Determinarea marimii grauntelui austenitic ereditar la oteluri

Proprietatile mecanice de rezistenta si tenacitate de care depinde buna comportare in exploatare a pieselor din otel sunt determinate de structura si in mod deosebit de dimensiunea grauntilor cristalini.

Favorabila din acest punct de vedere este o structura fina si uniforma cu dimensiunea medie a grauntilor mica si cu o variatie relativ mica intre dimensiunile celor mai mari si celor mai mici graunti.

O structura fina si uniforma se obtine prin operatii de prelucrare metalurgice cum ar fi: tratamente termice, deformare plastica la cald, deformare plastica la rece urmata de tratament termic etc.

Conditiile de incalzire si in mod deosebit temperatura de incalzire reprezinta parametrul principal de care depinde dimensiunea medie a grauntilor cristalini.

La incalzirea otelurilor la temperaturi incepand cu A_C1 are loc transformarea perlitei in austenita prin procese de germinare si crestere. Se obtine astfel o structura fina de austenita cu dimensiuni ale grauntilor mult mai mici decat din ale celor din care provin.

Marimea grauntelui de austenita in momentul terminarii transformarii perlitei in austenita reprezinta grauntele initial de austenita.

La marirea temperaturii se mareste viteza de crestere a grauntilor noi formati ceea ce conduce la dimensiuni de graunte cu atat mai mari cu cat temperatura este mai mare.

Capacitatea de crestere, la incalzire a grauntelui austenitic este determinata prin grauntele ereditar care reprezinta variatia dimensiunii grauntelui de austenita cu temperatura.

Tendinta de crestere a grauntelui este diferita de la un otel la altul si chiar de la o sarja la alta. Dupa variatia dimensiunii grauntelui cu temperatura otelurilor se impart in:

oteluri cu granulatie ereditara fina, caracterizate prin tendinta redusa de crestere a grauntelui pe un interval mare de temperatura (fig.1, curba 2).

oteluri cu granulatie ereditara grosolana la care dimensiunea grauntelui austenitic creste accentuat inca de la temperaturi relativ apropiate de AC₁ (fig.1, curba 1).

Oteluri calmate (dezoxidate cu siliciu si aluminiu) au o granulatie ereditara fina deoarece diferitele impuritati (Al₂O₃, AlN etc) impiedica cresterea grauntilor cristalini avand rol de bariere in cresterea grauntilor, iar otelurile necalmate au granulatie ereditara grosolana. La cresterea procentului de carbon se mareste grauntele de austenita, dar numai pana la limita de solubilitate a carbonului in austenita. La procente de carbon mai mari se reduce capacitatea de crestere a grauntelui de austenita ca urmare a franarii mecanice in prezenta cementitei secundare.

Elementele de aliere care formeaza carburi si alte precipitatii stabile si disperse (V, Ti, Al, Zr, W, Mo, Cr) confera otelurilor granulatie ereditara fina. Nichelul si siliciul au influenta neglijabila, iar manganul determina o granulatie ereditara grosolana.

In functie de grauntele ereditar se apreciaza comportarea la incalzire in domeniul austenitic al otelului si influenta incalzirii asupra structurii finale, deoarece dimensiunea medie a grauntilor la temperatura ambianta este egala cu dimensiunea grauntilor de austenita la inceputul racirii.

In cazul otelurilor cu graunte ereditar fin (2) structura se mentine fina pana la temperaturi destul de ridicate (1100 C) iar la otelurile cu graunte ereditar grosolan (1) temperatura sfarsitului de transformare la cald sau temperatura de tratament termic nu trebuie sa depaseasca Ac₃+(3 C).

Dimensiunea medie a grauntelui cristalin determinata pentru conditii concrete de deformare, tratament termic etc., se numeste graunte real.

Proprietatile otelului sunt determinate de grauntele real.

Cunoasterea grauntelui ereditar are importanta in optimizarea regimurilor de prelucrare metalurgica, in special la stabilirea temperaturii de sfarsit de deformare la cald si a temperaturii optime de tratament termic.

Determinarea marimii grauntelui austenitic ereditar necesita efectuarea urmatoarelor trei operatii succesive:

a)     obtinerea grauntelui austenitic, prin incalzire la temperatura standard de 930 C (adica temperatura la care diferenta dintre marimile grauntilor de austenita pentru otelurile cu granulatie fina si grosolana este maxim);

b)     punerea in evidenta a grauntelui obtinut, de regula prin determinarea sa cu o retea fina continua dintr-un constituent structural deosebit de constituentul de baza obtinut prin transformarea austenitei la racire STAS ul 5490 prezinta metodele de punere in evidenta a grauntelui de austenita la oteluri cu diferite continuturi de carbon.

c)      Masurarea marimii medii a grauntelui prin observarea microscopica la marimea 100:1 folosind una din urmatoarele trei metode:

Compararea vizuala a grauntilor vizibili la microscop cu imaginile din plansele etalon;;

Numararea grauntilor ce revin la o unitate de suprafata a probei metalografice;

Masurarea diametrului, conventional mediu al grauntilor sau determinarea cantitatii de graunti intr-un mm³.

Metoda (1) se foloseste pentru determinarea marimii grauntilor echiaxiali in cazul probelor obisnuite sau cand nu se specifica o anumita metoda.

Metoda (2) si (3) se folosesc atunci cand este necesara o precizie mare in determinarea metodei (2) pentru cazul grauntilor echiaxiali, iar metoda (3) pentru cazul grauntilor de forma alungita.

Observatii: aceste metode nu se pot aplica la determinarea grauntelui in oteluri puternic ecruisate si in oteluri partial recristalizate.

In laboratorul de tratamente termice se va determina marimea grauntelui ereditar de austenita pe probe din oteluri de constructie cu continutul de carbon specific otelurilor moi de cementare, otelurilor semidure, de imbunatatire, otelurilor carbon de scule si extrudare.

Conditii de lucru

a) Metoda oxidarii pentru un otel de cementare (0,10 0,25%C).

Se folosesc trei probe cu dimensiunile: 10 15mm sau f 20mm care se lustruiesc in prealabil pe hartie si la pasla. Probele se introduc in cuptorul incalzit la 930 C protejandu-le in span de fonta sau carbune de lemn. Dupa o mentinere de 30min. la aceasta temperatura fiecare proba este suflata cu aer (de la un ventilator    timp de 5, 10, 15 secunde pe suprafata lustruita dupa care este imediat calita in apa rece.

In timpul suflarii, proba se oxideaza. Oxidarea este mai puternica la marginea grauntilor de austenita, unde se formeaza o retea de oxizi de culoare inchisa. Prin calire masa grauntilor de austenita se transforma in martensita.

Probele oxidate si calite se relustruiesc pe suprafata oxidata, se ataca cu solutie de 15%HCl (1 2min.) si apoi se examineaza la microscop (marire 100:1).

b) Metoda retelei de ferita pentru un otel carbon de imbunatatire (0,30 0,60%C)

Se folosesc doua probe din otel OLC60 cu dimensiunile f 15mm care se incalzesc la temperatura de 930 C timp de 30min. (probele se protejeaza impotriva decarburarii). Una din probe se raceste in aer linistit iar cealalta in curent de aer dupa care ambele probe se pregatesc metalografic (lustruiesc si atac nital 2%) si se examineaza la microscop. Se acorda punctajul pentru grauntii de perlita pusi in evidenta de reteaua de ferita separata in urma tratamentului de normalizare aplicat.

c) Metoda calirii diferentiale pentru un otel dur

Se folosesc doua probe din OSC8 cu dimensiunile 10 80mm care se incalzesc protejate timp de 30min. in cuptorul aflat la temperatura de 930 C. Apoi se calesc astfel:

O proba se caleste introducandu-se jumatate din lungime intr-un bazin cu apa.

A doua proba se raceste frontal cu un jet de apa (la instalatia de calire frontala).

Probele calite se lustruiesc pe lungime se ataca cu nital 2% apoi se examineaza la microscop. In zona care ca urmare a vitezei de racire intermediara (aer apa) se obtine o structura martensitica cu retea de troostita care pune in evidenta fostii graunti de austenita.

d) Metoda recoacerii (a retelei de cementita secundara) pentru un otel extradur

Se folosesc doua probe de dimensiuni f 15mm din OSC12. Probele se incalzesc protejate in span de fonta in cuptorul aflat la 930 C timp de 30min. Apoi se racesc de la 930 C la 600 C cu cuptorul si apoi in aer. Dupa racire se lustruiesc si se ataca cu:

nital 2% (reteaua de cementita este alba nu se ataca);

picrat de sodiu (reteaua de cementita este bruna) si se examineaza la microscop. Se acorda punctajul grauntelui perlitic (fostul graunte de austenita).

Dupa o examinare la microscop se schiteaza microstructurile si se acorda punctajul pentru marimea de graunte determinata facandu-se aprecieri asupra otelului in ceea ce priveste granulatia ereditara austenitica. Se formuleaza concluzii.