Tratamente termice aplicatematerialelor metalice

1.Definirea si clasificarea tratamentelor termice

Tratamentul termic este un proces tehnologic in urma caruia se produc modificari structurale in aliajul metalic, cu scopul obtinerii anumitor proprietati tehnologice, mecanice, fizice, etc.

La baza tratamentelor termice stau transformarile in stare solida.Orice tratament termic consta dintr-un ciclu de incalzire si un ciclu de

racire.Parametrii oricarui tratament termic sunt:

- viteza de incalzire;- temperatura de incalzire;- timpul de incalzire;- viteza de racire.

Dintre acestia importanta deosebita prezinta temperatura si timpul prin urmare orice tratament termic poate fi reprezentat grafic in coordonate temperatura functie de timp T=f(t) reprezentare ce poarta denumirea de ciclograma de tratament termic si arata astfel:

De la temperatura ambianta se face incalzirea cu o anumita viteza de incalzire a carei valoare momentana este tgα1;vinc=tgα1, pana la temperatura de incalzire, unde materialul se mentine un timp necesar uniformizarii temperaturii si desavarsirii transformarii structurale, numit timp de mentinere. Apoi se face

racirea cu o anumita viteza de racire a carei valoare momentana este tgα2;vr=tgα2.

Sunt si situatii cand incalzirea trebuie facuta cu viteza mica (in trepte) - cazul materialelor cu conductivitate termica scazuta si a pieselor cu forma geometrica complexa – pentru a nu fisura materialul in timpul incalzirii.

Deasemenea racirea se poate face cu viteza mica sau mare, intr-unul sau doua medii, in trepte sau izoterm.

Functie de cerintele tehnologice si solicitarile din exploatare, tratamentele termice pot fi:- tratamente termice primare (preliminare);- tratamente termice secundare (finale).

In cadrul tratamentelor termice primare se urmareste obtinerea unor proprietati tehnologice cum ar fi:

- imbunatatirea prelucrabilitatii prin aschiere;- refacerea capacitatii de deformare plastica;- reducerea tensiunilor interne;- stabilitate dimensionala ridicata;- obtinerea unor structuri favorabile tratamentelor termice secundare.

Din categoria tratamentelor termice primare fac parte recoacerile.In urma t.t. primare se obtin structuri ce tind spre echilibru.

In cadrul tratamentelor termice secundare se urmareste obtinerea unor proprietati de exploatare, de valori ridicate,cum ar fi:

- duritate ridicata;- rezistenta mecanica ridicata;- proprietati electrice si magnetice ridicate, etc.

Tratamentele termice secundare asigura obtinerea unor structuri in afara de echilibru.Din categoria tratamentelor termice secundare fac parte :

- calirea;- revenirea;- tratamentele termo-chimice, termo-mecanice;- tratamente de durificare structurala.

Un produs functie de cerintele tehnologice si solicitarile din exploatare poate fi tratat termic complexaplicandu-se atat tratament termic primar cat si tratament termic secundar, sau i se poate aplica numai tratament termic primar sau numai tratament termic secundar.

In majoritatea cazurilor, produsele sufera o prelucrare complexa, aplicandu-se ambele tratamente.

O clasificare generala a tratamentelor termice ar fi :- tratamente termice propriu-zise:

- recoacerea;- calirea;

- revenirea.- tratamente termo-mecanice:

- cu deformarea austenitei;- cu deformarea martensitei.

- tratamente termo-chimice:- cementare;- nitrurare;- carbo-nitrurare;- cromizare;- senicizare;- borizare, etc.

2.Recoacerea otelurilor

A: Definire, scop, clasificare:

Recoacerea este un tratament termic primar care are drept scop, pe de o parte corectarea structurilor defectuase obtinute la prelucrarile anterioare (eliminarea structurilor dendritice de la turnare, eliminarea tensiunilor interne si a ecruisajului specific aschierii si deformarii plastice, uniformizarea si finisarea structurilor de supraincalzire rezultata in urma sudarii), iar pe de alta parte, obtinerea unor structuri optime prelucrarii ulterioare prin presare, aschiere, tratamente termice, sudare.

Prin urmare, recoacerea este o operatie intermediara in procesul tehnologic de obtinere a unui produs, rareori fiind operatie finala.

Din punct de vedere conventional, recoacerile se impart in doua categorii:- recoaceri de ordinul 1 (omogenizare, recristalizare, detensionare) care se

desfasoara indiferent de transformarile structurale care pot sau nu avea loc.

- recoaceri de ordinul 2 (completa, incompleta, de globulizare, de normalizare, izoterma) care au loc de obicei la temperaturi ridicate, mai mari decat Ac1 si Ac3, si in timpul carora se urmareste obtinerea unor structuri ce tind spre echilibru.

Suprapuse peste diagrama Fe-Fe3C, tipurile de recoacere amintite au aspectul:

1 – recoacerea de omogenizare2 – recoacerea pentru recristalizare3 – recoacerea pentru detensionare4 – recoacerea incompleta4’– recoacerea incompleta aplicata otelurilor hipereutectoide5 – recoacerea completa6 – recoacerea pentru normalizare.

B: Recoaceri de ordinul 1:

Studiul recoacerilor de ordinul 1 se face cu ajutorul ciclogramei de tratament termic pe care se suprapune si valoarea principalilor parametrii.

Recoacerea de omogenizare:

Lingourile si piesele turnate din orice material metalic sunt caracterizate intr-o masura mai mare sau mai mica de neomogenitati de ordin chimic ca urmare a desfasurarii cu viteza insuficient de mare a difuziei carbonului,

fosforului, sulfului si a elementelor de aliere in timpul racirii acestor produse in lingotiere sau forma de turnare.

Pentru reinstalarea fenomenelor de difuzie, la aceste produse se necesita reincalzirea lor la temperaturi ridicate aproape de linia solidus pe Fe–Fe3C. In mod practic,se face incalzirea cu viteza mica pana la T inc=(1050- 1200)ºC, deci ,Tinc=Ac3 + (100-200) ºC.

Timpul de mentinere este tmen= (8-20) h, uneori chiar 50h.In timpul incalzirii si mentinerii la temperaturi ridicate are loc difuzia

carbonului si elementelor de aliere, se inlatura microsegregatiile intercristaline si are loc uniformizarea compozitiei chimice la nivelul fiecarui graunte cristalin.

Se face apoi racirea in cuptor (30-50 )ºC/h pana la o temperatura imediat sub Ac1, dupa care se continua racirea in aer.

Dezavantaje:- durata foarte mare de mentinere (uneori 50 h) face sa creasca granulatia

structurala si de aceea este obligatoriu dupa omogenizare,o recoacere completa sau una pentru normalizare.

Recoacerea pentru recristalizare:

Recoacerea pentru recristalizare se aplica fie inaintea prelucrarii prin deformare la rece pentru pregatirea structurii, fie in timpul prelucrarii la rece pentru inlaturarea ecruisajului si continuarea deformatiei, fie dupa deformarea la rece pentru asigurarea unui optim de proprietati produselor ambutisate, matritate, stantare, etc.

Temperatura de incalzire trebuie sa fie mai mica decat Ac1, dar trebuie sa fie mai mare decat cea a pragului de recristalizare.

Trec=0,4 ·Tf

unde: Trec - temperatura de recristalizareTf - temperatura de fuziune

Temperatura de incalzire depinde de compozitia chimica a otelului si de prelucrarile anterioare (in general 650 – 700 ºC) La otelurile cu sub 0,2% carbon predominant feritice si destinate pieselor ambutisate, stantate, matritate, laminate, temperatura de racire este 680-700ºC.

Cresterea procentului in carbon si a elementelor de aliere ridica valoarea pragului termic, temperatura de incalzire fiind 730 – 760ºC grade .

Durata de mentinere este( 0,5 – 1) h la otelurile cu continut scazut in carbon, si de (1 – 2 )h la cele cu continut ridicat in carbón si elemente de aliere.

Racirea se face in aer pentru evitarea precipitarilor intergranulare a carbonului si elementelor de aliere cu efecte de scadere a deformabilitatii.In urma acestui tratament, structura fibroasa alungita

este inlocuita de o structura cu graunti fini, echiaxiali, fara tensiuni remanente si duritate mica.

Recoacerea pentru detensionare:

Recoacerea pentru detensionare se aplica pieselor ce au fost prelucrate prin aschiere, turnare sau sudare.

Are ca scop reducerea tensiunilor interne si cresterea stabilitatii dimensionale.

Temperatura de incalzire este mai mica decat Ac1, de obicei( 350 – 600 ) ºC, iar timpul de mentinere( 1-3) h. Racirea se face in cuptor pana la 200 ºC, dupa care se face in aer.

In cazul aschierii, detensionarea se aplica intre operatii astfel: dupa degrosare, temperatura de incalzire va fi mai mare, iar dupa finisare, valori mai mici, circa( 200 – 300) ºC.

C: Recoaceri de ordinul 2:

Studiul recoacerilor de ordinul 2 se face suprapunand ciclograma de tratament termic peste diagrama C.C.T. a marcii de otel.

Recoacerea completa :

Recoacerea completa se aplica produselor din oteluri hipoeutectoide cu scopul finisarii granulatiei structurale si implicit a structurilor microscopice rezultate in urma prelucrarii anterioare.

De exp: Un otel hipoeutectoid cu structura F+P prin incalzire peste Ac3

trece in A cu graunti mai fini deoarece a avut loc o recristalizare fazica prin trecerea de la Feα la Feγ cu micsorare de volum.

F + P → A

In urma racirii austenita trece in ferita si perlita mai fina, moale, usor prelucrabila. Timpul de mentinere este functie de dimensiunile produsului; el trebuie sa asigure omogenizarea si desavarsirea transformarii structurale.

Recoacerea incompleta:

Recoacerea incompleta se aplica produselor de dimensiuni mari din oteluri hipoeutectoide.

Temperatura de incalzire este mai mare decat Ac1, iar timpul de mentinere este functie de dimensiunile produsului.

Nu provoaca modificari ale naturii constituentilor structurali, ci le modifica gradul de dispersie, reduce starea de tensiuni, scade duritatea si creste prelucrabilitatea.

Recoacerea de globulizare :

Recoacerea de globulizare este o recoacere incompleta aplicata otelurilor hipereutectoide (scule de dimensiuni mici) in scopul obtinerii unei perlite globulare.

Regimul de incalzire consta in pendulari in jurul lui Ac1 (4-5 pendulari). Se face incalzirea la temperatura mai mare de Ac1, urmata de o mentinere scurta la aceasta tempertatura, apoi o racire sub Ac1, mentinere o scurta perioada, din nou incalzire peste Ac1, mentinere, si ciclul se repeta. In timpul incalzirii si mentinerii la temperaturi mai mari de Ac1, lamelele ce cementita secundara de la marginea grauntilor perlitici incep sa se dizolve in austenita. Prin racire lenta imediat sub Ac1, zonele de austenita mai bogate in carbon, ca urmare a dizolvarii cementitei secundare, constituie centre de cristalizare a cementitei globulare. Ridicarea temperaturii peste Ac1 favorizeaza dizolvarea de cementita lamelara in austenita, crearea de noi zone de austenita neomogena sub aspectul procentajului in carbon, care la recirea sub Ac1 constituie centre de cementita globulara. Mentinerea la o temperatura sub Ac1 cu(30 – 50) ºC favorizeaza coalescenta carburilor si ciclul se repeta, dizolvandu-se carburile de dimensiuni mici si crescand cele de dimensiuni mari, rezultand o perlita globulara. Acest tratament mai este numit si recoacere pendulara.

Dezavantaje:se poate aplica la piese de dimensiuni mici in cuptoare de dimensiuni mici si cu inertie térmica mica, adica sa se poata mentine temperatura constanta la o valoare prescrisa.

Recoacerea pentru normalizare:

Recoacerea pentru normalizare se aplica atat produselor din oteluri hipoeutectoide cat si celor din oteluri hipereutectoide.

Recoacerea pentru normalizare are ca scop finisarea granulatiei, finisarea fazelor constitutive ale perlitei si cresterea cantitatii de perlita din structura.

Temperatura de incalzire este mai mare decat Ac3, iar timpul de mentinere este functie de dimensiunile produsului.

Racirea se face in aer linistit.

Obs: Recoacerea pentru normalizare este singurul tratament termic la care racirea se face in aer, la celelalte facandu-se in cuptor.

şPrin incalzirea la o temperatura mai mare de Ac3, structura ferito-perlitica

trece intr-o austenita fina, iar la racire se obtine o perlita cu o structura mai fina, ce asigura proprietati mai bune comparative cu un otel recopt obisnuit.

Normalizarea aplicata tuturor otelurilor cu un continut de carbon cuprins intre (0,2 – 0,5) % C poate inlocui tratamentele termice de calire si revenire (imbunatatirea), avand avantajul scurtarii duratei si un pret de cost mai scazut.