Parametrii tehnologici ai calirii volumice a otelurilor

Parametrii tehnologici ai calirii volumice a otelurilor

1. Introducrere

In lucrarile anterioare s-au prezentat structurile otelurilor carbon si fontelor albe si cenusii rezultate in urma solidificarii acestor aliaje. Structurile fiind in functie de compozitia chimica si viteza de racire a aliajului respectiv, exista deci o legatura stransa intre compozitia chimica a aliajului respectiv, structura obtinuta in urma solidificarii aliajului si poprietatile aliajului conferite de aceasta structura.

Prin unele procedee tehnologice se poate modifica structura initiala (la aceeasi compozitie chimica) obtinandu-se alte proprietati ale aliajului diferite de proprietatile conferite de structura initiala. Unul din procedeele tehnologice folosite in practica industriala este tratamentul termic.

Tratamentul termic consta in incalzirea aliajului la o anumita temperatura, mentinerea la aceasta temperatura un anumit timp si racirea ulterioara cu o anumita viteza de racire.Prezentarea grafica a acestor parametrii poarta denumirea de diagrama sau ciclograma de tratament termic.

2. Ciclograma tratamentului termic

Fig. 4.3.1 Ciclograma tratamentului termic

Parametrii tratamentului termic sunt urmatorii:

temperatura de incalzire;

timpul d eincalzire;

viteza de incalzire si racire;

mediul de incalzire.

a)      Temperatura tratamentului termic     (temperatura la care se incalzesc piesele sau temperatura de incalzire) - determinarea temperaturii de incalzire se poate face prin mai multe metode astfel:

Experimenta, prin metoda calirilor succesive;

Analitic, pe baza transformarilor care au loc in urma tratamentului termic de calire

Fig.4.3.2 -Variatia duritatii in functie de    Fig.4.3.3 - Temperaturile de austenitizare

temperatura de incalzire pentru calirea otelurilor carbon

Astfel, pentru otelurile carbon, temperatura de incalzire necesara pentru calire se alege in felul urmator :

pentru otelurile hipoeutectoide incalzirea se face in domeniul austenitic. Daca s-ar face intre     (unde avem Fe+ A ), dupa calire structura ar fi constituita din martensita si ferita, iar duritatea pieselor ar scadea.

(30..50) º C

otelurile hipereutectoide si eutectoide . Incalzirea se face intre si . Dupa calire, in structura va exista martensita si cementita secundara. Cementita secundara influenteaza favorabil duritatea si deci rezistenta la uzura.

Temperatura nu se ridica mult peste     deoarece inalzirea la temperaturi ridicate duce la cresterea grauntelui austenitic , a cantitatii de austenita reziduala si a tensiunilor interne.

Pentru aceste oteluri temperatura de incalzire este :

+ (50-70) º C

pentru fontele cenusii: + (150-170) º C

Observatie

In general temperaturile de incalzire in vederea tratamentului tehnic respectiv sunt standardizate .

Temperaturile mai pot fi gasite si in normele elaborate de catre producatorii de oteluri sau in diferite tratate de specialitate.

b) Timpul de incalzire, mentinere si racire

Ciclul de incalzire la tratament termic se imparte in urmatoarele etape:

Timpul de incalzire considerat ca fiind timpul necesar ca suprafata produsului sa atinga temperatura de tratament termic (de incalzire) prescrisa;

Timpul de egalizare termica - este timpoul necesar pentru atingerea de catre centrul piesei a temperaturii prescrise;

Timpul de transformare - este timpul necesar realizarii tuturor transformarilor ce trebuie sa aiba loc pentru tratamentul respectiv.

In practica tratamentelor termice timpul de mentinere include timpul de egalizare termica si timpul de transformare.

Calculul timpilor de incalzire, mentinere si racire.

Calculul timpilor de incalzire - se poate face prin urmatoarele metode :

metoda criteriala pentru corpuri de lungime infinita;

prin relatii simplificate de calcul (in functie de raportul dintre volumul si suprafata piesei, grosimea piesei).

Calculul timpilor de mentinere

a)      Timpul de egalizare termica:

Timpul de egalizare a temperaturii pe sectiunea pieselor este necesar la piese masive cu dimensiuni de peste 100 mm.

Pentru piese cu grosimi mai mici de 100 mm incalzite in cuptoare cu gaz sau electrice si pentru piese subtiri incalzite in bai de saruri, se considera timpul de egalizare ca fiind ¼ din     (daca nu s-a calculat de la inceput timpul de mentinere + timpul de egalizare).

Pentru oteluri aliate cu elemente carburigene (Cr, Mo, V, T) se recomanda prelungirea duratei de egalizare cu 30% daca se urmareste dizolvarea carburilor.

b ) Timpul de transformare - este socotit din momentul egalizarii temperaturii pe sectiunea piesei (se admite o diferenta mica intre temperatura suprafetei si temperatura centrului, functie de timpul tratamentului termic aplicat) si depinde de tipul tratamentului termic aplicat, de structura initiala si de temperatura de incalzire.

Duratele cele mai mici de transformare sunt la austenitizarea otelurilor in vederea calirii, normalizarii sau recoacerii complete.

Duratele de transformare variaza intre unu si patru minute functie de tipul otelului (De exemplu pentru OLC45 este nevoie de 1 minut, iar pentru C120 4 minute. )

La recoacerea de recristalizare duratele sunt mai mari si in acest caz pentru stabilirea timpului de transformare se recurge la incercari experimentale.

Duratele de transformare ceva mai lungi decit la calire sunt necesare la austenitizarea otelurilor in vederea tratamentelor termice de recoacere, de regenerare sau normalizare.Desi transformarea de baza este aceeasi, pentru eliminarea structurilor Widmansttten sau in frunza " se impun timpi de transformare aproape egali cu cei de egalizare.

Cele mai lungi durate de transformare la oteluri sunt necesare la recoacerile de omogenizare si la cele subcritice (detensionarea, globulizarea fina) sau intercritice (globulizarea structurilor perlitice).

Transformarea se bazeaza pe difuzie care se realizeaza greu, durata fiind de ordinul orelor. (In practica s-a adoptat o regula de timp " ora si ..").

c)Timpul de racire - are o importanta deosebita deoarece el determina structura finala a pieselor care confera proprietatile prescrise. Timpul de racire depinde de tipul tratamentului, de compozitia chimica a otelului, variatia temperaturii mediului de calire, etc. Timpul de racire poate varia de la secunde (calirea) la ore (recoacerea), etc.

Se poate determina analitic (prin diferite metode, cum ar fi metoda criteriala ) sau experimental.

Viteza de incalzire si racire

Viteza de incalzire - depinde de proprietatile termofizice ale materialului si de compozitia sa chimica. In general viteza de incalzire trebuie sa fie mica pentru a evita aparitia tensiunilor interne in piese.

Viteza de racire - depinde de tratamentul termic aplicat si poate varia de la 20 -30 º C /h la unele recoaceri la 150-200 º C/s la calirile superficiale.

Viteza de racire se poate determina :

experimental prin racirea in diverse medii de racire;

grafic folosindu-se diagramele TTT sau CCT. Din acestea se poate determina valoarea viteze de racire care sa asigure structura si proprietatile prescrise.

Mediile de incalzire si racire

Mediul de incalzire

Transmiterea caldurii se poate face prin convectie, conductie si radiatie.

La cuptoarele electrice cu flacara, transmiterea caldurii are loc prin conventie si radiatie, iar la cuptoarele cu bai de saruri se face prin conductie.

Mediile de incalzire folosite in practica tratamentelor termice sunt: lichide, gazoase, in vid, in atmosfera controlata sau in strat fluidizat. Incalzirea intr-un anumit mediu depinde de compozitia chimica a materialului, caracteristicile termo-fizice ale materialului, precum si de tratamentul termic prescris.

Mediul de racire

Mediile de racire industriale sunt: gazoase, lichide, solide, sau combinatii de tipul gaz-lichid (ceata); gaz-solid (strat fluidizat); lichid -solid (suspensii).

Alegerea mediului se face in functie de structura finala impusa de tratamentul termic prescris .

Aplicatia practica : Determinarea temperaturii de incalzire prin metoda experimentala (metoda calirilor succesive)

Modul de lucru

Se va determina temperatura optima de incalzire pentru un otel carbon hipoeutectoid (OLC 45).

Materiale si instalatii necesare pentru efectuarea lucrarii :

10 epruvete din OLC 45 cu urmatoarele dimensiuni: Ө 20x 10 [mm];

Cuptor de incalzire cu temperatura de incalzire pana cel putin la 1000 º C;

Bazin cu apa de racire cu temperatura de max. 20 º C;

Modul de lucru: epruvetele se vor incalzi (cate doua) la urmatoarele temperaturi : 700 º C, 800 º C, 870 º C, 900 º C.

Dupa atingerea temperaturii epruvetele se vor cali in apa.

Pe fiecare proba se va determina duritatea HRC care se va trece in tabelul de mai jos. La fiecare temperatura se va face media duritatii celor doua epruvete.

Cu valorile de duritate obtinute se va trasa graficul conform fig..8.1-pg.72 ( +diagrama de echilibru Fe-FeC cu temperaturile de incalzire specifice diferitelor TT)

Interpretarea rezultatelor

De pe grafic se va determina temperatura optima de incalzire , care este 10 º C in jurul temperaturii asigurate de duritatea maxima .

Cunoscand compozitia chimica a otelului se va compara temperatura gasita experimental cu cea de pe diagramele de echilibru .

Se va exprima alura obtinuta in grafic.