Tratamente Termice [Scan]

5/10/2018 Tratamente Termice [Scan]

1/18

76 4. RecoacereaIn urma recoacerii pentru maleabilizare, pe langa lmbunatatirea ~chiabilitatii

fonta rezultata poseda si rezistenta mecanica, plasticitate si tenacitate bune (miirire~"lor putandu-se realiza fie printr-o riicire fortata de la temperatura punctului E pauli .la100 + 200 C, cu reincalzire la 680 + 700 C, timp de cateva ore, fie prin aplicareaunei caliri in ulei lamartensita, urmata de revenire inalta, sau a unei caliri bainitice).

Caracteristicile rnecanice si structurale ale principalelor tipuri de fontii ma l e a.'bila, redate in tabelul 4.4, depind de natura structurii si de diametrul probelor.Caraeteristicile rnecanice ale fontelor m aleabile pot fi Im bunatatite s i r n a i-rnult prin aplicarea tratamentelor de calire si revenire sau chiar a unor tratamente

termochimice.

CAPITOLUL 5I/L i

CALIREA. Cilirea este tratamentul tennie aplicat produselor metalice cu seopul aducerii

lor iotr-o stare structurala si de tensiuni departata sau in afarii de echil ibru, cores-pun.zatoare unor caracteristici tehnologice ~ide exploatare diferite de eele ale starii deechilibru.Pentru obtinerea structurii in afarii de echilibru (solutie suprasaturata), incal-zjrea aliajului s e face insau deasupra intervalului transform arilor de faza instare soli-di, mentinerea pentru dizolvarea fazelor secundare ~i omogenizarea solutieisoliderezuitate, iar racirea se face eu viteza foarte mare pentru a imp i edi ca de s fa sn ra r ea difu-ziei, respectiv fonnarea starii de echilibru.Structura r ez u lt at a d u pa calire este alcatuita, la temperatura ambian ta , din fazec ar e n u corespund diagramei de echil ibru fie ca t ip de retea cristalina, fie ca p ropo r ti e,s au din punct de vedere a l compoz it ie i chimice.

5.1. CALIREA ALIAJELOR FEROASEDaca structura de calire este martcnsiti (solutie solida de insertie a C inFea ,

in stare suprasaturata, sau ferita suprasaturata in C ), cA lirea este martensitica (dedurificare), iar daca structura este bainiti (amestec mecanic de ferita saturatii in C s icarburi de tip 8), cilirca este bainitica. Daca inu rm a c al ir ii se obtine 0 solutie supra-saturata in elementele de adaos din faza secundara dizolvata, ciilirea este peatrupunere in solutie.

Ciiiirea msrtensi t ics se aplica produselor din oteluri si fonte cenusii pentru!mhunatatirea caracteristicilor mecanice (duritatea s i rezistenta), desi starea de tensiunimterne (tennice ~j structurale) este foarte mare.

CAlirea bainit ica se aplica, de regula, semifabricate lor din oteluri rezultate printragere ~i trefilare si arcurilor din s a n n a si benzi.C i li re a p en tr u p un er e in solutie are aplicabilitate doar la otelurile inoxidabileferitice s i austenitice.Calirea martensitica poate fi volumicii ( incalzirea si racirea se efectueaza petoati sect iunea produsului , deci aceeasi structurii in toata rnasa piesei) ~i de supra.tafii(auperficiai). la care incalzirea si racirea se real izeaza numai in stratul marginal pe 080Urnitii grosime, structura din suprafata diferind de cea din rniez.

5. J.J. CiJirca msrtensitica volumics. Calirea martensitica volumica conduce la obtinerea unor caracteristici meca-llIce..uniform distribuite pe toata sectiunea produsului, in conditiile proiectarii si efec-tuhil corecte a tehnologiei de tratament (temperatura de incalzire, durata totala deincAlzire si viteza de racire),


2/18

IV 78 5. Calirea5.1.1.1. Alegcree tempcrsturi i de incelzire (de 8usteni[izare)Incalzirea otelului in vederea calirii trebuie sa conduca la obtinerea austenitei

(s utie solida de insertie a C inFer). Temperatura de incalzire se alege in functie decalitatea otelului (compozitia chimica), de forma ~imarimea produsului si de destina..a acestuia.

a) Compozitis cbimicsLa o telur il e carbon h ipoeutecto ide , temperatura de incalzire se alege cu 30 ++ 50C peste Ac3, iar la cele hipereutccdoide cu 30 + 50C peste Ac I (figura 5.1).1200 Incalzirea este obligatorie

peste AcJ, in domeniul austenitic(austenita rezultata este ornogena),Ja otelurile hipoeutectoide, pentru aInlatura ferita din structura (prezen-ta ei ar diminua duritatea), in timpce la otelurile hipereutecdoide In-calzirea in intervalul A c1 + Ac cen indorneniul bifazic A + Cell (austeni-ta fiind neornogena), este optima,prezenta Cell alaturi deM la racire(A --)0 M) conducand la crestereaduri tati i. Daca Incalzirea s-ar efec-tua in dorneniul austenitic, pesteA, eem, s-ar obtine 0 austenita gro-

solana (respectiv, la racire, 0 rnartensita grosolana si Arcz - austenita netransformata -in cantitate mare, care micsoreaza duritatea) si s-ar intensifica procesele de oxidare sidecarburare a suprafetei produsului.

Dupa 0 rnentinere la temperatura de Incalzire, in functie de dimensiunile pro-dusului, urmeaza 0 racire rapida cu viteza mult mai mare decat vi teza cri tics de calire ,Vee. Structurile rezultate sunt: M + A n : z o , la otelurile hipoeutectoide, deci 0 calire com-pleta, si M + Cell + Arcz, respectiv 0 calire incomplete, la otelurile hipereutectoide.

Cantitatea de austenita reziduala, Arrz, rezultata la racire este cu atat mai marecu cat continutul de carbon dizolvat in austenita este mai mare (figura 5.2), deoarecetemperatura punctului de inceput de transformare martensitica, M; coboara chiar sisub temperatura ambianta, respectiv intervalul de transfonnare fA -i- M, este mai mare,austenita este mai stabila si , prin urmare, rarnane in structure 0 canti tate mai mare deaustenita netransformata.

La oteturile eliete, temperatura de incalzire este mult mai r idicata datorita ele-mentelor de aliere a-gene (Cr, Mo, V, W), care urea pozitia punctelor de transformare,pe de 0 parte, iar pe de alta, carburile trebuie descompuse si dizolvate ill austenita,astfel cit austenitizarea otelurilor malt aliate (otelurile rapide) se face la 1200+1300C.

A

o. . . .:J. . . .o'-~ 600~+-4--r~~~~L-4-~-+~o,E~Figura 5.1. Intervalul optim de incalzire

pentru calirea otelurilor carbon.

5.1. Calirea aliajelor feroase 79~ 50'r---r--,--_'---'--~---'---r~~'N~Or---r-~--~---+---+--~--~~"(1)c,~ 30~-+--~--~~--4-~~~~~~ 20r-~--~--~--~~~~--~~-~ 10r--+--4---~~~~--~-+~co(._) 00 0.2 0,1. 0 ,6 O ,B 1 ,0 1,2 1,~ 1,6

Continutu/ de carbon f% JFigura 5.2. In f luen ta con ti nu tu l u i de carbon

asupra cantitatii de Ara .Transformarile de faza la calirea Ion te lor cenusi i sunt aceleasi ca si la oteluri ,

e le p ro du ca nd u- se , I ns a , in prezenta grafitului lamelar fin, nodular sau incuiburi.Calirea rnartensitica volumica se - . . . . 1 0 0aplica, asadar , pieselor tumate din fonts ~ceausie cu grafit lamelar fin (Fc), din ~Ofonte nodulare (Fgn) si maleabile (Fm), ~caretrebuie sa contina in masa rnetal ica & 60ee l pu ti n 0,4 ..;-.0,5 % carbon legat sub ~ 40forma de cementite perlitica, fapt pentru care fontele feritice si ferito-perlitice se ~ 20s upun , mai Intai, norrnalizarii . 8

Duritatea rezultata in urma cali-r i i . depinde de cantitatea de carbon legat(dizolvat) , care variaza cu temperatura(f igura 5.3, a). "in timpul incalzirii, inca de laternperaturi de 400 + 500C, are loc des-compunerea Cep, scazand astfel continu-tuI de carbon legat si marindu-se canti-t a t e a de grafit s i volumul piesei (des-~mp~nerea Cepeste maxima la 775C).. ~lnd aceasta temperatura, 0 parte~fit~ se dizolva In austenita, imbo-de d-o ~~ carbon, ~temperatura optima8 aUsterutlzare sltuandu-se in intervalulSO.....9300C Me ..' . Figura 5.3.Variatia cantitatii de carbon legat. . nunerea III acest inter- (dizolvat), a, ~ia duritatii, b; cu temperatura.

o

- . /r \ /\ 1\ I I\jaj

60 II (


3/18

82 5. CalireaBaile de saruri (tabelul 5.1) sunt des folosite in practica tratamentelor tennice

fi ind mai ieftine, netoxice, comparat iv cu Mile de metale, ~i evita apari tia defectelorde oxidare si decarburare care se produc la Incalzirea incuptoare (electrice sau cu fia-ciri) cu atmosfera gazoasa obisnuita (necontrolata). Dezoxidarea bailor folosi te latemperatnri inalte (I 000 -:-1300 0C) se face cu ferosiliciu (15 g la 1 kg de sate topita)sau cu feroc ianu rs de potasiu (2 + 3 g la 1 kg de sale topita), iar cea a bailor folosite latemperaturi de 750 -:-900C cu ferocianurs de potasiu sa u cu 2% ferosiliciu ori cu1+3 % acid boric.ViduJ (starea unui gaz rarefiat) folosit la incalzirea materialelor metalice pre-zinti avantajul neutralitatii sale ridicate in comparatie cu alte gaze sau amestecuri degaze, deoarece are 0 concentratie foarte scazuta de gaze active (1a lO-1 Pa = 10-1N/m2,presiunea reprezinta doar 0milionime din presiunea atmosferica),

lnciilzirea in s tr s t Ou idi zat (mediu format din particule solide inerte, din punetde vedere chimic, in suspensie in aer sau aIte gaze tehnologice) prezinta avantajul unei

; viteze de ineii lzire de 2 ... 4 ori mai mare decat cea real izata in mediu gazos (sim ilaracu viteza de incalzire in bili de saruri); mare uniformitate a temperaturii in spatiul delucru, este nepoluanta si 0usoara exploatare si intretinere a instalatiilor aferente.I~

5.1.1.2. Determineree durstei to tale de inciilzireParametrul temporal a l calirii se determine, in functie de marimea produselor

(sarjelor) supuse incalzirii, de importanta si complexitatea lor, cu ajutorul unor relatii-sim plificate de caIcul (dezvoltate in lucrarea [38]) sau prin metoda c ri te ri al a, ma i pre-cisa dar ~imai laborioasa.{ J ( ' La determinarea duratei de incalzire prin metoda criteriala trebuie s a se tinaseama de grosimea t erm i ca r el at iv a a produsului in corelare cu viteza de I nc al zi re , r es -pectiv de caderea (diferenta) de temperatura pe sectiune, cu consecintele ei: tensiunileinterne induse si, respectiv, tendinta de deformare.

Astfel, din punet de vedere al comportirii termice, produsele metalice seimpart in piese subtiri (daca valoarea criteriului Biot, Bi:::; 0,25) si in piese grosse(Bi >0,25). La piesele subtiri, viteza de incalzire a centrului fiind foarte apropiata decea a suprafetei, deci diferenta de temperaturi foarte mica, se determina valoarea totalsa duratei de incalzire, care include si durata de uniformizare a temperaturii in sectiu-nea pieselor, iar la piesele groase se calculeaza atat durata propriu-zisa de inciilzirepentru atingerea temperaturii suprafetei prescrise (temperatura de regim), cat si duratede egalizare a temperaturii.

Solutiile eriteriale ale e cus ti ei d i te renriaJe a conduc ti ei t ermic e ua id i re c ti onsk(ecuatia lui Fourier) (5.2) , fluxul termic avand loc de la suprafata spre centro prin CDr-puri solide omogene ~i izotrope, inregim tranzitoriu (nestabilizat sau nestationar),

~ =aV2t (5.2)i J r '

5.1. Calirea aliajelor feroase 83unde V 2 teste Iaplacianul temperaturii , care, in coordonate rectangulare (carteziene)cilindrice ~ sferice, are expresiile: '. iit

,\(It =&2 ' pentru p/aca infinitA (grosimea ~iIltimea finite, lungimea infinitli);(S.3)iflt 1 aV2t = a - 2 +;. (j-' pentru cilindroJ inlinit (raza finiti,lungimea inflnita); (5.4)

2 iflt 2 av t =-+--- pentru sfe~(j-2 r a - ' 0 . ,. 3600l 2 " . ~ . IJar a = [m I h J - difuzivitatea temuca, A [W/(moC)] fimd eonductivitatea ter-cppmica, cp [J/(kg.0C)] - caldura specifics si p [kg/rn''] - densitatea materialului piesei,permit determinarea temperaturii momentane, t, (5.6), in functie de timp (r), coordo-natA (x), de temperatura initiala (to) s i cea a mediului de inc8lzire (toJ si de rnarimiletermofizice ale materialului corpului (conductivitatea, A $i difuzivitatea, 8) si a mediu-lu i (coeficientul de transfer tennie, a):

(5.5)

t = f( T,X, to, taA , 8, a) r O C ] . (5.6). Analiza diferitelor criterii adimensionale (asociere de marimi) folosite in pro-cesul de transfer termic evidentiaza urmatoarele aspeete privind semnificatia lor fizica:1) Criteria! Biot (BI) sau dimeasiune reiativi exprima raportul dintre rezis-

tenta te~ea interioara, Rti , 1 8 transferal caldurii prin conductie in material, datil deraporml dintre dimensiunea caracteristicii a produsului, x [m] si conductivitatea.ter-mica a materialului metalic, A [W/(moC)], si rezistenta termica exterioara, Rte , la~smiterea caldurii de la mediul de incalzire la suprafata produsului, caracterizata delDversul valorii coeficientului global de transfer termic, a [W/(m2.oC)]:

x. R ; A . a-xBr=-R =1=- [-].te A . (5.7)

a. 0 alta definitie a criteriului Biot poate fi aceea care exprima raportul dintre 'Vltezade incilzire exterioara a suprafetei , dependenta cantitativ direct de valoarea lui '~, ~i viteza de Incalzire interioara, exprimata cantitativ prin valoarea Ai x, adicii prinlIlversul rezistentei tennice conductive:

B. a ax1=-=--A A [-]. (5.8)x


4/18

5. CalireaCriteriul Biot reflects, asadar, variatia temperaturii in functie de dimensiuneacaracteristica a piesei.Dimensiunea caracterist ica (de calcul) a produsului , x, este distanta de lasuprafata psna la planul adiabatic de gradient t e rm i c (var ia t ia temperaturii pe unitars,

de lungime) nul (pentru placa), la axa adiabatica (pentru cilindru) sau la punctul adia_batic (pentru sfera). Pentru cilindru s i sfera x= R (raza), indiferent de mediul de ineal_zire, iar pentru placa x = 0, l a I n ca lz ir ea a s irn et r ica (in cuptoare electrice), s i x = 0/2,Ia incalzirea simetr ica (in euptoare eu flacara, bai de saruri s i metale topite), 0 fiindgrosimea placii.2) Criteriul Fourier (Fa) sau timp relstiv reprezinta variatia temperaturii insectiunea piesei (eorpului) eu grosimea de incalzire, x [rn] si difuzivitatea termica, a[m21h], la rnornentul de timp absolut, r[h].

inloeuind pe r cu x in relat ii le (5.4) ~i(5.5) si considerand punetul din interi .orul cilindrului sau sferei la 0 distanta infinita de axa, respectiv de centru (deci,termenul al doilea din relatiile 5.4 si 5.5 devine nul), si laplacianul astfel rezultat in(5.2), se obtine relatia comuns a ecuatiei conductiei termice pentru placa infinita,cilindrul infinit s i sfera sub forma: '

(5.9)

Dupa inlaturarea diferentialei ~i sirnplifiearea cu t; rezulta valoarea eriteriuluiFourier:

aTFo =-2 [-lX

(5.10)

Criteriul Fourier (timp relativ) ar trebui s a exprime variatia temperaturii piesei(asa cum ii spune nurnele) numai in functie de timp, nu si de dimensiunea caracteris-t ica si inca in raport invers eu patratul acesteia , aspect ce consti tuie un dezavantaj alsau, Din acest mot iv, se recurge la un alt criteriu. nurnit criteriul Boussinesq, careelimina dependenta temperaturii de dimensiune.3) Criteria! Boussinesq (Bq) sau timp relstiv exprima variatia temperaturiinumai in functie de timp si rezulta din combinatia prirnelor dona cri teri i, astfel:

(5.11)

4) Critcriul de pozitie sau coordoaets relativi (x I 0 ; r I R) exprima poz i -t ia relat iva a unui punct din sectiunea piesei in care se urmareste evolutia temperaturiiRaportul considerat ia valori in intervalul [0;1], si anume:

- la placa de grosime 0 (incalzire asirnetrica), x /0 = 0 la suprafata si xl 0 :;;:1

5.1. Calirea aliajelor feroasein centru; ~ ._la placa de grosime 20 (incalzire sirnetrica), xl 0 = 1 la suprafata ~l xl 0 = in centru; _ . ~ ~ ~_la cil indru si sfera, rJ R:;; : 1 la suprafata ~l r/R = 0 inaxa sau 10 centru.

, In eazul corpurilor care au una sau mai multe dimensiuni infinite (de ex.,p l a c 8 . de ~si~e. finita ~i l at ir ne s i lungime infinite), valoarea coordonatei relative set n c a d r e a Z R m limitele [1; 00]' v ~

5) Criteria! de temperatura ( ) ) reprezinta temperatura reletirs a punctuluiconsiderat (x /0; r /R ). ...Utilizarea cri teri ilor adimensionale conduce la obtinerea unor soluti i a le con-d u c t iei termiee de 0 forma mai simpla:I -I ( x r )= f Bi,Fo,-sau-tm-to 8 R

sa u1 -I ( x r )= f Bi Bq - sau-, , s : R't - t Um 0 (5.l3)

unde t = t (x, r) este temperatura in punctul de coordonata, x, dupa timpul de incii lJzire, t: Daca se noteaza termenul din dreapta al relatiilor (S.I2) si (5.13) eu (), seob tme re la t ia c ri te r iu lui d e temperaturii.

(5.14)

Valoarea lui () este, de regula, subunitarii (maximum 1, pentru Fo sau Bq = 0,~iminimum 0, pentru Fo sau B q = 00, situatii neintalnite, insa, in practica tratamente-jlor termice).Daca la momentul ini tial (t = 4> Fo = 0) intre suprafata si centrul pieseiexist:a un gradient termic Lit (de ex., la trecerea dintr-un mediu de incalzire in altul) , Icriteriul de temperatura devine:

Is - t = ( ) [ _ ]M

(5.15

,i reprezinta raportul gradientilor termici existenti la un anumit momen! de.t im~ intrsuprafati si punctul considerat, respectiv intre suprafata si cen~l ~le~~~,adica eexprima amploarea diferentei initiale a ternperaturii inpiesa supusa incalzirii.


5/18

7 86 5, Calirea~ ~ ~ = = ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Peatru determinarea durstei de lnciilzire se calculeazi, mai inlii, valoarea cri:teriului Hi (5.6), stabilindu-se felul piesei: sUbfire (Hi ~ 0,25) sau groosa (Hi> 0,25).La Incalzirea in medii gazoase (gaze de ardere, aer sau atmosfere eontrolate),sehimbul de cAldurii fi icandu-se atat prin convectie cAt si prin radiat ie, coeficientutglobal de transfer tennie a, care insumeazi coeficientii celor dona moduri de transfertermic, se calculeaza cu relatia:

a = 1163[k ( 1 m +273)3 + c ] [W/(m2.0C)],, m 10 0 (5.16)incare:

tm este temperatura mediului de Incalzire: 1m = lme(t) + 20...30, in C;km - eoeficient ce t ine seams de natura mediului de incaIzire (0,09 pentru cup-toare cu flacara; 0,075 pentru cuptoare electr ice si 0,05 pentru cuptoare eu

atmosfera controlata);C - constants ce are valoarea ,15 pentru Iimita inferioara a intervalului optimde iacalzire ~iseade panli la valoarea zero odata cu cresterea temperaturiicatre l imita superioara a intervalului, respectiv a capacitati i de oxidare amediului.Transferul termic in bai de saruri sau metale topite se realizeaza simultan prin

convectie, radiatie ~i conductie si, prin urmare, eoeficientul global de transfer termicse determina cu relatia urmatoare:

(5.17)unde: ao este coeficientul de transmitere a caldurii la temperatura de topire, ftop (la

metale topite, an= 232,6 W/(m20C) pentru ftop = 232C la Sn si 327CIa Pb, metalele topite cele mai des fo1osite ea medii de incalzire);lut - temperatura de utilizare a baii (la haia de Sn este cuprinsa in intervalul:

250 + 500C, la baia de Pb: 370 + 900C);k - eoeficient de multiplicare (la metale topite, k= 2,04), dependent de COID-pozitia sarii si de temperatura de utilizare a mediului, fm = = fut

Daca se recurge la agitarea baii pentru un transfer termic mai rapid:(5.18)

Valorile pentru [top, an; k si intervalul de utilizare, lui. pentru diferite tipuri ~icompozitii de bai de saruri sunt precizate in tabelul 5.1.o alta modalitate de stabilire rapid! a coefieientului de schimb de caldura apentru Incalzirea in diverse t ipuri de cuptoare si bai de saruri consta in utilizarea uno!grafiee, care se gasesc in literatura de specialitate.

. . ., 5.1. Calirea aliajelor feroase 87 \- Tabelul 5.1. Tipuri de saruri ~icompozitia lor

'Tipul si compozitia sarii Temperatura ao k Temperatura dede topire, ttop [W/(m2oC)] utilizare, lutr O C l - rOCl'S R 140: 45% NaN02 + 140 232,6 1,75 160 ... 500+ 55% KN03

" " S R 220: 45% NaN02 + 220 232,6 1,75 300 . .. 550+ 55% NaN03"'-NaN02 284 232,6 1,75 350 ... 600 INaN03 317 232,6 1 75 350 . .. 600S C 430: 20% NaCI ++ 30% BaCb + 430 232,6 2,33 480 ... 750+ 50%CaChSC 630: 53% NaCI ++44%KCI + 630 232,6 2,33 700 ... 950+ 3%CaCbKCI 725 232,6 1,75 750 ... 1050NaCI 808 232,6 0,87 850 ... 1 100Sare neutrii (Carboneu- 920 290,7 2,91 1000 . .. 1300tral)SC 960: 98% BaCh ++ 2% substante 960 290,7 2,91 1 050 ...1 300

insolubile in apAConductivitatea termica a materialului piesei , 2 , se poate determina fie eu aju-

torol unor relatii ee tin seama de temperatura de incalzire si compozitia chimica a Imaterialului, fie prin metoda grafica in functie de aceiasi parametri sau, pentru calcu-luI m ai rapid al regimurilor de t ratament termie, se extrage din tabele (in tabelul 5.2este redata dependents conductivitatii de temperatura pentru cele mai uzuale oteluriindigene) ~ise lucreaza eu valoarea medie pe intervalul de incalzire: II

)" t + A " , , " [W/(mC)J, (5.19). = 0m 2_de A . t si A t reprezinta conductivitatile termice la temperaturile initial a ~i finala Io lot(de Iacalzire) ale piesei (Alw se ealculeaza eu metoda asemanarii triunghiurilor).Dimensiunea caracteristica (grosimea relativa de incalzire), x, este raza piesei Icilindrice sau sferice (R), respectiv este grosimea placii la Incalzirea asimetrica (x=0)lau jumatate din grosime la Incalzirea sirnetrica (x = 812), in ID.


6/18

J88Marca de otel Densitatea,

, ink m3 20C 200 C 400C 600COLCI0 7870 56.04 53,25 45,58 36,85OLC 15 7,860 50,69 48,25 44,41 38,09OLC20 7860 48,83 46,39 42,67 35,58OLC25 7860 51,51 48,95 42,67 33,72OLC35 7850 50,58 48,13 43,02 37,20OLC45 7845 50,66 48,13 41,85 33,95OLC 50 7840 51,39 48,83 44,18 34,880155 7830 43,95 41,74 38,37 32,90OLC60 7820 44,05 41,85 39,53 37,20-15 Cr 9 7800 45,76 43,48 34,53 34,40

.. 18 MnCr 11 7800 49,99 47,67 42,55 37,4421 MoMnCr 12 7800 48,83 46,39 41,51 36,6217 MoCrNi 14 7800 48,83 46,39 41,51 36,6217 CrNi 16 7880 54,99 52,32 46,74 41,1620 MoNi 35 7880 53,83 51,16 45,69 40,3420 TiMnCr 12 7880 49,99 47,67 42,55 37,4428 TiMnCr 12 7880 ~8,83 46,39 41,51 36,62"35 Mn 16 7810 55,92 53,13 47,44 41,8535 MnSi 13 7800 51,74 49,18 43,95 38,8340 Cr 10 7820 48,83 41,85 41,27 36,16,34 MoCr 11 7830 44,80 42,67 40,58 37,2042 MoCr 11 7820 44,18 41,97 37,55 33,1351 VMnCr 11 7800 41,62 39,53 35,37 31,1634 MoCrNi 16 7850 44,1,8 41,97 37,55 33,1330 MoCrNi 20 784O 43,72 41,51 37,20 32,7939 MoAlCr 15 7710 39,65 37,67 33,60 29,65OSC7 7810 45,34 45,02 38,48 33,95OSC8 7810 47,55 45,23 38,13 33,83OSC 10 7810 45,34 43,25 38,48 34,06OSC 11 7800 44,88 42,67 38.13 . 33,60OSC 13 7800 44,18 41,97 ' 37,55 33,13105 MnCrW 11 8 100 32,01 30,41 ' 27,20 24,0190 VMn20 7900 35,11 33,37 r 29,84 26,33105 CrW 20 8130 32,03 30,44 27,23 24,02117 VCr 6 8030 42,83 40,69 36,40 32,1230 VCrW 85 8300 35,11 33,37 26,39 25,4655 MoCrNi 16 7840 32,03 30,44 27,23 24,0257 VMoCrNi 17 784O 31,81 30,23 27,04 23,8631 VMoCr 29 7830 31,39 29,87 26,68 23,5440 VSiMoCr 52 7800 31,94 30,34 27,15 23,95205Cr115 7900 35,23 33,48 29,9t 25,11155 MoVCr 115 7910 32,98 31,34 28,0 24,74Rp 1 8700 30,58 29,06 25,99 22,94Rp3 8700 36,97 35,11 31,39 27,67R 5 8700 30,15 2895 25,62 22,61

L"IITabelul 5 .2 . (continuare) 89

- A ., inW/(moC) Caldura soecifica en, in JI(k2:C)-800 DC lOOOC 20C 200 C 400C 600C 800C 10000C28,48 28,48 452,0 531,6 627,9 753,4 933,4 1000,433,01 33,01 452,0 531,6 627,9 753,4 933,4 1000,428,25 28,25 452,0 535,8 632,0 753,4 933,4 1000,425,92 25,92 452,0 535,8 632,0 757,6 933,4 1000,432,87 32,87 452,0 535,8 632,0 757,6 933,4 1000,424,65 24,65 452,0 535,8 632,0 757,6 933,4 1000,4c 25,58 452,0 535,8 632,0 757,6 933,4 1 000,45,5830;69 30,69 456,2 535,8 632,0 757,6 933,4 1000,429,06 29,06 456,2 535,8 632,0 757,6 933,4 1 000,4 I32,81 30,81 452,0 531,6 627,9 749,2 925,1 992,035,11 32,44 452,0 531,6 627,9 753,4 925,1 992,034,18 31,74 452,0 531,6 627,9 749,2 925,1 992,0 I34,18 31,74 452,0 531,6 627,9 749,2 925,1 987,838,48 35,69 452,0 531,6 627,9 749,2 920,9 987,837,67 34,88 452,0 531,6 623,7 745,1 916,7 983,735,11 32,44 452,0 531,6 627,9 753,4 925,1 992,034,18 31,74 452,0 531,6 627,9 753,4 929,2 992,039,18 36,34 452,0 535,8 632,0 753,4 929,2 . 996,236,62 33,60 456,2 535,8 632,0 757,6 929,2 996,2,

,33,83 32,32 452,0 535,8 632,0 753,4 929,2 996,231,16 29,18 452,0 531,6 627,9 753,4 925,1 992,030,81 28,72 452,0 535,8 627,9 753,4 929,2 996,229,06 27,04 452,0 535,8 632,0 753,4 929,2 996,230,81 28,72 452,0 531,6 627,9 749,2 920,9 996,230,58 28,37 452,0 531,6 627,9 749,2 920,9 983,727,67 25,69 456.2 535,8 632.0 757,6 929,2 992,031,74 29,41 456,2 535,8 632,0 757,6 933,4 1000,431,74 29,30 456,2 535,8 632,0 757,6 937,6 1004,631,74 29,41 456,2 539,9 636,2 761,8 937,6 1004,631,39 24,76 456,2 539,9 636,2 761,8 937,6 1004,6'30,92 28,72 456,2 539,9 640,5 761,8 941,8 1004,622,40 20,80 452,0 531,6 627,9 749,2 920,9 987,824,58 22,82 456,2 539,9 636,2 757,6 933,4 996,2 I22,42 20,87 447,9 531,6 627,9 749.2 920,9 987,829,97 27,83 456,2 539,9 636,2 761,9 937,7 1 004,6' I24,65 22,88 426,9 498,1 586,0 699,0 858,1 916,722,42 20,82 452,0 535,8 627,9 753,4 925,1 992,022,26 20,67 452,0 535,8 627,9 749,2 920,9 979,021,97 20,40 447,9 527,4 619,5 736,7 908,3 971,122,36 20,75 452,0 531,6 623,7 745,1 912,5 975,324,65 22,90 456,2 539,9 636,2 753,4 912,5 975,323,09 22,44 452,0 535,8 627,9 745,1 904,1 966,921,41 19,87 422,7 493,9 577,6 682,3 824,6 883.2, 25,92 24,06 422,7 498.1 581,8 690,6 837,2 895,8.....21.10 19,59 397,6 464,6 539,9 640,4 778,5 833,0

. -O __ '. lJ~.-. "I , 1 ,~


7/18

~o 5. Calirea5.J. J .2. J. Detetminsres duretei de inci/ziTe

pentru piese sub/in' (Bi:S.:0,25)< h solutie criteriala a ecuatiei conductiei tennice poatefi exprimata sub forma:

( ) -kBiFo1 =1 - t -t -es m m 0 ' (5.20)

care, prin rearanjarea tennenilor termici, devine:(5.21 )

inlocuind in (5.21) expresiile eriteriilor Bi si Po ~i valoarea lui a si fa.candsimplificiirile respective, se obtine relatia:

k-a-tt ~ t X'CpPm 5 = e1 m - to

(5.22)

Prin logaritmare s i schimbarea semnului, rezulta:(5.23)

Din relatia (5.23) se determine valoarea duratei totale de incalzire, ea inclu-zand si pe cea de unifonnizare a temperaturii in sectiunea piesei, cu relatia:

xcp ~tr = p In m 0 [h],lOt 3600k. a t-f m s

(5.24)

in care:

i/

to este temperatura initial a a piesei, in C;ts - temperatura suprafetei piesei m calzite, in C;tm _ temperatura mediului de incalzire (eu 20.. .30 C mai mare ea Is), in C;x .,dimensiunea caracteristica (de caleul) a piesei (raza, jumiitate din grosiIne

sau grosimea), inm;a _coeficient de transfer terrnic (schimb de caldura), inW/(m20C), ealculateu relatia (5.15) sau relatia (5.16), in functie de mediul de incalzire ales;

p _densitatea materialului, inkg/m' (valoare constants data in tabelul 5.2);cp- caldura specifics a materialului, inJ/(kgoC);

5.1. Calirea aliajelor feroase 91kr - coefieient ee tine seama de forma geometries a piesei (1 - pentru placa;2 - pentru cilindru; 3 - pentru sfera).Caldura specifica a materialului, cp, se poate determina raportand variatiaentalpiei materialului (tabelata) Ia variatia temperaturii pe intervalul de incalzire sau

cu relatia (5.25), care reprezinta valoarea medie pe intervalul de Incalzire:

C pro s i CpI;..: se extrag sau se determina prin interpolare liniara din tabelul 5.2.5. J .1.2.2. Determinerce durstei de incslzirc ~ia durstci de

mentiaere pentru piese grosse (Hi> 0,25)Atunci cand conditiile de incalzire (a), relatia (5.16) sau (5.17), in functie de

mediul de incalzire ales, calitatea materialului (Am,) ,relatia (5.19), si dimensiunea'piesei , x (grosime, jum atate din grosime sau r az a, d up a caz, in m ) conduc la valori alelui Bi > 0,25 (relatia 5.7) este necesara determinarea atat a duratei propriu-zise deinclilzire (Tinc), cat si a duratei de uniformizare a temperaturii pe sectiune (T IDCn), con-form figurii 5.4.

C +Cpro pI;.,Cpm =

A. Cslculul durstei de incal-z i re, "inc.Etapele de caleul pentru deter-m inarea duratei de incalzire necesareatingerii in suprafata piesei a tempera-turii de regim (tinc) sunt urm atoarele: 1) se stabileste temperatura deIncalzire (inc) in functie de ealitateallUlterialului produsului, de regula, dinnOnnative sau standarde, s i, in raportC U aceasta, cea a mediului de incalzire~ mmline constanta pe tot parcursulIncilzirii ~i este mai ridicata decal ceade lratament: .

2 (5.25)

tm=ct.

7;1" Timp [hJFigura 5.4. Variatia temperaturilor suprafeteisi centrului piesei supuse incalzirii in medii cutemperatura constants.

(5.26)2) se calculeaza difuzivitatea termica eu relatia:


8/18

92 5. Calirea(5.27)

3) se calculeaza valoarea criteriului de temperatura pentru suprafata, O s, cores-punzator temperaturii ts = t in c :

B = tm -ts [_ ];S t - tm 0(5.28)

4) se determine din nomogramele di n f iguri le 5.5, 5.6, 5.7 sau 5.8, pentru for-ma geometridi a piesei (placa sau eilindru), in functie de valorile calculate ale criterii-lor Bi l\'iOs, valoarea criteriului Fo sau Bq;

5) se caleuleaza durata de tncalzire a suprafetei din expresiile criteriilor Fo(5.10) sau Bq(5.11) cu relatiile: . Fo-s't: ,- [h]inc' - asau

[hl

B. CalcuJul durstei de mentinere, 'fmt:nMentinerea la temperatura de incalzire (de calire) este necesara pentru aduce-

rea temperaturii centrului piesei la 0 valoare cat mai apropiatA de cea a suprafetei(figura 5.4), aceeptand 0diferenta de temperatura Li t dependen~ de dimensiunea pie-sei (10 -;-40 DC),precum si pentru terminarea ttansforrnarii de faza.Durata de mentinere se poate calcula eu ajutorul criteriului Fourier (primelsdona variante) si al criteriului Boussinesq (celelalte dona variante)., a) Verients intii foloseste un eoeficient m, echivalentul lui Fo, relatia de cal-eul avand forma:

Coeficientul m depinde de gradul de egalizare a temperaturii (gradul de neuni-formitate terrnica), b , de forma si dimensiunile pf()(iusului rnetalic supus incalzirii,dependents reliefata de nomograma din figura 5,9.Gradul de egalizare b se defineste ea fiind raportul dintre diferente1e de tern-peraturii intre suprafata si centrul produsului 1 8 sfarsirul operatiei de mentinere, L 1 t , si

(5.29)

(5.30)

(5.31)

5.I. Calirea aliajelor feroase 93lr

,r O I ~ " 1 I 1,f.- l e i " , 0 " . . , 108 : ; [::: 1 m ~o, ~ ~ i~ ~O~ 1\ '(\' ~\:,\ t - . . ~ o - { _ t- - e b s 0,0. . 1 \' 1 \ ~(\f\ I'- i\!, T '- T '- b1:'I 10,'~j .0 6N1\1\ J\ t'- t . . . : I'- 't-. 1\ ~Q~O1 \'0,1 l'- I~~ f \ l \nn);t\ 'I. 0,T": ~sI\K '-~'\ rnnn~ 1\ Ir>, , , . 1 \ f\ o''::'6'~ r- ~ ; - d > P 'i'- r- , \ : . . ; , - u,

0 , 0 1 ~ o l q c 9 ' . . - '?7 1.~ - f\ t ~ ? ; " '. ~ IUVI'- 1 1 \ 1\ 1\ o . r.- 6 It:. 1 \ 1 \ I~ 1\[ \1\' I~ I . . : ,)~t\ 1\ j\ 1\" , . . . . 1\ f\ \"_ r: \ I e = - 5'li b ~~ -;!" If. IU,OK K~ . ' P . . ~,0 1 l\ nIl' \ 1\ 1\ 1\ N 1 "\ r . . . ~\l,\ 1\1\ 1\ 1\ 00 1 , 3 I. 6 7 8 1012 1618 Xl 22 21 . J) 28 36'

86543

o o--- FaFigura 5.5. Nomograms pentru detenninarea criteriului Os = = {(Fo; Bi) la placa.

0 . Q 2

~FaFigura 5.6. Nornograrna pentru detenninarea criteriului Os= { (F e r, B i ) 1 8 cilindru.


9/18

J 94- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -. Calireaas 1,)

0,0,

08 ,'" ,-],6 , .. . ~,,\: ~ : " ' i I i i i ! ! . . . . .\r\. :"e-, i"': 'f.,;; . . . . ~" :'-... r-, ,r-....~1\ '\ ' " ,. . . . . . . h .. . , \ ~\ \ r-,


10/18

- .J 96 5. Calirea -__..,

____:__ FaFigura $.11. Nomograrna pentru determinarea criteriului Be = [(Fa; Bi) la cilindru.

5.1. Calirea aliajelor feroase 97-dimensiunilor caracteristice ale produsului metalic (tabelele 5.3 si 5.4);K, - coeiicieat tennic(tabelu15.5), dependent de gradul de ega1izare b,'calcu-lat cu aceeasi relatie (5.32).

Tabelul 5.3. Valorile coeficientului Kr pentru paralelipipedRaportul dimensiunilor , Raportul dimensiunilor s, ' Inei8Ielipipedului paralelipipeduluil]{ 1x 1 (cub) 0,63 lx2x2 !1.251]{1 x 1,5 0,77 lx2x3 1,39 I,1]{lx2 Q,85 lx2x4 1461]{lx3 0,91 lx2x5 149lxlx4 0,93 lx3x3 1 57 I1]{ 1 x 5(prisma) 0,94 lx3x4 1,671 x 1,5 x 1,5 0,99 lx3x5 1711 x 1,5 x 2 1,09 lx4x4 1,791 x 1,5 x 3 IJ21 lx4x5 1841 x 1.5 x 4 1,27 1 x 5 x 5 si mai mare (placi) 1,891 x 1.5 x 5 1,29

Tabelul 5.4. Valorile coeficientului Kf pentru cilindruRaportul dimensiunilor Raportul dimensiunilorcilindrului x, cilindrului s,

D L D L1 5 si mai mic 0,81 1 5 1 0,911 4 0,80 2 1 1,181 3 0,79 3 1 1,52

I1 2 0,74 4 1 1,76 I1 1,5 0,68 5 si mai mare 1 1,88 I1 1 0-,56 IITabelul 5.5. Valorile coeficientului K, ,- M b=M ' Ib=- K, KtM /).(10 . . . . . I. . . _ 0,01 1,00 0,20 0,35. . . _ 002 0,85 0,25 0,30

I--. 005 0,65 0,30 0,26t-- 0,08 055 0,40 0,20t-- 010 0,50 0,50 0,15. . . . . 0,15 0,41


11/18

98 5. Calireac) Variantaa treis are la baza, deci, criteriul Boussinesq, a carei valoare se

determina in functie de conditiile de incalzire (valoarea criteriului Bi) si de gradul deneuniformitate (egalizare) termica, LlB, din nomogramele din figurile 5.12 sau 5.13,pentru placi sau piese cilindrice (valoarea lui Bq este corespunzatoare duratei de men,tinere, Bqcg), gradul de egalizare avand forma:

(5.35)

unde: tci = = tm - Be (tm - to), iar Bc = = f(8q, Bi), valoare extrasa din figurile 5.14 sau;5.15, in functie de forma geometries a produsului incalzit.

Durata de mentinere se calculeaza, asadar, cu relatia:

(5.36)

d) Varianta a patra de determinare a duratei de mentinere, a doua care se'bazeaza pe eriteriul Bq, este 0 variants indirecta, calculandu-se, mai intai, duratatotala de incalzire necesara atingerii in centrul piesei a unei temperaturi tc = = ts - .:1~din care se seade, apoi, durata de incalzire propriu-zisa.

Cunoscand valoarea lui Bi ~icalculand valoarea lui B e cu relatia:B = tm - Ie

C t - t .m 0

(5.37)

din nomogramele din figurile 5.14 sau 5.15 se obtine valoarea lui Bq corespunzatoarcduratei totale de incalzire, Bqlo(, si din relatia de definitie a criteriului - durata totala:

(5.38)iar: (5.39)Tine fiind determinata cu ajutorul relatiei (5.30).

Observstie :Criteriul ales pentru determinarea duratei de incalzire va fi folosit si la calcu-

Ihl duratei de mentinere.

5.1. Ciilirea aliajelor feroase 99 vr :,

0 ,

s I 8'::2~I . . . . . r - - - . - r l--./ ~ ~ t-6 I - - - . . 1\ . r - . . . . I " " ' - - '


12/18

100 5. Calirea

0,2

8 102 0

I

" \ '\r\\ 1\ ;\\ \\\ I \!\ 1 I J I.~

40 60 80 100Bq

0 ,4Figura 5.14. Nomograms pentru determinarea criteriului B e =f(Bq; B1 ) la placa.

0,04 I I 1 \\ i\ \ 1 - . \ \ 7 \ 7 ~ . \:r-- i I \1 \ ' I 6 \~8 11/\ \ 1 \ ' \ / 5 \ \ , \II I 1 1 \ \ , ~ \ 1 1 \ !I ~ 1 I \ \~

q2 04 0,6 0,8 1, 0 3 5 1 \ \ 1 \ I 1L-L___j__~.l...J___l__j__JL-LI"~'7 9 1020 40 60 80 100 120 140 160___ BqFigura 5.15. Nomograms pentru determinarea criteriului B e = [(Bq, Bi) la cilindru.

\\0,02

5.1, Calirea aliajelor feroase 1015.1.1.3. Alegcree coaditiilor de racire

Racirea produselor la calire arc drept scop obtinerea unei canti tati maxime der i J a r t ensita si evitarea apari tiei unor tcnsiuni tennicc si structurale (de faza) prea maripentrUa nu produce deformarea sau chiar fisurarea acestora.Racirea optima se face cu viteza mare (superioara vitezei cr itice de calire) inintervalul de stabilitate minima a austenitei (AI -Ms) , pentru a impiedica fonnareasuucturi lor perl it ice (perl ita, sorbita sau troost ita) si baini tice, s i cu viteza mai redusa(dar mai mare decat vee) in intervalul transformarii martensitice M, - Mr , pentru aevita aparitia tensiunilor interne de valori ridicate.Duri tatea dupa calire depinde de continutul de carbon si de.proport ia de mar-fensitii din structura (figura 5.16).

65~~---+---+---+~-r--~~~~60~~--~--~---

u 5OI---.J__-~---,.-c--_L_-T--iY-~~~-+--0::I . ,Io~ 401---~-+-~~o. . . . . .L..:Jo 301---~~~-~-~~-+--+-~~~

0,2 0.4 0/ ( 0,6Con'tinutul de carbo n [% 1.

0,8

Figura 5.16. Influenta continutului de carbon s ia canti tati i de martens iteasupra duritatii dup~ calire.Structura unui otel carbon hipoeutectoid calit este formats din martensita

tetragonal a (aciculara) si austenita reziduala (f igura 5.17), iar cea a unui otel carbonhipereutectoid - din martensita, cementita secundara si All'z (figura 5.18).Mediile de calire folosite pentru atingerea scopului propus sunt, obisnuit,lichide susceptibi le de a' fierbe: apa si soluti ile apoase de saruri s i de alcal ii , uleiuri leminerale, emulsii le , amestecuri le sintetice, medii care asigura viteze de racire foarter idicate (10 ~ 600 OCis). Caldura pieselor este preluata de aceste medii prin conducne~iconvectie.


13/18

106 5. Calirea

5,0

ntru diferite mediiCirculatia mediuluide racire aer ulei

0,02ru-Acirculatie 025-+0,30Circulatie slaba 030+0,35 1,0+1 1Circulatie moderata 0,35-+0,40 1 2+13Circulatie aceentuata 0,40-+0,50 14+1,5Circulatie putemicll 050-+0,80 16+20

0,08Circulatie violenta 4,0,80+1,10Relatia de calcul a vitezei de r a ci re , n um i t a ~i relatia lui French, este:

(5.40)

Marimea n creste cu cresterea gradului de agitare ~i depinde (ca si C) denatura mediului de riicire s i de forma geom etries a piesei (tabelo15.9).

Tabelul 5.9. Valorile m arirnilor n si C ntru diferite forme de ieseForma piesei Mediul de racire la n C , inmoC/s20C, a itare slaba

Sfern 389Cilindru (LID ~ 4 Apa 1,75 3,91Placa 4,03Sfera Ulei 1,40 3.22Cilindru 3,03Cilindru Aer 1.40 031

S o lu tie 5 % NaOH 1,84 3,86Din relatia (5.40) se observa c 8 . viteza de racire seade cu c re s t er e a d iame t ru l ui(grosimii) pieselor, deoareee scade raportul S /V,astfel ca, la piese groase executatedin materiale eu eonductivitate t er m i ca r ed us a , vitezele reale de racire sunt mai mi c idecat cele prezentate in figura 5.20.in tabelul 5.10 se prezinta valorile vitezelor medii de riicire, Vrm , iar in t abe-

Iu l 5.11 date comparat ive si de caleul privind capacitatea de riieire, prin intermediulcoefieientului mediu de racire, arm- .

Calirea pieselor eu forma complexa prezinta interes practie deosebit, datoritamultitudinii interactiunilor (care se produe in timpul racirii) ~iimplicatiilor lor asupracaracteristicilor mecanice (de exploatare) si a stiirii de tensiuni, viteza de racire avandun rol determinant asupra acestora.

107.1. Calirea aliajelor feroase

. ,'Mediul de Temperatura GraduI de agitare CoeficientuI de transfer termicAcire mediului , DC mediu-piesa arm, inWI(m2aC) fa tm raCl

700 500 3001 , ' 1 taraagitare - I 744,5 -agitare slabs (10 cm/s) - 2093,4 12793If' 20 agitare medie (25 cm/s) - 2558,6 2326~ agitare buns (100 cm/s) 1 512 3605,3 -azitare intensa (dus) - 7675,8 -

f'iirn agitare - 5 117,2 -V2 20 agitare slaba - 6163,9 -agitare intensa - 8722.5 -tara agitare - 523,4 -agitare slaba - 581,5 -tnei mineral 50 ... 60 ag_itare medie - 756,0 '290,8agitare buna 756 1046,7 581,5

" '" azitare intensa - 1 512,0 7560Baie de saruri(azotati si 200 . .. 300 agitare intensa - 2093,4 1046,7~titi)! l a i C de 400 .. 500 agitare medie - 2558,6 -~U I n b

linistit - - 23.3 -kr_ ventilat - - 58,2 .116,3 -comprimat - - 151,2 ...290 8. -" " " ~.~-,

Tabelul 5 10.Valorile viteze or medii de riicire, Vrm. pentru diferite mediij;iediul de racire V rm, in D C / si!' t= 550 ... 650 DC t= 200 ... 300 DC~ la 20 DC 600 270f/tPlla 26 DC 500 270:lilnlla 50C 100 270~la 74 DC 30 200~ 250 200~ dis tilata 1 200 300IJolutie apoasa 10 % NaOH 300IiOMie apoasa 10 % NaCl 1 100S o l u p e apoasa 10 % Na2CO} 800 270$olutie apoasa 10 % H2S04 750 300Solutie de sapun 10 % 30 200Weimineral 150 30Ulei de transformator 120 25Bmulsie de ulei in apa 70 200Baie de 75% Sn - Cd la 175C 450 l ; gBaie de mercur 500

Tabelul 5 11 Valorile coeficientului mediu de transfer tennic arm


14/18

116 5. Calireac) SupraincaJzirea ~i0 durata de meatinere indelungllta la aceasta temperatura

c~nd.uc l~ a~ritia unei structuri grosolane predis_pusa la fisurare, structura ce poate fieliminata pnntr-o recoacere completa sau normahzare, refacand, apoi, corect c i i l i r e a .d) De foI11J1H " e a p r od u s e lor este efectul repartitiei neunifonne a tensiunilo

interne (termice si structurale). Tensiunile structurale produc modificari de volun:cauzate de transform arile de faza s i i m p reu na eu cele terrnice datorate incalzirii si riici.r ii neuniforme conduc la m odificari dirnensionale si de forma. Tensiunile termics s istructurale.sunt influentate de, urmatorii mctori' compozitia chimicd a ma.terialelo~temperatura de incaJziN, f or m a- ~ d-.iJJwasiunik p ro d us e lc r, p o zi ti on ar ea preduselor l~imersarc in med iu - ~ natttra--m editlltli de-ealire-fviteza-de-raeire).

. DefolIna:ril~ (stnimbarile) pieselor hmgi-~sub~iri pu t fr m tatn:rate-prirrindrep.tare ~l pot fi prevemte iacand c a li re a p ro d us e lo r in stare presata in dispozitive specialesau a plic an d c al ir ea intreruptii ori in trepte.

e) Fisursree apare, de regula, l a r ac ir e d at or it a d if er en te i mai mar i de tempera.tura in sectiunea produselor decat in tirnpul Incalzirii, iar transformarea martensitiejeste insotita de tensiuni de int indere in suprafata, tensiunile interne i ns u m at e d ep as in drezistenta la rupere a materialuluf_ Trecerile bruste de sectiune, muchiile ascutite ~iadanciturile (profilurile) din suprafata produselor constituie concentratori de tensiunicare, alaturi de 0 temperatura de incalzire ridicata si viteza de racire rapida in inter-valul temperaturilor de transformare martensitica, precum si de 0 patrundere mare acalirii (calibilitate ridicata) favorizeaza formarea fisurilor.

Fisurile conduc la rebutarea produselor, deci pentru evitarea ap ar it ie i a c es t or ase recomanda: proiectarea formei pieselor lara concentratori de tensiuni, racirea r n a ilenta in intervalul transformarii martensitice (calirea in doua medii, calirea in trepte) ~iefectuarea revenirii imediat dupa calire.

5.1.1.3.5. Determineree durstei de tiicirein cazul tratamentului termic de calire volumica, racirea trebuie mcuti i cu 0

viteza (Vrc) mai mare dedit viteza crit ica de calire (vee) pentru a se evita intersectareacurbelor ITT la temperaturi la care au Ioc transformari de difuzie (de tip perlitic saubaini tic). Acest Iucru se obtine prin imersarea si agitarea piesei intr-un mediu cores-punzator (in unul dintre mediile lichide care i~i modi fica starea de agregare).

Viteza critics de calire poate fi determinata analitic daca se dispune de curbeleTIT ale otelului tratat. Pentru otelurile la care curbele TIT prezinta doua min ime destabili ta te (figura 5.25) a austenitei , se determina doua viteze eri tice de calire: vitezacrit ici de cslir corespunzitosre cotului perlitic (vee)') si vitezs criticii de ca li re core s -p i1 .I 1Z 8 to a re c o tu lu i b a in it ic (vec,B): t -tl' - Inc P'ce .P - IS, . ' [ m in .P (5.50)respectiv:

5.1. Calirea aliajelor feroase 117tinc - t B [V cc B = C/sJ .. 1,5 . '[ min,B (5.51)

Pentru cazul calirii volu-mice la rnartensita a unei pieseg r o a se din punct de vedere aI com-portirii tennice este necesar ca sicentrUlpiesei sa fie racit cu 0 vite-zi mai mare dedit v o - Se poateverifica daca a ce as ta c on di ti e estefndeplinitii intr-un caz dat, stabi-lind durata dupa care centrul pie-sei ajunge la temperatura minimu-lui de stabilitate al austenitei, pen-tru situatia cii racirea se efectueazae h ia r c u viteza critica (figura 5.25),i se compare aceasta durata cucearea l a, a ferenta duratei detenni-nate pentru conditi ile reale in carea re loc riicirea.

Pentru calculul duratei re-a le l a care centrul piesei ajunge latemperaturile minimelor de stabi-li ta te a austenitei , corespenzsnd Figura 5.25. Variat ia temperaturilor suprafetei sitransfon:n.arilor perlitice satr bar- centrului piesei supuse racirii.nitice din diagrama TIT la racirea continua a austenitei intr-un anumi t otel din careesteexecutata piesa respectiva, se utilizeaza metoda criteriala, parcurgand etapele:

- se calculeaza Bi = a,.xlAmo a, se extrage din tabelele 5.7 sau 5.11, iar A m este valoarea medie pe intervalul de racire de la temperatura de austenitizare pana latemperatura mediului de racire ( A L A se determine prin interpolare liniara din tabelulS .2) , x - dimensiunea de calcul; .

- se calculeaza Be = (tm - te) / ( tro - to) pentru conditiile racirii, adica: tm este Itemperatura mediului de racire (apa sau ulei), tc - temperatura centrului, care cores-PUndeminimelor de stabil itate (din diagrarna TIT) a austenitei , iar to reprezinta tem-peratura ini tials a piesei ( temperatura de incalzire), astfel ca relatia criteriului de tern-perature pentru centru devine:

(;' [min]

Zminp'bminB

t - t( ) = a.u P.BcP.B t - to . . u inc(..4)

(5.52)


15/18

5. Calirea- se extrage din nomogramele din figurile 5.10, 5.11, 5.14 sau 5.15 valoarea

criteriului Fo sau Bq= [(Bi, B c), din ale carer relat ii de defini tie se calculeaza durat ,efectiva de racire in conditiile concrete de racire:FOX2

Tejr = a sau 'fefr (5.53)- se verifica daca este satisfacuta inegalitatea '(efT < '(min ns ;daca inegalitatea

nu este indeplinita, rezulta ca in centrul piesei calite apar constituenti de difuzie (detip perlitic sau bainitic), calculandu-se apoi pe ce grosirne in centrul sectiunii se extindacestia, de asemenea, prin metoda cri teriala si daca se considers c a prezenta lor canti,tat ivii afecteazi i caracter ist ic ile de exploatare ale piesei se recurge la 0 agitare maiintensa a piesei in mediu sau chiar si a mediului, ori la un mediu de calire eu capaci-tate de racire mai mare, insa tara a afecta starea de tensiuni.

Pentru determinarea duratei de racire pana la racirea complete a piesei (valoa-rea temperaturii centrului este eea prestabili ta pentru momentul scoaterii din baie, deregula te r


16/18

CAPITOLUL 6JREVENIREARevenirea se aplica intotdeauna dupa calirea rnartensi tica eu scopul dirninuar ii sau

eliminarii tensiunilor interne (tennice si structurale). respcctiv a fragilitatii produselormetalice calite, precum ~ial obtincr ii caractcrist icilor de exploatarc dor itc ale accstora. E < .consta din incalzire la temperaturi inferioare punctului Acl, rnentinere pentru realizareatransformari lor necesare s i racire corespunzatoare (de regula, inaer) ,

Proprietat ile f inale (structura) sunt inf luentate de regimul de revenire ~temperaturasi durata); odata cu cresterea lor se accentueaza difuzia atomi~ a ,carbon~IUl, fierului sielemen telor de a li ere, determinand transformari struc turale, Di fuzia atomi lor de carbonincepe de la cca 100 DC , cand a tomii parasesc poz iti ile din reteaua martensi tei de ~~ :ise cornbina cu atomii de fier formand carbura de fier. Acest proces poate fi urrnant, illfunctie de temperatura, prin rnasurarea concentratiei in carbon a soluti ei sol ide (figura 6,1,a), care tinde, indi ferent de continuru l init ia l, spre valoarea de 0,2 % la I r e > ' = 300 < > C , dupao ora de rnentine re (figure 6.1 , b),

I 1,2 12:: ~- ! ~ b)C J c : : 0, 8 0 ,8:0. t : : J~l... 2 8 0 ,4 0/.: : : J c: j I: : < -: . t : : : _OQ j 0 0 I~ 0 50 100 150 200 0 5 10 15 2{) 25V) Temperatura de reveniref"CJ Dumfo revenrtt! h]

Figura 6.1. Influenta temperaturii (H ) s ia duratei de revenirc (h) Hsupm continutului decarbon al rnartensitei, IH otelurile cu 0,4; O , o .c ; ; i 1,2% C.

6.1. CLASIFICAREA REVENIRlIIn functie de temperatura de revenire se disting patru stadii de descompun.ere( transforrnar i) a martensi tei intr-un otel carbon calit , analizate pe curba dilatometrica dife-

renuaia ~Ilgura L.L.l), si, illmoo corespunzator, trer npun oe revemre.a) Revenires )oas8., Prime trsnstoimsre ls reverure reali za ta In intervalul 80 - 200

C a condos la formarea mertensitci de revenirc (figura 6.2), care sc prezinta sub fo~unor ace de culoare inchi sa mala (neagra) si, de aceea, se mai nurneste " ms rt ea si ui n ea gr a. 'Carburilc e sunt coerente cu masa de baza, iar austenita reziduala existenti i dupa calire ins tructura se regases te s i dupa revenire p a n a la 200C.

Revenirea efectuata in intervalul 100--200 (250C, pentru otelurile aliate) se. - " 7 ~ HRC (5K-62nurncste revenire ioas8. si are ca efect 0 usoara scaderc a duritatii cu ~-, '-

HRC) si 0 detensionare partiala, respectiv 0 bunii rezis tenta la uzare s i la oboseala (incazu!

6.1. Clasificarea revcnirii 131~lor tra~te superfi.cial)" ~dar~ revenirea :ioasa se aplica pieselor carburate si calite,pieSClorcalite s.u~rfic~al, pl~l~r $1 sculelor din ote- . . . ....I I J r i cu carbon ndicat ~l mediu aliate. Ea se efecmeaza '. bAi d e ulei sau de saruri iar, in !ipsa acestora, inC l l P t o a r e eu aer ventilat

La temperaturi cuprinse in intcrvaluI 200-3 0 0 -c , au.,,~~ reziduala se desco:npune fo~dI ! I i n i ta i nf er io a ra sau se transforms In martensita de"venire (8 doua ~sf01711~ 1 8 revenue;b) Reveaircs medic. A tret trsasiotmsre Isf i I V C l 1 i r e , desfasurata in intervalul 300-4(x) (450) "C,G m S t A indescompunerea to tals a martensitci de calireS o fazele de echi libru (fe rita + cernentita secundaragIobular il , l a o t elu ri le carbon, sau fer it il . . .. .carburi , lao J e l u r il e a l i ate),

Amestecul rnecanic rezult at se numeste troostiti de revenue (figura 6.3), careo o . o f e r a otelurilor 0 duritate mai scazuta (40-45HRC) , 0 b un a re zilie nta s i lirn ita de elasticitate ridi-c a t A , iar tensiunile interne de ordinul II si III suntsensibil reduse.Revenirea efectuata in intcrvalul JOO-450I I ( : poar ta demunirea de revenire medic ~ica see p l i c a pieselor care reclama rezistenta rnedie laIDrC si cornponentelor elast ice (a rcuri , discuri $ i~ elastice etc.).

Revenirea medie se realizcaza in instalatiiIII b tU de saruri sau in cuptoare elec trice eu aer ven-t i I a t .

Figura 6.2 . Microstructura unui otelcarbon cal it si revenit la 200 C

(martensite de revenire).

1 : . ) Revenirce inslui. incaizirca In imervanu Figura 6.3. Microstructura unui otei400-650 DC favorizeaza cresterea (coalesccnta) ear- carbon calir si reveni t l a 400 C" " " " 1 (aI trul di 'al irii), zu l tand (troostita de revenire).~ or pa ea sta u reverunn, re W11tliestecul de feritii + cementita (carbur i) nurnit sorbiti de revenue (figura 6.4), ce se

, .... _ l of~ ,.. ..Q... ;~~ _...;_+- 1-.. _ ::: -~-~:~- -.. . -~ ---~ . - -~;;_~~;~ ~ 1,,",L1~1~11~ HU';\".


17/18

132 6. Revenirea

Figura 6.4 . Micros tructura unui otelcarbon calit si revenit la 550 C

(sorbita de revenire),Figura 6.5. Microstructura unui otel

carbon calit ~i revenit la 650C(perlita globulara),

in urma revenirii I na lt e a re l oc e li m in ar ea t en s iu n il or i nt er ne .Revenirea malta s e e fec tueaza in bai de saruri sa u in c up to are e le etric e e u aer

v en til at ( la p ie se mat i s e re co m an da c up to are e u v atra m o bila ).S ta diile p rez entate nu s unt to tal s ep ara te, ci s e s up ra pu n p artial, trecandu-se de launul la altul pe mAsura ce creste temperatura de revenire.

6.2. PARAMETRll TEHNOLOGICI AI REVENIRIIintru cat trans fo rm arile ce au lo c la re venire s e bazea za p e difu zie, p rezinta im p or-

tanta deosebita m o d ul d e s ta bil ir e a p a ram e tr il or t en ni ei si ternporali .a) Temperat ura d e r evea ir e se a lege , p r ac t ic , in corelare cu caracteristicile rneca-n ic e im p us e d e ro lu l fu nc tio na l al p ro du s ulu i m e ta li c. A s tf el, p en tr u r ev en ir e joasa, in urrnac are ia s e d ore ste s a s e m e nt in a d urit ate a la v alo ri rid ic ate , d ec i 0 b un a re zis te nta la u za re ,in ca lz ir ea s e realizeaza in intervalul d e t em p era tu rl d e 150-200 (250)C.

P en tr u re ve nir ea m e d ie ~ima l ta t re bu ie s a s e c un oa sc a rn od ul in c a re t emp e ra tu rad e r ev en ir e i nf lu en te az s c ar ac te ri st ic il e m e c an ic e d e in te re s p ra ct ic (Rm Rpo,2, A_s,Z . KCU).in a ces t s ens , s e u tilize aza diagram e le de variatie a ac es to r c aracteris tici cu tem p eratu ra dere ve nire , t ra sa te p e baza u no r inc ercari m e canice efec tu ate p e ep ru vete , co nfo rm u no r s tan-d ar de (n or m at iv e) , d ia gr am e p re ze nt at e in S TA S-u rile afere nte o telu rilo r ce u rm e az a a fs up us e r cv en ir ii ( du pa 0p re al ab il a c a li re ) s a u ex is t en te in l it e ra tur a de spec ia l it a te .

P entru a s e determ ina te m peratu ra o ptim a de revenire s e p om e ste de la ca racteris ti-c ile m ec anic e m inim e im p us e prin c on di tii le t eh nic e d e pc de se nu l de e xecu tie al p ro du su-lu i s au prin standardul de o te l. R ec om a nd ab il e ste s a s e co ns id er e 0caracteristica de r e z i s -tenta mecanica (RmSBllRpo,2) si 0caracteristica de tenac it a te (A_s ,Z sa u KCU). Caracteris-tica de rezistenta minim. i i (de ex., Rpo,2) deterrnina temperatura maxima de r even ir e u t il iza-

6 . 2. P a ram e tr ii t eh n ol og ic i ai revenirii 133b il a ( ~) , iar cea de tenacitate min ima ( de e x. , KCU) determine temperatura minima (tmiD)de r ev en ir e ( fi gu ra 6.6). Temperatura opt imii de .revenireeste, deci, media celor doua valorirezultate din d ia gra m ii V alo are a o btin uta s e v eri-f i c a , a po i, p ent ru to t a ns am b lu l d e c ara ct eris tic im ecanice im puse s i s e ado p ta corespunzatorscopului u rm a ri t, .

T em p era tu ra d e re ve nire se p oa te d et er -m ina, pe l80ga m e to da ex perim entala p reze n-t a t a , si p ri n c al cu l, relatiile respective bazin-du-se pe i nf lu ent a e lem ent el or de a lie re a su pr as ta bilita pi la re ve nire a o te lu rilo r c alit e s i a su pradescompWleri i A I C Z '

b) D u ra ta d e m en tin ere e s te d et er rn i-nati, in s pe cia l, de p ro ces ul de difu zie nec es art ra n sf orm a ri lo r d e r ev en ir e.

P entru revenirea jo as a (detens io na repar1ialA) este suficienta 0durata de mentinere deo o m . Pe ntru reve nirile m edie ~ i m a lta, du rata de rnentinere se determine f ol os in d r eg u la'Mii to lu l " ; adica: from = g 125, in ore, g f ii nd g ros imea maxima s au d ia m etru l p ie se i, inm m . Se po t face determinari a le lu i fJIIaJ s i cu a ju to ru l u no r relatii empir ice.Pr in corelarea adecvata a tem peraturii cu durata de rnentinere s e poate obtineaceeasi du ritate fo lo sind dife rite regim u ri, nu m ite izosciere, ce rezulta din nomogrameinto cm ite p entru o telu ri c u dife rite c ontinu tu ri de carbo n ~ de ele m ente de alie re; 0 aseme-nea nomogr ama este prezentata in figura 6.7. Desi no m ogra m a co re sp unde u nu i otel deimbunAtatire eu continut de 0,35% C (OLC 35) ea poate fi extrapolatA ~ip en tr u a lt e calitatide o te lu ri. A s tf el , s e s ta bile st e d ur it at ea d or it a ( av an du -s e in v ed ere ro lu l fu nc tio na l a l p ie -

H

3Tmin Tmax

Temp. de revenire-..Figura 6.6. Detenninarea tem peraturii

optime de revenire,

t101---+~-+~+-~~o 1 5 10 30 1 2 5 1024 Q 2-o[mnJ --6{h)

Figura 6.7. Nomograms pentru detennnarea regimului de revenire.sei) ~i concentratia otelului r es p ec ti v ( pu n ct el e 1 ~i2), urmandu-se traseul 3-4, p ara le l laa lum cu rbe lo r , pan! l a i nt e rs ec ti a in p un et ul 4 e u v ertic ala c ore sp un za to are c on ce ntra tie i d e0,35% C. Ducand din acest punct 0paralela la abscise se pun in evi dent a t oa te r eg ir nu ri le


18/18

134 6 . Reveni rea CAPITOLUL 7izosclere, care satisfac cerintele impuse . De regula, se adopts t em p e ra tu ra d e r ev en ir e( pu nc tu l 5 ) s i r ez ult s d ur at a c or es p un za to ar e de m e ntin ere (p un ctu l 6 ).In diagrama s -a lu at c a e xe rn plu s ta bili. re a p ara m etr ilo r te m p ora li s i t erm i ci lar ev en ir ea u n ui a rc e li co id a l, e x ecu ta t din OLC 6 5A , a c ar ui d ur it at e finala trebuie s a f ie d e40 H RC . Asadaz s e cu no s c p unc te le 1 ~i2 (du ri ta tea , re spec t iv concentratia de carbon), seadopta r_. = 450 C (va lo a re a i nf er io a ri i a intervalului de temperaturi precizat de S TA S7 9 5- 88 ) s i r ez ult A 0duratAde m en tinere inju r d e 0 ora.

c) V it ez a d e r ic ir c. R ae ir ea la re ve nire s e p oa te face (teoretic) in o r ic e r ned iu ,d eo ar ec e t ra ns fo rm a r il e s e p ro du c i n c ur su l r nc alz ir ii s i m e n ti ne rii . D e a ce ea , s e p re fe ra s ase fuca r ac ir ea i n a e r l in is t it ( comod a ~ i e conom i c a) n ece s ar a p ent ru m i c s o ra re a t en s iu n il orinterne.

E x ce pt ie d e l a a ce as ta r eg ula f ae o te lu ri le c u s en s ib il it at e r id ic at a la f ra gi lit at ea d erevenire inalta, c ele a lia te c u Mn ~ i C r sau al iate si rnul tan cu Cr-Mn . , Mn-Si, Cr-Si, C r--Mn-Si, Cr-Ni, care trebuie racite r ap id ( fig ur a 2 .2 1) . A d ao s ur i d e 0 ,2 -D ,5 % M o sau de1,0-1,5 %Win o t el ur i d im i n u eaza cons i de rabi l s ens i bi li ta te a l a fragilitatea de reven ire .

P rop ri e ta t il e m ecanice (Rm Rp 0,2, !lB, As, Z, KCU) rezultate in u rma r ev en ir iidepind, asadar, de condi ti il e de I nc al zi re ~ racire inca re a cea st a s e r ea li ze az a , t emp e r a tu r aa va nd r ol ul d et er m in an t, a s a c um s e o bs e rv a ~idin f igu r il e 6 .8 ~i6.9.R e ve ni re a, i nd if er en t d e t ip ul e i ( jo as a , m e d ie s a u inalta), s e a pl ic a s i f on te lo r cali-

t e c u s c op u l r ed uc er ii t en si un il or i nt er ne . T emp e ra tu ra de revenire inaltii se limiteaza 10-,tu si , la 500-550 OC ,p ent ru a evi ta g ra fi ti za re a f o nt el or . P ro p ri et at il e mecani ce a le f on te lo rcalite ~i revenite variaza asemanator cu ce le a l e o te lu r il o r, re spec t iv carae te r is t i ci le de rezis-tenta (Rm Rp 0,2 s i liB) s c a d , iar plastici tatea (As) s i t enac ita tea (.2; KCU) c re s c c u m ari reat emp e r at u ri i d e r ev en ir e.

o4r:iJ s s o 69 ) t'c 1Temperatura de reverur e

Figura 6.8. Variatia caracteristicilormecanice ale otelului OLC 45in functie de temperatura de revenire.

N 120El 1000zN600o

c r . Q . 600E 4000;:

1600140

200

~ r OLe 450

. . . . . . . . R m/-Z ~licitare in%__ A 14... 17 W;O ...O,8V generala ( C t I t i t e de s tnmiit , rabotat si mortezat etc.)..._ B 17...20 W' 0,8 ...12 V burgh ie , a lezoa re tarozi, filiere'- C 18...20 W' 1,2... 1,8 V freze, brose

D 14..20W; 1,8..47V seule putemic solicitate pentru aschierea materiaIeforcu rezistenta ridicataseule putemic solicitatela uzare si la cald12...20 W; 2,7...4,5 V;4...5%Co

Tratamente Termice [Scan]

Documents

Transcript of Tratamente Termice [Scan]