SUM_05
Transcript of SUM_05
16.04.2012
1
1/404/16/2012
SUMSelecţia şi Utilizarea Materialelor
Curs 5
Principii generale de selecţie a oţelurilor pentru durificarea
straturilor de suprafaţă
2/404/16/2012
Subiecte
� Cerinţe impuse oţelurilor durificate la suprafaţă
� Selecţia oţelurilor pentru carburare� Selecţia oţelurilor pentru nitrurare� Selecţia oţelurilor pentru carbonitrurare� Selecţia oţelurilor pentru călirea de
suprafaţă
16.04.2012
2
3/404/16/2012
Cerinţe
� Durificarea straturilor de suprafaţă:� căliri de suprafaţă;
� fascicul de electroni şi laser (energii concentrate);� curenţi induşi de înaltă frecvenţă;� flacără oxi-gaz;
� tratamente termochimice.
4/404/16/2012
Cerinţe
Deşi adâncimea stratului dur este relativ mică, rezistenţa la uzare a
suprafeţei este foarte mare; capacitatea de preluare a solicitărilor de contact
este moderată; rezistenţa la oboseală prin încovoiere este bună; rezistenţa la
smulgerea stratului este bună; deformaţiile de tratament sunt mici;
sensibilitatea la fisurare în timpul călirii este redusă; preţul de cost al
oţelurilor este relativ scăzut; investiţiile de capital sunt medii (tratament în
băi de săruri) sau ridicate (tratament în atmosferă controlată).
C+NCarbonitrurarea
(Cianizarea)
Deşi adâncimea stratului dur este mică, rezistenţa la uzare a suprafeţei este
foarte mare; capacitatea de preluare a solicitărilor de contact este moderată;
rezistenţa la oboseală prin încovoiere este bună; rezistenţa la smulgerea
stratului este excelentă; deformaţiile pieselor tratate sunt extrem de mici;
sensibilitate redusă la fisurare în cursul tratamentului de călire aplicat
înaintea nitrurării; preţul de cost al oţelurilor este mediu spre înalt;
investiţiile de capital sunt medii.
NNitrurarea
Straturile cu o adâncime aleasă corect au o mare rezistenţă la uzare; o
excelentă capacitate de preluare a solicitărilor de contact; o bună rezistenţă
la oboseală prin încovoiere; o bună rezistenţă la smulgerea stratului; o
sensibilitate redusă de fisurare la călirea ulterioară; preţul de cost al
oţelurilor este scăzut spre mediu; investiţiile de capital sunt mari.
CCarburarea
CaracteristiciElementul de
îmbogăţire
Denumirea
tratamentului
Tabelul 4.1 Analiza comparativă a caracteristicilor pieselor tratate termochimic
16.04.2012
3
5/404/16/2012
� Oţelurile pentru carburare sau carbonitrurare au max. 0,25%C urmărind:
� obţinerea unei durităţi ridicate la suprafaţă şi tenacitate în miez (prelucrabilitate bună prin aşchiere, deformare plastică la rece, sudabilitate);� obţinerea unor tensiuni ridicate de compresiune în stratul superficial ca urmare a gradientului mare al concentraţiei de carbon de la suprafaţă spre miez (permite grad mare de încărcare, durată mare de viaţă la încovoiere şi torsiune);
Cerinţe
� Comparaţie oţeluri de îmbunătăţire – oţeluri de cementare.
6/404/16/2012
Cerinţe
� Distribuţia tensiunilor într-un dinte de roată dinţată carburată.
� Selecţia oţelurilor pentru durifcarea suprafeţei este mai dificilă deoarece presupune cunoaşterea proprietăţilor miezului şi a materialului de la suprafaţă (adâncimea stratului durificat şi miscrostructura sa).
16.04.2012
4
7/404/16/2012
Cerinţe
� Dacă cerinţa principală este rezistenţa la uzare şi tensiunile de contact şi/sau solicitările de încovoiere respectiv torsiune sunt scăzute, selecţia se face pe baza călibilităţii.
� Stratul durificare are doar rolul de a prelungi durata de viaţă a piesei.
� Dacă cerinţele impuse cuprind o rezistenţă mare la uzare în condiţii de solicitări importante de compresiune, stratul durificat va trebui să aibă o adâncime suficient de mare şi totodată o capacitate ridicată de preluare a solicitărilor de contact, de regulă în condiţii de alunecare, rostogolire sau o combinaţie a acestora.
� Structura stratului de suprafaţă va fi alcătuită din martensită şi o proporţie cât mai redusă de austenită reziduală (în general sub 20%). La aplicaţii care trebuie să aibă o mare stabilitate dimensională (rulmenţi, aparate de măsură şi control, tehnica militară, etc.) austenita reziduală nu va fi tolerată în structură.
8/404/16/2012
Cerinţe
� Dacă există încărcări specifice mari ale pieselor, oţelul selectat va asigura o combinaţie optimă între adâncimea stratului durificat şi duritatea miezului, astfel încât să fie prevenită strivirea zonei de suprafaţă. Dacă printr-un tratament de durificare a stratului de suprafaţă se urmăreşte prevenirea smulgerii stratului la două piese supuse unor solicitări mari de contact, va trebui ca duritatea suprafeţei să fie extrem de ridicată.
� În asemenea situaţii se vor selecta oţeluri pentru nitrurare sau pentru carbonitrurare, deoarece ambele procese permit obţinerea unei suprafeţe "alunecătoare" cu o rezistenţă maximă la smulgere.
� Tratamentele de durificare a stratului de la suprafaţa pieselor pot fi selectate şi pentru îndeplinirea cerinţelor de rezistenţă mare la încovoiere şi torsiune. Ca şi la oţelurile durificate prin călire directă, nivelul rezistenţei în orice punct de la suprafaţă până la axa neutră trebuie să depăşească tensiunile de lucru. Întrucât oţelurile durificate la suprafaţă se supun de regulă după călirea martensitică unei reveniri joase la o temperatură de până la 200°C, rezistenţa la tracţiune a miezului rămâne ridicată.
� Îndeplinirea cerinţelor inginereşti pentru a se realiza piese performante la un preţ de cost cât mai scăzut presupune efectuarea unor calcule, a unor teste experimentale şi folosirea experienţei dobândite pe piese similare.
16.04.2012
5
9/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Compoziţie chimică a oţelurilor pentru carburare trebuie să asigure următoarele:
� o mare capabilitate de prelucrare prin procedee de deformare plastică (matriţare, extrudare, etc.);� o bună prelucrabilitate prin aşchiere;� porţiunile hipereutectoide din strat trebuie să aibă o călibilitate adecvată, care va fi estimată prin măsurători de duritate şi/sau examinări micrografice,� dezvoltarea microstructurii impuse la călire şi un nivel cât mai redus al deformaţiilor de tratament;� obţinerea proprietăţilor dorite atât în zonele hipoeutectoide din strat cât şi în miez, printr-o călibilitate adecvată;� după carburare şi tratament termic ulterior piesele trebuie să aibă o tenacitate suficientă pentru a se evita apariţia ruperilor fragile.
� Selecţia are în vedere: călibilitatea stratului, a miezului şi viteza de răcire la tratamentul ulterior de călire.
10/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
Tabelul 4.2 Oţeluri pentru carburare
Oţeluri nealiate
Oţeluri aliate cu Cr
Oţeluri aliate cu Cr-Mn
Oţeluri aliate cu Cr-Mn-Ti
Oţeluri aliate cu Cr-Mo
Oţeluri aliate cu Cr-Mn-Mo
Oţeluri aliate cu Cr-Ni
Oţeluri aliate cu Ni-Mo
Oţeluri aliate cu Ni-Cr-Mo
Oţeluri aliate cu Si-Cr-Mn
OLC10; OLC15; OLC20
15Cr9
17MnCr10; 18MnCr11; 20MnCr12
20TiMnCr12; 28TiMnCr12
19MoCr11; 20MoCr10; 26MoCr11
21MoMnCr12
17CrNi16; 18CrNi20; 13CrNi30; 13CrNi35
20MoNi35
17MoCrNi14
20MnCrSi11; 25MnCrSi11
16.04.2012
6
11/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Nomogramă care permite estimarea rapidă a călibilităţii impuse stratului carburat în cazul durificării barelor rotunde la 60HRC dacă, conţinutul în carbon al suprafeţei este de 0,85%.
12/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� De subliniat este faptul că la mărcile de oţeluri aliate care vor fi călite în apă, pentru evitarea fenomenelor de fisurare conţinutul în carbon al stratului carburat nu va depăşi 0,90%.� Dacă încărcarea specifică este foarte scăzută, în special prin compresiune pură, aproape orice oţel poate fi selectat pentru piese carburate.� În schimb, pentru solicitări mari de încovoiere, torsiune sau tracţiune, nu vor fi selectate niciodată oţeluri sensibile la rupere fragilă.� Un fapt foarte important care trebuie avut în vedere este că oţelurile cu călibilitate echivalentă pentru miez pot avea o călibilitate foarte diferită a stratului carburat;
16.04.2012
7
13/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
14/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Selecţia judicioasă a oţelurilor pentru carburare se face cunoscând:� profilul concentraţiei în carbon;� variaţia durităţii pe secţiunea transversală;� compoziţia chimică;� mărimea grăuntelui austenitic la fiecare oţel considerat;� curbele de călibilitate Jominy pentru diferite concentraţii în carbon la suprafaţa stratului carburat din acelaşi oţel;� condiţiile de răcire la călirea stratului carburat, reflectate după Grossmannde intensitatea factorului H;� forma şi dimensiunile piesei.
� Variaţia durităţii probei de călire frontală poate fi stabilită prin calcul în funcţie de compoziţia chimică a oţelului şi de mărimea grăuntelui austenitic, utilizând următoarea relaţie ;
13898,028,1281,096391,6
5,51438200027,095 2
80...8
−⋅+⋅−⋅−⋅+⋅+⋅+
+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅⋅−⋅=
llKPVSi
NiMnMoCrClCHRC
ASTM
CHRC %6020max ⋅+=
16.04.2012
8
15/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Luând în considerare compoziţia chimică medie a oţelului 17MnCr10, cu ajutorul relaţiilor anterioare au fost calculate curbele de călibilitate pentru diferite concentraţii în carbon.
� Legătura dintre distanţa de la capătul călit al probei Jominy şi diametrul pieselor cilindrice răcite în condiţii comparabile în stratul carburat pentru diferite intensităţi de răcire, H.
16/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Pe baza acestor date este posibil ca pentru un oţel de compoziţie chimică cunoscută, din care se execută o piesă cu un anumit diametru şi care va fi călită după carburare în anumite condiţii de răcire (H cunoscut) să se determine conţinutul limită de carbon necesar, sau dimensiunea limită la care se poate atinge adâncimea prescrisă a stratului durificat;� Metodă grafică de determinare a evoluţiei durităţii stratului carburat şi călit la o piesă din oţel 17MnCr10 cu d=50mm răcită cu o intensitate H=0,30 cunoscându-se profilul concentraţiei în carbon.� Cu ajutorul relaţiilor au fost calculate curbele de călibilitate pentru diverse concentraţii în C (a); figura (b) arată legătura dintre d şi l pentru H=0,30, iar figura (c) reprezintă variaţia conţinutului în carbon pe secţiunea stratului cu o grosime δ0,35=1,50mm şi un conţinut al suprafeţei de 0,80%C; de aici rezultă curba gradient de duritate din figura (d). Dacă se ia în considerare valoarea limită a durităţii stratului de 52,5HRC, va rezulta un conţinut limită în carbon de 0,49% şi o adâncime de durificare de numai 1,15m.
16.04.2012
9
17/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
18/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Pentru a asigura o călibilitate adecvată în strat şi pentru determinarea călibilităţii, inginerul proiectant va avea în vedere următoarele:
� Mărcile de oţeluri la care principala contribuţie în obţinerea călibilităţii stratului o au elementele formatoare de carburi (Cr, Ti, Mo, etc.) sunt sensibile în oarecare măsură la apariţia microfisurilor, îndeosebi când după carburare se efectuează o călire directă în apă sau apă cu aditivi. Pentru prevenirea acestor fenomene se va limita conţinutul în carbon al stratului la cel mult 0,90%.� Oţelurile cu un conţinut ridicat în nichel (13CrNi30, 20MoNi35) prezintă în structură o cantitate mare de austenită reziduală (peste 30%) în urma călirii directe după carburare, dacă conţinutul în carbon al stratului depăşeşte 0,75%; cantitatea excesivă de austenită din structură va conduce la pierderea capacităţii oţelului de a suporta sarcinile din exploatare şi implicit la o avariere prin pitting. Efectuarea unei căliri la temperaturi scăzute (-70...-80°C) pentru transformarea austenitei reziduale produce însă microfisuri severe şi poate conduce la fisurare în cursul prelucrării prin rectificare şi la o rupere prematură în cazul solicitării de oboseală prin încovoiere. Problema se poate rezolva prin selecţia unui oţel cu un grad de aliere mai redus şi prin limitarea conţinutului de carbon în stratul carburat.
16.04.2012
10
19/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
Tabelul 4.4 Concentraţiile maxime în carbon recomandate în stratul carburat pentru
limitarea proporţiei de austenită reziduală.
Marca de oţel %C maxim în strat
20MoCr10 0,75
17MoCrNi14 0,73
18MnCr11 0,72
20MnCr12 0,70
15CrNi15 0,65
� La carburarea unor secţiuni rotunde de peste 75mm apar dificultăţi legate de obţinerea unei durităţi şi a unei microstructuri corespunzătoare atât în strat cât şi în miez datorită vitezelor mici de răcire la călirea în ulei. În asemenea aplicaţii se vor selecta cu precădere tratamentele de nitrurare sau de călire de suprafaţă. Dacă acest lucru nu este posibil, se va recurge la selecţia oţelurilor pentru carburare cu grad de aliere mai ridicat;
20/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Atenţie foarte mare trebuie acordată condiţiilor care asigură proprietăţile impuse pentru miez:
� susţinere corespunzătoare a stratului de suprafaţă (pentru a preveni strivirea),� limită de curgere înaltă pentru a transmite momente şi/sau pentru a suporta sarcinile de încovoiere,� tenacitate ridicată pentru a se evita ruperea fragilă.
� Pentru utilizări generale, un miez cu valori de duritate cuprinse între 30 şi 45HRC trebuie să aibă o grosime de strat carburat estimată cu relaţia:
δ 50
70 21 10HRC
F
L=
×−,
� F este forţa de apăsare a celor două suprafeţe, în N;� L - lungimea liniei de contact, în mm;� δ50HRC - grosimea stratului cu duritate de peste 50HRC
16.04.2012
11
21/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Rezistenţa miezului poate fi apreciată în funcţie de valorile durităţii cu condiţia ca oţelul să fie austenitizat corespunzător (un factor important pentru aplicaţiile cu rezistenţă mare la oboseală de lungă durată). Miezul trebuie să aibă o călibilitate adecvatăastfel încât în urma călirii structura să devină predominant martensitică.
� Strivirea stratului carburat se produce prin forfecare.
� În figură se arată dependenţa rezistenţei la curgere prin forfecare a oţelurilor tratate termic de duritatea acestora. Experimental s-a stabilit că pentru aplicaţiile cu durată lungă de viaţă la solicitări ciclice raportul dintre tensiunea din substrat şi rezistenţă nu trebuie să depăşească 0,55.
22/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. carburare
� Pentru obţinerea unei tenacităţi maxime în miez este necesară realizarea unei austenitizări corespunzătoare urmată de o călire la martensită (fără urme de ferită).
� Îmbunătăţirea tenacităţii la temperaturi scăzute de exploatare este posibilă prin selecţia oţelurilor aliate cu nichel. În plus, dacă proporţia de austenită reziduală nu depăşeşte 20% oţelurile cu conţinut de nichel îşi păstrează rezistenţa la oboseală de lungă durată prin şocuri repetate (vezi figura) într-o măsură similară oţelurilor fără nichel.
16.04.2012
12
23/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. nitrurare
� Procesul de nitrurare este utilizat pentru una sau mai multe dintre următoarele raţiuni:� Obţinerea unui strat subţire cu duritate foarte ridicată şi o mare
rezistenţă la uzare.� Asigurarea unei suprafeţe cu o rezistenţă înaltă la smulgerea stratului.� Îmbunătăţirea rezistenţei la oboseală de lungă durată prin dezvoltarea
unor înalte tensiuni reziduale de compresiune în strat.� Creşterea rezistenţei la coroziune (cu excepţia oţelurilor inoxidabile).� Obţinerea unui strat dur cu o mare stabilitate la revenire până la
temperatura de nitrurare.
Tratamentul de nitrurare nu se recomandă a fi aplicat oţelurilor carbon deoarece stratul de suprafaţă este foarte fragil şi are tendinţa de a se exfolia.În schimb, oţelurile aliate cu elemente formatoare de nitruri (Al, Cr, Mo, Ti, V) sunt foarte potrivite pentru un asemenea tratament.Selecţia oţelurilor are în vedere conţinutul în carbon şi valoarea durităţii impuse a fi obţinută în strat.
24/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. nitrurareTabelul 4.3 Regimuri de nitrurare şi caracteristicile stratului durificat
Regim de nitrurare
Treapta I Treapta a II-a
Marca de oţel T,
°C
t, h α, % T,
°C
t, h α, %
Adânci-mea
stratului
nitrurat, mm
Duritatea
suprafeţei
HV, daN/mm2
21MoMnCr12 510 35 40-50 - - - 0,35-0,45 750-850
20TiMnCr12 500 45-50 15-25 - - - 0,40-0,50 630-720
30MoCrNi20 510 30-40 15-25 - - - 0,20-0,30 750-850
34MoCr11 510 20 15-25 540 40 30-50 0,40-0,50 750-850
34MoCrNi16 510 20 15-25 540 40 30-50 0,40-0,50 750-850
40Cr10 510 35 40-50 - - - 0,35-0,45 750-850
42MoCr11 510 35 40-50 - - - 0,35-0,45 600-750
39MoAlCr15
510
510
510
35
55
12
20-40
20-40
35
-
-
540
-
-
38-48
-
-
65
0,30-0,35
0,50-0,60
0,60-0,80
1000-1150
1000-1150
800-900
10Cr130
(12Cr130)
500
550
600
48
48
48
15-25
25-40
35-50
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,14-0,16
0,25-0,30
0,35-0,40
1000-1050
900-950
800-850
20Cr130
500
550
600
48
48
48
15-25
25-40
35-50
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,10-0,12
0,25-0,30
0,30-0,40
1000-1050
900-950
780-830
40Cr130 550 55 40-55 - - - 0,25-0,35 850-950
10TiNiCr180 560
600
75
60
20-40
40-60
-
-
-
-
-
-
0,10
0,20-0,40
900
800-850
200Cr115 510
510
20
20
20-45
20-45
-
-
-
-
-
-
0,16-0,20
0,20-0,30
900-1100
900-1100
Rp1, Rp3 510-
520
0,25-
1,00
20-40 - - - 0,01-0,025 1340-1460
16.04.2012
13
25/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. nitrurare
� În majoritatea cazurilor gradientul de duritate pe secţiunea stratului nitrurat are o mare importanţă pentru durata de viaţă a piesei;
26/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. nitrurare
� Adâncimea de strat şi miezul de susţinere al acestuia trebuie astfel selectate încât să poată prelua tensiunile de contact.
� Călibilitatea oţelului trebuie să fie corespunzătoare pentru a furniza o microstructură de martensită revenită (sorbită de revenire), necesară pentru nitrurarea optimă a suprafeţei şi obţinerea unei adâncimi suficiente de strat care să reziste tensiunilor de forfecare, încovoiere şi torsiune.
� Întrucât straturile nitrurate sunt subţiri, duritatea miezului este de obicei ridicată (33-40HRC) şi ca urmare pot apare dificultăţi la prelucrarea prin aşchiere. De aceea, unele oţeluri aliate pentru nitrurare au în compoziţia chimică mici adaosuri de Pb (0,15-0,35%), element care îmbunătăţeşte prelucrabilitatea prin aşchiere.
� Rezistenţa la smulgere a straturilor nitrurate este foarte ridicată, particulele de nitruri contribuie la realizarea unei suprafeţe alunecătoare şi extrem de dure.
� Organele de maşini de tipul roţilor dinţate din componenţa motoarelor cu ardere internă, maşinilor unelte, etc. care sunt exploatate la temperaturi înalte şi viteze periferice mari, pot fi sediul unor smulgeri puternice de material din zona suprafeţei şi de aceea pentru realizarea lor se recomandă selecţia oţelurilor aliate pentru nitrurare.
16.04.2012
14
27/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. nitrurare
� Semifabricatele pentru roţi dinţate sunt îmbunătăţite la o duritate care să permită prelucrarea prin aşchiere, apoi urmează operaţia de danturare şi în final nitrurarea.
� Nitrurarea induce tensiuni reziduale de compresiune în straturile de suprafaţă, care măresc rezistenţa la oboseală de lungă durată.
� Cu cât duritatea oţelului aliat nitrurat care conţine 0,40-0,50%C este mai mare, cu atât tensiunile de compresiune sunt mai ridicate şi implicit rezistenţa la oboseală de lungă durată va creşte.
� Cu cât stratul nitrurat este mai adânc cu atât este mai mare modificarea dimensiunilor unei piese date (vezi figura).
28/404/16/2012
Selecţia oţelurilor pt. nitrurarePentru selecţia unui oţel pentru nitrurare trebuie aleasă dimensiunea de semifabricat şi procesul tehnologic care să evite orice urmă de decarburare a piesei când aceasta este pregătită pentru nitrurare. Dacă această cerinţă nu este îndeplinită, va creşte probabilitatea de fisurare şi de exfoliere a stratului nitrurat.
O altă caracteristică a stratului nitrurat este stabilitatea mare la revenire până la temperaturi de 500-550°C. (oţelul 42MoCr11 nitrurat îşi păstrează neschimbată duritatea până la temperaturi de 500-500°C, în timp ce oţelul carburat începe să se înmoaie la temperaturi de peste 200°C)
16.04.2012
15
29/404/16/2012
Selecţia ol. pt. carbonitrurare
� Procesul de carbonitrurare presupune îmbogăţirea simultană în carbon şi azot a stratului de suprafaţă al pieselor. Prezenţa azotului se manifestă prin creşterea substanţială a călibilităţii stratului. (Se observă că pentru o anumită valoare a durităţii semimartensitice, lungimea critică de călire este mult mai mare la probele carbonitrurate.)
30/404/16/2012
Selecţia ol. pt. carbonitrurare
� Influenţa puternic pozitivă a azotului în condiţiile în care conţinutul în carbon al stratului este de peste 0,77% permite efectuarea călirii în ulei a oţelurilor nealiate şi aliate, iar ca urmare deformaţiile pieselor vor fi mai mici chiar când se impun valori maxime de duritate.
� Capabilitatea mare de durificare a stratului carbonitrurat permite selecţia materialului pentru multe piese pe baza costului minim de fabricaţie până la operaţia de tratament termic.
� În consecinţă, pentru piese care necesită puţine prelucrări mecanice se vor selecta oţelurile nealiate OLC15, OLC20 şi OLC25.
� Dacă prelucrările mecanice sunt mai extinse, se recomandă oţelurile 17MnCr10 şi 18MnCr11 care datorită alierii cu crom şi mangan oferă o călibilitate mai ridicată a stratului de suprafaţă. Din acest motiv ele pot fi folosite la piese cu grosime de peste 20mm. În situaţiile când prelucrabilitatea prin aşchiere are un rol deosebit de important, pot fi selectate oţelurile pentru automate
16.04.2012
16
31/404/16/2012
Selecţia ol. pt. carbonitrurare
� În tabelul 4.6 se prezintă valorile adâncimii stratului carbonitrurat la roţile dinţate cu diferite module. După tratamentul termochimic, urmează o călire martensitică de la temperaturi de 800-825°C şi o revenire joasă la 160-180°C. În aceste condiţii stratul de suprafaţă are o structură alcătuită din martensită de revenire, o cantitate mică de carbonitruri fine cu o distribuţie uniformă şi din 25-30% austenită reziduală.
Tabelul 4.6 Selecţia adâncimii de strat în funcţie de modulul roţii dinţate
Modulul roţii dinţate, mm Adâncimea stratului, mm Duritatea suprafeţei HV, daN/mm2
1,5....3,5 0,3±0,1 710±70 (60±3HRC)
4,0...5,5 0,4±0,1 710±70 (60±3HRC)
32/404/16/2012
Selecţia ol. pt. carbonitrurare
Tabelul 4.7 Caracteristicile unor straturi carbonitrurate la 840-860°C, călite în ulei
de la 800-825°C şi revenite la 180°C.
Marca de oţel Adâncimea
stratului, mm
Distanţa,
mm
Conţinutul
optim de C, %
Conţinutul
optim de C+N,
%
Conţinutul
optim de N, %
0,025 0,65-0,90 1,00-1,25
28TiMnCr12 0,5-0,7 0,050 0,60-0,85 1,00-1,15 ;0,35
0,100 0,55-0,80 0,90-1,05
0,025 0,65-0,90 1,00-1,25
40Cr10 0,25-0,35 0,050 0,60-0,85 0,85-1,20 ;0,35
0,100 0,55-0,80 0,80-1,00
16.04.2012
17
33/404/16/2012
Selecţia ol. pt. carbonitrurare
� Adâncimea stratului carbonitrurat este dependentă de temperatura şi durata procesului.
34/404/16/2012
Selecţia ol. pt. căl. de suprafaţă
� Călirea de suprafaţă - productivitate mare, posibilităţi de automatizare (execuţia tratamentului termic chiar pe linia de prelucrări mecanice).
� Se obţine un strat cu duritate ridicată şi cu tensiuni de compresiune (rezistenţa la oboseală ridicată).
� Întrucât creşterea durităţii prin formarea martensitei de călire este legată direct de conţinutul în carbon, de fiecare dată selecţia oţelului va începe cu stabilirea concentraţiei minime în carbon care asigură duritatea impusă. (min. 0,30-0,35%C şi max. 0,60-0,70%C).
CIF Flacără oxi-gaz
16.04.2012
18
35/404/16/2012
Selecţia ol. pt. căl. de suprafaţă
� Concentraţii mai mari de 0,60-0,70%C nu conduc la o creştere suplimentară de duritate (dacă oţelul este aliat cu elemente de aliere care coboară temperaturile de transformare a austenitei în martensită, la conţinuturi mari în carbon, apare pericolul creşterii cantităţii de austenită reziduală care va micşora duritatea, rezistenţa la oboseală şi limita de curgere a stratului călit).
� Grosimea necesară a stratului durificat prin călire de suprafaţă se stabileşte în funcţie de nivelul tensiunilor de compresiune, întindere, forfecare, încovoiere şi torsiune. Pornind de la valoarea tensiunii se va determina duritatea necesară a fi obţinută şi în funcţie de aceasta va rezulta conţinutul minim în carbon al oţelului.
� Dacă oţelul nealiat nu asigură obţinerea adâncimii necesare a stratului călit se va recurge la selecţia unui oţel aliat
36/404/16/2012
Selecţia ol. pt. căl. de suprafaţă
� Adâncimea stratului durificat este influenţată în mare măsură de tratamentul termic anterior călirii de suprafaţă (o structură iniţială de perlită globulară sau lamelară micşorează adâncimea de călire, în timp ce structura sorbitică de revenire o măreşte).
� Dacă nu sunt necesare adâncimi mari de călire este suficientă şi o recoacere completă sau o normalizare.
� În cazul unor segregaţii (P,S) şi a unui conţinut ridicat în incluziuni nemetalice, se pot produce fisuri şi exfolieri ale stratului de suprafaţă (uneori pot apare după câteva zile). Se recomandă selecţia oţelurilor elaborate îngrijit.
� Oţelurile cu granulaţie fină conduc la o adâncime mai mică a stratului călit comparativ cu oţelurile cu granulaţie mare.
� Pentru piese cu adâncimi mici ale stratului călit se vor selecta oţeluri cu granulaţie fină, iar pentru piese cu adâncimi mari de strat, se vor selecta oţeluri cu granulaţie medie.
16.04.2012
19
37/404/16/2012
Selecţia ol. pt. căl. de suprafaţă
� La călirea de suprafaţă prin curenţi induşi de înaltă frecvenţă adâncimea stratului durificat depinde de o serie de parametrii. Din figură se poate observa că adâncimea de strat călit (2) nu este aceeaşi cu adâncimea de pătrundere a curentului (1), ambele mărimi scad odată cu creşterea frecvenţei.
� De regulă, adâncimea de durificare se defineşte prin distanţa de la suprafaţa piesei călite până la adâncimea la care se atinge o anumită valoare a durităţii sau se obţine o structură semimartensitică.
38/404/16/2012
Selecţia ol. pt. căl. de suprafaţă
� În figură se arată modificarea gradientului termic pe secţiunea unei piese cilindrice în funcţie de valorile puterii specifice şi ale duratei încălzirii. Pentru durate mai mari de încălzire se impune alegerea unor puteri specifice mai mici, în acest fel evitându-se fenomenele de supraîncălzire a suprafeţei.
1- putere specifică mare şi durată de încălzire redusă (curbă teoretică);2 - idem cu 1, dar variaţie experimentală;3 - putere specifică medie şi durată de încălzire medie;4 - putere specifică redusă şi durată mare de încălzire;
16.04.2012
20
39/404/16/2012
Selecţia ol. pt. căl. de suprafaţă
� Curbele permit stabilirea adâncimii stratului durificat în funcţie de puterea specifică, durata încălzirii şi viteza de avans la anumite temperaturi de încălzire.
� La durate mai scurte de menţinere temperaturile necesare pentru austenitizare sunt mai ridicate, iar adâncimea de strat durificat va fi mai redusă.
500Hz1000Hz
10000Hz
40/404/16/2012
Selecţia ol. pt. căl. de suprafaţă
� În tabel se prezintă un ghid de selecţie a oţelurilor pentru călirea de suprafaţă prin curenţi induşi de înaltă frecvenţă Când se selectează oţelul potrivit pentru piese complexe cum ar fi arborii cotiţi, ansamblele sudate, edificiile, etc. metoda analizei tensiunilor este deseori necesară pentru determinarea istoriei acestora.
Tabelul 4.8 Caracteristicile stratului durificat prin călire de suprafaţă la unele mărci
de oţeluri.
Caracteristici mecanice (tratament anterior - îmbunătăţire) pentru diferite
diametre sau grosimi
16...40mm >40...100mm >100...250mm
Rm Rp0,2 min. Rm Rp0,2 min. Rm Rp0,2 min.
Marca
de
oţel
Duri-
tatea
Supra-
feţei,
HRC
N/mm2 N/mm2 N/mm2
OLC35 45...52 600...
750
370 550...
650
330 500...
600
300
OLC45 51...57 650...
800
400 600...
720
360 600...
720
340
OLC55 57...62 700...
850
450 650...
800
400 650...
800
370
OLC60 57...62 750...
900
490 700...
850
440 - -
40Mn10 53...59 800...
950
550 700...
850
450 - -
35MnSi12 50...56 900...
1050
650 800...
950
550 700...
850
450
40Cr10 51...57 900...
1050
650 800...
950
550 700...
850
450
42MoCr11 54...60 1000...
1200
800 900...
1050
700 750...
900
550
51VMnCr11 57...62 1100...
1300
900 1000...
1200
800 800...
1000
600