în apă şi revenit la

550°C, 4 ore- Atac: nital 2%

Constituenţi: sorbităFaze: ferită + cementităDuritate: 300-320 HBUtilizări: Piese cu rezistenţă mecanică şi

tenacitate (arbori, osii, biele etc.)

M2 Oţel carbon pentru îmbunătăţire OLC 600,60% C; 0,18% Si; 0,22% Mn; 0,025%

P; 0,020% SCălit de la 840°C în apă şi revenit la

680°C, 3 oreAtac: nital 2%Consituenţi: ferită + cementită globularăFaze: ferită + cementităDuritate: 180-200 HBUtilizări: Piese cu o prelucrabilitate prin

aşchiere foarte bună.

Q7 Oţel inoxidabil şi refractar martensitic 20Cr1300,16-0,24% C; max. 0,6% Mn; max.

0,6% Si; 12-14% Cr (STAS 3583-80)Călit de la 1050°C în ulei (aer) şi revenit

2 ore la 700°CAtac: reactiv VilellaConstituenţi: sorbităFaze: ferită aliată + carburiProprietăţi: Rm=650 N/mm2; Rp0,2=440

N/mm2; A5=15%Utilizări: Ventile pentru prese hidraulice,

conducte de abur, palete de turbine etc.

7

Q8 Oţel rapid RP3

0,7-0,8% C; max. 0,45% Mn; 0,2-0,4% Si; 3,8-4,4% Cr; 17,5-19,5% W; 1-1,4% V; max. 0,4% Ni; max. 0,6% Mo

Forjat şi recopt în vederea globulizăriiAtac: nital 2%Constituenţi: perlită sorbitică + carburi

primareFaze: ferită aliată + carburiProprietăţi: duritate: max. 250 HBObs. Structura este favorabilă prelucrării

prin aşchiere

Q9 Oţel rapid RP3

0,7-0,8% C; max. 0,45% Mn; 0,2-0,4% Si; 3,8-4,4% Cr; 17,5-19,5% W; 1-1,4% V; max. 0,4% Ni; max. 0,6% Mo (STAS 7382-80)

Călit de la 1280°C în uleiAtac: nital 2%Constituenţi: martensită criptocristalină

+ carburi primare + austenită rezidualăFaze: martensită + carburi + austenităProprietăţi: duritate: 58-62 HRC

Q10 Oţel rapid RP3

0,7-0,8% C; max. 0,45% Mn; 0,2-0,4% Si; 3,8-4,4% Cr; 17,5-19,5% W; 1-1,4% V; max. 0,4% Ni; max. 0,6% Mo (STAS 7382-80)Călit şi revenit de două ori la 560°CAtac: nital 2%Constituenţi: martensită de revenire + carburi primare + carburi secundare (+ austenită reziduală)Faze: martensită + carburi (+ austenită)Proprietăţi: duritate 63-66 HRCUtilizări: Scule aşchietoare utilizate la regimuri grele de aşchiere.

BIBLIOGRAFIE1. T. DULĂMIŢĂ, E. FLORIAN, Tratamente termice şi termochimice Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti , 1982.2. C. DUMITRESCU, R. ŞABAN, Metalurgie fizică tratamente termice, Ed.Fair Partners, Bucureşti, 20013. G. COŞMELEAŢĂ, V. SUCIU, G. GRIGORESCU, Materiale şi tehnologii pentru inginerii economişti, Ed. Man-Dely, 2004

8