Tema: “Tratamentul termic al oţelului”Utilaje şi materiale: cuptoare СШОЛ-1,6; 1/9-ИЗ, garnitura de probe de oţeluri cu procentaj diferit de carbon, un vas cu apă şi unul cu ulei.

Noţiuni teoretice:

Orice metodă de tratament termic include încălzirea pînă la diferite temperaturi, menţinerea la aceste temperaturi şi răcire cu diferite viteze.Scopul oricărei metode de tratament termic este de a obţine proprietăţi mecanice necesare оn piese metalice, schimbînd structura fără a modifica forma şi configuraţia piesei.Toate etapele de prelucrare termică sunt strict bazate pe diagrama Fe-C.Prima etapă de prelucrare termică este оncălzirea oţeluluii anume, stabilirea temperaturii de încălzire.La tratamentele termice ale oţelului cu recristalizare de fază, temperatura de încălzire se alege faţa de punctele critice în funcţie de conţinutul de carbon şi de structura impusă a fi obţinută la faza de încălzire.

Astfel au fost determinate două puncte critice, care influenţează la transformările de fază, schimbînd proprietăţile mecanice ale oţelului: punctul critic A1 - linia PSK şi punctul critic A3 - linia GS (fig.4.2).La оncălzire punctele critice sunt notate cu, Ac1 şi AC3 iar la răcire - cu Ar1 şi Ar3 (c - cald, r - rece).Etapa a doua a tratamentului termic este timpul de menţinere, care depinde de parametrii dimensionali şi configuraţia piesei. Menţinerea la temperatura dată are scopul de a realiza toatetransformările structurale din aliaj, precum şi omogenizarea deplină a austenitei.Etapa a trea a tratamentului termic include transformările austenitei la răcire, care depind de viteza şi metoda de răcire. Vitezele cu care se desfăşoară procesele de transformare оn diferite intervale de temperatură variază în limite largi în funcţie de o serie de factori precum: compoziţia chimică, granulaţia de gradul de omogenitate a austenitei, temperatura de austenizare, prezenţa incluziunilor nemetalice etc.Descompunerea izotermică a austenitei prin difuzie în ferită şi cementită are loc în intervalul de temperatură Ac1 - Mc între curbele de forma literei C. Curbele de forma literei C indică, în funcţie de temperatură, timpul la care transformarea izotermică a austenitei subrăcite în ferită - cementită începe şi se termină.Structurile obţinute în rezultatul transformărilor austenitei la răcire se descriu cu ajutorul diagramei TTT (timp - temperatură -timp) de descompunere izotermică a austenitei la răcire (fig.4.3 ). Poziţia curbelor C este influenţată de conţinutul de carbon în oţel şi se manifestă prin deplasarea lor spre dreapta cu mărirea concentraţiei de carbon.

Transformarea austenitei in martensită este transformare fără difuzie şi are loc într - un interval de temperaturi limitat de temperatura iniţială Ms şi temperatura finală Mf de transformare.Poziţia punctelor Ms şi Mf pentru diferite oţeluri fier -carbon este determinată, în special, de conţinutul de carbon. Odată cu sporirea conţinutului de carbon în oţeluri, Ms şi Mf se deplasează spre temperaturi mai joase.Datorită răcirii austenitei cu diferite viteze se obţin structuri noi dezechilibrate, şi anume: sorbită, troostită şi bainită.Metodele principale ale tratamentului termic poartă denumirea de recoacere, călire şi revenire.

Călirea prezintă tratamentul termic care determină trecerea de la o structură de echilibru la o structură de neechilibru, realizat prin încălzirea însoţită de o transformare de fază în stare solidă, urmată de răcire bruscă.Călirea majorează duritatea şi rezistenţa mecanică. Incălzirea pentru călire trebuie să asigure obţinerea structurii de austenită + cementită (ferita micşorează duritatea). Pentru aceasta sau determinat două metode de călire: călire deplină şi călire parţială (fig. 4.2).Călirea completă se aplică pieselor din oţel hipoeutectoid. Ea constă în încălzirea lor pînă la temperaturi mai sus cu 30°-50°C de punctul critic Ac3. menţinere şi răcire bruscă în diferite medii de răcire (ulei, apă, gaz lampant etc). De menţionat că fiecare marcă de oţel are o singură temperatură de călire.În acest caz, austenită care se găseşte la aceste temperaturi (fig. 4.5), printr- o răcire bruscă se transformă într-o soluţie solidă de pătrundere suprsaturată a carbonului în Feα, numită martensită (fig. 4.6). Martensită are aceiaşi compoziţie cu austenită iniţială şi diferă de aceasta din urmă prin tipul reţelei cristaline. Prin reţinerea carbonului reţeaua fierului α se deformează devenind tetragonală, gradul de deformare numit grad de tetragonalitate, crescînd odată cu creşterea conţinutului de carbon.Călirea necompletă se foloseşte pentru piesele din oţeluri eiоtectoide şi hipereutectoide. In acest caz, încălzirea se petrece doar mai sus de punctul critic Aci (fig. 4.2)

Călirea necompletă se foloseşte pentru piesele din oţeluri eutectoide şi hipereutectoide. În acest caz, încălzirea se petrece doar mai sus de punctul critic Ac1 (fig. 4.2).Călirea oţelurilor cu conţinut de carbon între 0,8% şi 2,14% se va petrece la temperaturile 757° - 777°C. După o răcire bruscă, austenită la fel ca şi în cazul precedent se transformă în martensită, iar cementită rămîne nefransformată, de aceea structura după călirea necompletă este compusă din martensită + cementită. Temperatura de călire are o importanţă foarte mare, întrucît în majoritatea cazurilor călirea este considerată ca operaţie finală. Călirea la temperaturi mai joase decît cele stabilite nu va ridica duritatea (scopul principal al călirii). Majorarea temperaturii cu 150 - 200° C mai sus de cea stabilită conduce la creşterea grăuntelui de austenită, care la răcire se transformă în martensită cu o structură de ace grosolane, avînd duritate înaltă, însă foarte fragilă.

În practică se întîlnesc mai multe metode de călire, cele mai des folosite fiind următoarele:

1 Călirea într-un mediu. Piesa după încălzire şi menţinere se cufundă într-un mediu de răcire (apă, soluţie de săruri, acizi, baze etc), unde se găseşte pînă la răcirea deplină. Viteza de răcire a mediului de răcire trebuie să fie mai mare decît viteza critică (fig. 4.9,a).2. Călire în două medii - răcire cu viteză majorată pînă la t > Mc într-un mediu, apoi în altul - cu viteză mai lentă. Obţinem martensită cu tensiuni interioare mai mici (fig. 4.9,b).

3. Călirea în trepte. Răcirea în ulei sau în baie cu soluţie de săruri pînă la t > Mc menţinerea la această temperatură în limitele perioadei de incubaţie şi răcirea ulterioară la aer. Astfel se obţine martensită (fig. 4.9,c).Piesele cu configuraţie mai complicată (volanţi, pinioane), fiind supuse acestei căliri, se deformează (scorogesc) mai puţin.4. Călirea izotermică. Piesa este răcită pînă la t > Mc şi menţinută la această temperatură pînă la transformarea austenitei. Se obţine bainită (fig. 4.9,d). Acestei căliri i se supun piesele mici cu dimensiuni precise sau cele subţiri cu gabarite mici (capace, carcase, carcase sudate de construcţie). Revenirea după această călire nu este necesară.Bainită este constituentul structural format în oţeluri la descompunerea austenitei prin răcire la temperaturi inferioare transformării perlitice, dar superioare temperaturilor joase care asigură transformarea martensitică(fig. 4.3).

Partea practică:

Marca oţelului %C Temperatura

de călire t, °CMediul de

răcireViteza de

răcire, °C/sHRC pînă la călire

HRC după călire Structura

OSC-10 0,10 850 Арă 600 35 92Martensita de călire +CementitaII

OLC-50 0,50 850 Apă 600 35 80 Martensita

de călireOLC-

50 0,50 850 Ulei 120 35 55 Troostită de călire

OLC-50 0,50 850 Aer 20 35 44 Sorbita de

călireOLC-

20 0,20 890 Apă 600 18 30 Martensita de călire

Concluzii: În aceasta lucrare noi am studiat călirea oţelurilor cu diferit conţinut de carbon şi diferite medii de răcire. Noi am observat că în rezultatul călirii duritatea oţelurilor creşte considerabil. Putem vedea că duritatea este o funcţie de viteza de răcire: cu cît mai mare e viteza de răcire, cu atit mai mare e duritatea oţelului. La racirea Oţel 50 cu viteza de 600°C/s duritatea devine 83 HRC; 120°C/s - 62 HRC; 20°C/s - 53 HRC. Putem vedea ca dependenţa e aproape liniara.

1. Ce reprezinta si care sunt etapele de baza a tratarii termice?Etapele de trelucrare termica sunt:Prima etapa de prelucrare termica este incalzirea otelului si anume stabilirea temperaturii

de incalzire.La tratamentele termice ale otelului cu recristalizare de daza, temperatura de incalzire se alege fata de puncetele critice in functie de continutul de carbon si de structura impusa a fi obtinuta la faza de incalzire.

A doua etapa a tratamentului termic este timpul de mentinere, care depinde de parametrii dimensionali si configuratia piesei. Mentinerea la temperatura data are scopul de a realiza toate transformarile structurale din aliaj, precum si omogenizarea deplina a austenitei.

Etapa a treia a tratamentului termic include transformarile austenitei la racire, care depind de viteza si metoda de racire. Vitezele cu care se desfasoara proceselede transformarein diferite intervale de temperatura variaza in limite largi in functie de o serie de factori, precum: compozitia chimica, granulatia de gradul de omogenitate a austenitei, temperatura de austenitizare, prezenta incluziunilor nemetalice etc.

2. Caracterizari recoacerea, calirea si revenirea.Recoacerea este o metoda a tratamentului termic in care piesele incalzesc mai sus de punctele critice Ac3 sau Act se mentin la aceste temperaturi si se racesc lent. Scopul principal al recoacerii este recristalizarea otelului si inlaturarea tensiunilor interne. In functie de temperatura de incalzire, se cunosc urmatoarele metode de recoacere.

- Recoacerea prin difuzie consta in incalzirea la temperaturi 1000-1100 oC, mentinere la aceste temperaturi si racire cu o viteza nimima.

- Recoacerea completa incalzirea se petrece cu 50-70 oC mai sus punctul critic Ac3 , mentinere si racire impreuna cu cuptorul. Este aplicata otelurilor hipoeutectoide si celor aliate dupa stantarea calda.

- Recoacerea necompleta temperatura de incalzire este stabilita cu 30-50 oC mai sus de punctul critic Ac1 cu mentinere si racire la viteza stabilita.Este folosita in cazurile in care apare necesitatea recristalizarii partiale.

- Recoacerea pentru perlita globulara aceasta metoda are scopul de a transforma perlita lamelara in perlita globulara (sferica).

Calirea prezinta tratamentul termic care determina trecerea de la o structura de echilibru la o structura de neechilibru, realizat prin incalzirea insotita de o transformare de faza in stare solida urmata de racire brusca. Calirea majoreaza duritatea si rezistenta mecanica.Pentru aceasta sau determinat doua metode de calire:calire deplina si calire partiala. Calirea completa se aplica pieselor din otel hipoeutectoid. Ea consta in incalzirea lor pina la temperaturi mai sus cu 30-50 oC de punctul critic Ac3 , mentinere si racire brusca in diferite medii de racire (ulei, apa, gaz lampant). Calirea necompleta se foloseste pentru piesele din oteluri eutectoide si hipereutectoide. In acest caz, incalzirea se petrece doar mai sus de punctul critic Ac1 .Aceasta calire se foloseste pentru piesele din oteluri eutectoide si hipereutectoide.

Revenirea este procesul de finalizare a tratamentului termic in care piesele capata proprietati necesare. Revenirea se efectueaza dupa calire, in scopul aducerii materialului intr-o stare mai apropiata de starea de echilibru.Revenirea consta in incalzirea sub punctul critic Ac1 urmata de racire la temperatura normala.Dupa temperatura de incalzire se deosebesc trei categorii de