CĂLIREA. martensitică (durificare) de punere în soluţie

Transcript

1 CĂLIREA ÎN VOLUM

2 CĂLIREA martensitică (durificare) se aplică la majoritatea oţelurilor; unele aliaje neferoase (bronzuri cu aluminiu, aliaje pe bază de titan, etc.) de punere în soluţie se aplică în gen. al. neferoase (Cu, Mg etc.) oțeluri austenitice, feritice, etc.

3 Călirea în volum constă în încălzirea şi menţinerea produselor la temperaturi superioare punctelor critice ale oţelului, în aşa fel încât să se producă transformarea polimorfă α γ a fierului şi să se obţină austenită, austenita răcită cu viteză suficient de mare pentru ca transformarea inversă γ α să se producă fără difuzia fierului şi a carbonului, cel puţin parţial.

4 După călire structura rezultată va fi: martensita în cazul absenţei totale a difuziei; bainita când difuzia are loc parţial. În cele mai multe cazuri se urmăreşte obţinerea structurii martensitice

5 Călirea martensitică în volum (vr > vcr) aduce piesele într-o stare structurală caracterizată prin prezenţa unui constituent dur şi în afară de echilibru martensita pe o adâncime cât mai mare şi a unor tensiuni interne astfel distribuite încât să evite fisurarea şi deformarea excesivă.

6 CĂLIRE se urmăreşte obţinerea unei structuri martensitice în tot volumul produsului, călire pătrunsă sau în volum, se urmăreşte numai călirea straturilor superficiale călire superficială

7 PARAMETRII TEHNOLOGICI Temperatura finală (tf) Duratele de încălzire (τî) şi de egalizare (τeg) Mediul de încălzire Viteza de răcire (mediul de răcire) Durata de transformare (τtr)

8 Temperatura finală în funcție de calitatea oțelului oțel carbon hipoeutectoide 20ºC peste Ac 3 ; hipereutectoide 20ºC peste Ac 1 ; oțeluri aliate depinde de temp. de dizolvare a carburilor

9 temperatura optimă de călire duritatea după călire cantitatea de austenită reziduală Influenţa conţinutului de carbon asupra temperaturii şi rezultatelor călirii oţelurilor carbon.

10 Duratele de încălzire (τî) şi de egalizare (τeg ) depind, în primul rând, de grosimea produselor ( 1 min. / mm grosime a piesei ) Durata de transformare (τtr) trebuie să asigure ca o cantitate suficientă de carbon să treacă în austenită. numai carbonul dizolvat în austenită determină duritatea martensitei, nu şi carbonul care se găseşte în carburile nedizolvate.

11 La încălzirea unui oţel carbon eutectoid, dizolvarea carburilor se termină la 740 C, după circa 5 ore, la 760 C după 15 minute, la 780 C după 5 minute la 820 C după un minut fără însă ca repartizarea carbonului în austenită să fie uniformă

12 Duratele de menţinere prea mici dizolvare incompletă a carburilor, transformarea în treapta perlitică, martensita nu ajunge la duritatea maximă, datorită cantităţii mici de carbon dizolvate. Durate de menţinere prea lungi martensită grosolană rămâne o cantitate mare de austenită reziduală.

13 Mediul de încălzire Trebuie să asigure protecţia împotriva oxidării decarburării Pentru încălzirea pieselor în vederea călirii se utilizează: cuptoare încălzite electric sau cu gaz; băi de săruri; strat (pat) fluidizat vidul (presiunea 10-2 torr). atmosfere controlate (endoterme, exoterme) Atmosferele controlate se aleg în funcţie de compoziţia chimică şi în primul rând în funcţie de conţinutul de carbon al oţelurilor călite

14 Trebuie să: Viteza de răcire asigure obținerea unei structuri cu proporţie maximă de martensită evite apariţia unor tensiuni interne prea mari, care ar provoca deformarea sau chiar fisurarea pieselor. Pentru obţinerea structurii martensitice este necesar ca: în intervalul de stabilitate minimă a austenitei ( C) viteză de răcire mare; în intervalul MS MF răcirea să se facă cu viteza minim posibilă pentru a evita apariţia tensiunilor interne.

15 MEDII DE CĂLIRE în funcţie de călibilitatea oţelului: apa, soluţii apoase, uleiul mineral, sărurile şi metalele topite, mediile sintetice recent mediile gazoase (azot, argon, hidrogen ş.a.). aerul (în cazul oţelurilor bogat aliate), stratul (pat) fluidizat,

16 Mediile de răcire lichide: medii care îşi modifică starea de agregare în timpul răcirii piesei; medii care nu îşi modifică starea de agregare în timpul răcirii piesei.

17 METODE DE CĂLIRE După condiţiile de răcire: a) călire obişnuită, b) călire întreruptă, c) călire în trepte, d) călire izotermă e) călire sub 0 C.

18 CĂLIREA SIMPLĂ călirea într-un singur mediu de răcire Modul de realizare Structura obţinută Aplicaţii Înc. peste A C3 (ol. hipoeutectoide) Înc. peste A C1 (ol. hipereutectoide) menţinere răcire rapidă. Martensită sau martensită + troostită la oţelurile hipoeutectoide. Martensită + carburi + austenită reziduală la oţelurile hipereutectoide. Cea mai răspândită metodă de călire.

19 CĂLIREA ÎNTRERUPTĂ (călire în două medii) Modul de realizare Structura obţinută Aplicaţii Încălzire ca la călirea simplă; Răcirea în două medii de răcire: primul cu o viteză mai mare decât cea critică (apa), al doilea cu o viteză mai mică (ulei). Martensită Piese şi scule din oţeluri cu conţinut ridicat de carbon susceptibile la fisurare sau deformare.

20 CĂLIREA ÎN TREPTE (martempering) Modul de realizare Structura obţinută Aplicaţii Încălzire ca la călirea simplă; Răcirea de la temperatura de austenitizare într-o baie având temperatura uşor superioară punctului M S sau între M S şi M F ; Menţinere pentru egalizarea temperaturii în toată masa piesei, fără să înceapă transformarea martensitei; Răcirea până la temperatura ambiantă, când are loc transformarea martensitică în toată masa. Martensită sau martensită + carburi + austenită reziduală. Piese şi scule susceptibile la deformare sau fisurare la călire

21 CĂLIREA IZOTERMĂ Modul de realizare Structura obţinută Aplicaţii Încălzire ca la călirea simplă; Răcirea în medii cu temperatura corespunzătoare domeniului bainitic, Menţinerea până la terminarea transformării izoterme a austenitei Răcire în aer. Bainită superioară sau inferioară. Piese şi scule cu secţiuni subţiri, din oţeluri aliate.

22 CĂLIREA SUB 0 C (tratament termic sub 0 C, tratament criogenic) Modul de realizare Structura obţinută Aplicaţii Răcirea pieselor sau sculelor la temperaturi sub 0 C (-20 C C). Martensită Piese şi scule din oţeluri rapide, oţeluri pentru matriţe, oţeluri de cementare, oţeluri inoxidabile, martensitice, oţeluri maraging. austenită reziduală

23 CĂLIREA SUPERFICIALĂ prin inducție

24 Durificarea prin călire după încălzire

25 Călirea după încălzirea prin inducţie

26 CĂLIBILITATEA Călibilitatea este o caracteristică tehnologică a materialului şi cuprinde două aspecte: adâncimea de pătrundere a călirii; duritatea maximă a structurii de călire alcătuită numai din martensită.

27 DURITATEA MAXIMĂ sau capacitatea de călire, depinde în primul rând de conţinutul de carbon şi mai ales de cantitatea de carbon pusă realmente în soluţie la austenitizare şi reţinută în martensită în cursul răcirii. Elementele de aliere intervin foarte puţin în modificarea durităţii maxime după călire. Ele influenţează asupra acestei durităţi maxime în toate cazurile când au tendinţa de a forma carburi (Cr, W, V, Mo, etc.) mai dure decât cementita oţelurilor hipereutectoide.

28 ADÂNCIMEA DE PĂTRUNDERE A CĂLIRII Corespunde grosimii stratului călit, măsurată de la suprafaţa piesei spre miez până la o anumită valoare a durităţii. La oţelurile de scule se consideră ca zonă călită, zona martensitică (cu o anumită cantitate de austenită reziduală). În cazul oţelurilor de îmbunătăţire adâncimea de pătrundere se consideră până la duritatea zonei semimartensitice, adică formată din 50 % martensită şi 50 % troostită.

29 Duritatea, HRC HRC crit.100% HRC crit.50% Adâncimea de călire de la suprafaţă, mm Repartizarea durităţii şi structurii într-o piesă cilindrică: h adâncimea de călire; D diametrul piesei; D m diametrul miezului necălit. Relaţia dintre adâncimea de călire şi viteza critică de călire: a, a' - adâncimi de călire; v c, v c, v c - diferite valori ale vitezei critice de călire.

30 FACTORI CARE INFLUENŢEAZĂ CĂLIBILITATEA Compoziţia chimică Mărimea grăuntelui austenitic Temperatura de austenitizare Parametrii şi particularităţile proceselor tehnologice de elaborare, deformare plastică şi tratament termic Forma şi dimensiunile piesei Structura iniţială (structurile lamelare dau o adâncime de călire mai mare decât structurile globulare), mediul de răcire, mişcarea relativă dintre mediul de răcire şi piesă

31 METODE PENTRU DETERMINAREA CĂLIBILITĂŢII Metoda determinării directe Metoda rupturii Metoda diametrului critic. Metoda răcirii frontale (metoda Jominy) Indicele de călibilitate J şi două grupe de cifre: Jd HRC sau Jd HV, în care d este distanţa de la capătul răcit, în mm.

32 EXEMPLE: duritatea oţelului va fi de 45 HRC într-un punct cuprins între 6 8 mm de la capătul răcit: J6/8 45; duritatea oţelului va fi de 35 HRC într-un punct situat la 10 mm de la capătul răcit: J10 35; la distanţa de 5 mm de la capătul răcit duritatea are valori cuprinse între HRC: J5 47/56.

33 Viteza de răcire în diferite medii de călire Mediul de răcire Viteza de răcire ( 0 C/s) Apă curentă la 20 0 C 360 Apă curentă la 40 0 C 200 Apă curentă la 50 0 C 60 Apă curentă la 60 0 C 50 Apă curentă la 80 0 C 40 Soluţie NaCl 10% 235 Soluţie NaCl 15% 270 Soluţie NaOH 5% 250 Soluţie Na 2 CO 3 10% 800 Ulei de fusuri 2 60 Ulei de cilindru Ulei de in Emulsii de ulei 70 Topituri de săruri 50 Topituri de plumb 5 Plăci de cupru 60 Plăci de oţel 35 Amestec apă aer cu debit de 20 l/h 1,0

34 APLICAŢII PRACTICE ALE CĂLIBILITĂŢII Pe baza indicelui de călibilitate se poate determina diametrul critic real D 0 al oţelului în urma răcirii în apă sau ulei Determinarea diametrul critic ideal D. Determinarea vitezei de răcire în orice punct al unei piese călite. se măsoară duritatea în aceste puncte şi pe baza curbei de călibilitate se află distanţa de la capătul răcit la care se obţine aceeaşi duritate

35 Determinarea vitezei critice de călire Nomogramă pentru determinarea vitezei critice de călire.

36 (a) (b) Determinarea variaţiei durităţii şi structurii pe secţiunea pieselor călite Utilizarea corelaţiei dintre curba de călibilitate şi dimensiunile piesei pentru determinarea durităţii în secţiunea piesei (a) sau pentru alegerea oţelului pe bază de călibilitate (b).

37 Corelaţia dintre proba de călibilitate şi capacitatea relativă de răcire a mediilor uzuale (a) şi epruveta pentru determinarea capacităţii de răcire a unui bazin dat (b).

38 DEFECTE DE CĂLIRE

39 Principalele defecte care apar la călire sunt: oxidarea şi decarburarea, duritatea scăzută, deformaţiile şi fisurile.

40 Oxidarea şi decarburarea apar în cazul încălzirii în cuptoare fără atmosferă de protecţie. Decarburarea defecte cum sunt: duritate scăzută, pete moi, fisuri. Pentru evitarea lor se recomandă încălzirea în cuptoare cu atmosferă controlată, băi de săruri sau cel mai bine în cuptoare cu vid.

41 Duritatea scăzută poate fi locală (pete moi) sau în toată masa piesei. Poate apare din cauza regimului de tratament termic incorect (subîncălziri, medii de răcire necorespunzătoare etc.). Alegerea necorespunzătoare a materialului şi structura iniţială pot duce la duritate scăzută

42 Deformarea Tipuri de epruvete (a, b) pentru determinarea tendinţei de deformare la călire şi modul de prelevare pentru stabilirea influenţei fibrajului asupra gradului de deformare ( c ). Tendinţa de deformare se determină în funcţie de variaţia dimensiunilor epruvetelor măsurate înainte şi după călire, cu o precizie de ± 0,01 mm.

43 deformaţiile sunt mai mari atunci când piesa se introduce incorect în bazinul de călire şi când pe anumite suprafeţe se formează pungi de vapori, care reduc schimbul de căldură cu mediul de călire Exemple de introducere corectă a unor piese şi scule în mediul de călire

44 piesă răcită uniform dilatare comprimare răcire neuniformă în partea de jos compresiune alungire deformațiile apărute după ce piesa s-a răcit compet

45 canelură Deformații datorate canelurilor fisură după tratament termic rază de racordare pentru a evita fisurarea

46 Canelură Deformație datorită canelurii fisuri Răcire rapidă