Recoacerea Curs 3 1
Recoaceri Omogenizare Se aplică rar Normalizare Înmuiere (globulizare) Se aplică frecvent Detensionare Recristalizare Se aplică foarte rar 2
RECOACEREA DE OMOGENIZARE Uniformizarea prin difuzie a neomogenităţilor chimice, fizice şi structurale, rezultate în urma solidificării în condiţii reale a oţelurilor. Neomogenitatea chimică provocată în procesul de cristalizare a aliajului este cunoscută sub denumirea de segregaţie 3
Diagrama recoacerii de omogenizare Temperatura de omogenizare (t f ) se determină, orientativ: t f = (0,7 0,9) t s t s este temperatura solidusului real al oţelului 4
Temperatura Valorile superioare ale temperaturii pentru aliaje cu tendinţă redusă de segregare interdendritrică cu puncte de topire coborâte sau medii Valorile inferioare ale temperaturii pentru aliaje cu puncte de topire ridicate (cazul oţelurilor aliate). Domeniul de temperaturi pentru recoacerea de omogenizare la oţeluri 5
RECOACEREA DE NORMALIZARE Scopurile obținerea unei granulații fine, uniformizarea structurii, anularea structurilor de turnare, deformare plastică la cald, sudare sau provenite de la tratamentele termice incorect aplicate anterior. De obicei, se urmărește ameliorarea caracteristicilor mecanice. R.N. T.T. primar sau final. Suprafețele pieselor prelucrate prin așchiere, în cazul oțelurilor sărace în carbon, sunt, după normalizare, de calitate mai bună. 6
7
Deformarea elastică plastică 8
9
10
Modificarea structurii după recoacerea de normalizare structuri de laminare sau turnare înainte de normalizare și după aplicarea normalizării Structura unui oţel cu 0,25%C după laminare înainte de normalizare după laminare după turnare după normalizare după normalizare după normalizare 11
Parametrii tehnologici Diagramă de normalizare 12
Temperatura R.N. (t f ) se alege cu 20 60 C peste pct. critice ale oțelurilor. Ol. hipereutectoide cu rețea de Fe 3 C încălzirea se face cu 20 50 C peste Ac cem, răcire rapidă în apă sau ulei (călire) R.N. obișnuită. Temperaturi mai mari decât cele indicate în figură nu sunt recomandate deoarece apare pericolul supraîncălzirii materialului 13
Efectul supraîncălzirii materialului la normalizare În general temperatura de normalizare pentru majoritatea oțelurilor aliate este cuprinsă între 870 900 C. Pentru produse cu secțiuni mai mari se recomandă ca recoacerea de normalizare să se facă la temperaturi mai mari decât la produsele cu secțiuni mai mici 14
Viteza de răcire Să se obțină structuri normale (apropiate de echilibru). Răcirea se poate executa în două moduri: odată cu cuptorul sau în aer liniștit sau ventilat continuă sau în trepte Răcirea continuă se execută cu cuptorul până la circa 600 C, apoi în aer (recoacere clasică) sau direct în aer (normalizarea propriu-zisă). 15
Aplicații RN la piese turnate din oțeluri carbon şi slab aliate, la piesele forjate, matrițate și extrudate din oțeluri hipoeutectoide și la unele piese sau construcții sudate Oțelurile aliate pentru carburare - de tipul CrNi sau CrNiMo, normalizate la temperaturi mai înalte decât temperatura de carburare. Se reduc deformațiile și se îmbunătățește prelucrabilitatea. La unele oțeluri de carburare CrNi se recomandă chiar două recoaceri de normalizare pentru a reduce deformațiile. Piese cu secțiuni mari sau susceptibile de a avea tensiuni interne: răcirea până sub A 1 în aer, iar apoi se continuă răcirea în cuptor sau în gropi de răcire. După prelucrarea la rece a produselor care au fost ecruisate la grade critice. 16
RECOACEREA DE ÎNMUIERE (GLOBULIZARE) Îmbunatățirea prelucrabilității prin așchiere (așchiabilitatea); Îmbunatățirea prelucrabilități prin deformare plastică la rece (deformabilităţii) Obținerea unor structuri corespunzătoare pentru tratamentele termice ulterioare. 50% dintre piesele componente ale mașinilor și utilajelor se supun prelucrării prin așchiere sau prin deformare plastică la rece. 17
Scoaterea din uz a sculelor așchietoare deformare și uzare progresivă adeziune abraziune. 1.Uzarea prin difuzie: la viteze mari de așchiere (temperaturi ridicate), 2.Uzarea adeziune la viteze mici (în special în prezenţa depunerii pe tăiș și a contactului discontinuu așchie-sculă), fiind accentuată de întreruperile de așchiere și de vibrații, 3.Uzarea abraziune: particulele dure de pe suprafața produsului sau din structura sa (compuși definiți duri și cu muchii ascuțite) 18
Prelucrabilitatea diferitelor structuri metalografice 19
Structura globulizată poate fi caracterizată prin gradul de globulizare (e) raportul între cantitatea de perlită globulizată și perlita totală. pl - este cantitatea de perlită lamelară; pg - cantitatea de perlită globulară; ptot - cantitatea totală de perlită. e = 1, întreaga cantitate de perlită s-a globulizat 20
Structura de perlită globulară are cea mai bună prelucrabilitate prin așchiere, întrucât tăișurile sculei nu trebuie să taie decât ferita, globulele de cementită sunt împinse la o parte sau smulse în cursul aşchierii, fără să fie tăiate de sculă ca la perlita lamelară. Perlita globulară poate fi prelucrată mult mai bine şi prin deformare plastică la rece, întrucât curgerea materialului este realizată de masa de bază feritică. Structura de perlită lamelară este necorespunzătoare pentru prelucrarea prin deformare plastică la rece (îndoire, ambutisare, bordurare, presare, răsucire) deoarece prin deformare, lamelele de cementită se rup şi produsele pot să se fisureze. R.G. este necesar să fie aplicată la toate oţelurile înaintea deformării la rece: a tablelor, benzilor şi sârmelor. 21
Cementita globulară în masa de bază feritică este structura cu cea mai mică energie internă din sistemul Fe-Fe 3 C. O astfel de structură se poate obține din toate celelalte structuri perlită, bainită, martensită prin menţinere suficientă la o temperatură aflată imediat sub Ac1 Trecerea pe această cale a structurilor cu energie internă mai mare în structură globulară de energie internă minimă, se realizează prin intermediul mecanismelor de precipitare coagulare dizolvare reprecipitare 22
austenitizat la 800 menținut la 710 austenitizat la 850 și menținut la 685 austenitizat la 777 și menținut la 660. 23 austenitizat la 830 și menținut la 660
Metode de globulizare încălzirea (640 680 C), menţinere lungă (6 12 ore) răcirea recoacere sub-critică înc. puţin peste A c1, 20 70 C menţinere 1 5 ore răcire f. lentă (vr = 15 30 C/h) până sub A r1 (cca. 650 C); răcire în aer Înlocuire răcirii lente cu mai multe pendulări de scurtă durată în jurul intervalului critic A c1 A r1. recoacere pendulară îmbunătăţire călire la martensită + revenire înaltă la perlită 24
Lamelele de cementită se transformă, treptat, sub influenţa tensiunii superficiale existente la limita ferită-cementită, în globule; Cementita globulară în masa de bază feritică are cel mei mic potenţial energetic. În timpul încălzirii până la A1 are loc o îmbogăţire în carbon a feritei şi a capacităţii de dizolvare a carbonului, de la 10-6 % C la temperatura ambiantă, la 0,021%C la 727 C. 25
lamelă de perlită începutul globalizării ferită în perlită cementită în perlită 26 Procesul de fragmentare a lamelelor de cementită
2 se foloseşte temperatura de la prelucrarea la cald, piesele menţinându-se la temperatura de 600 700 C până la terminarea transformării (50 80 minute). 1 se face austenitizarea piesele se răcesc brusc într-o baie de sare cu temperatura de 600 700 C, se menţin 50 80 minute, apoi se răcesc în aer. 27
Relația între prelucrabilitate și forma perlitei 28
RECOACEREA DE DETENSIONARE Scopul reducerea tensiunilor remanente din produs, fără ai modifica sensibil proprietățile tensiunilor remanente reducerea la minim a deformațiilor din timpul tratamentelor termice ulterioare după prelucrările prin așchiere Se elimină apariția fisurilor (în cazurile extreme) 29
deformare plastică la cald turnare sudare Tensiunile tratamente termice Remanente se formează încălziri şi răciri neuniforme menţinerea în medii corozive prelucrări mecanice cu îndepărtări masive de material 30
Tensiunile Remanente Tensiunile Funcționale deformarea sau chiar ruperea pieselor în care acţionează Este indicat să se procedeze la reducerea lor imediat după ce apar 31
Tensiunile remanente tensiuni termice prin dilatarea sau contracţia neuniformă, diferenţelor de temperatură pe secţiunea sau volumul produsului; tensiuni structurale prin modificările de volum specific în urma transformărilor structurale; tensiuni mecanice prin acţiunea mecanică a procedeelor de prelucrare 32
În funcţie de domeniul de extindere tensiuni de ordinul sau gradul σr I σr II σr III 33
Tensiunile interne de gradul I, (tensiuni macroscopice), acţionează în volumul întregului produs sau în porţiuni macroscopice ale acestuia (mai mulţi grăunţi): tensiunile termice, structurale şi mecanice. La o intervenţie din afară în echilibrul forţelor şi momentelor apar întotdeauna modificări dimensionale macroscopice. Variaţia tensiunilor termice la răcirea unui material Deformare plastică: a) deformarea propriu zisă; b) distribuţia tensiunilor mecanice 34
Tensiunile interne de gradul II: tensiunile termice care apar în materiale bifazice ca urmare a diferenţei dintre coeficienţii de dilatare a celor două faze După răcire la temperatura T1 < T0, grăunţii de tip A se vor contracta mai mult decât cei de tip B. Deoarece trebuie să se păstreze coeziunea la limita dintre grăunţi, în direcţia longitudinală apar tensiuni de întindere în grăunţii A şi de compresiune în grăunţii B. Tensiunile termice într-un material bifazic, cauzate de diferenţa coeficienţilor de dilatare ale celor două faze 35
Tensiunile de ordinul III (microtensiuni) apar la nivelul reţelei cristaline şi cuprind tensiunile create de: atomii de substituţie (Si, Mn, Ni, Cr, Fe); atomii de interstiţie (C, N, B), dislocaţii, limite de grăunţi particule precipitate într-o soluţie solidă. 36
37
Cauzele apariţiei tensiunilor de ordinul III: a)1-vacanţe, 2-atomi proprii interstiţiali, 3-atomii de substituţie străini, 4-atomi străini interstiţiali, b)dislocaţie c)1-strat de atomi străini monoatomic, 2-limită de grăunte cu unghi mare 38
Recoacerea de detensionare 39
Parametrii recoacerii de detensionare Temperatura de încălzire este de 400 650 C, R.D. este un tratament subcritic, reducerea la minim a tensiunilor interne, fără să producă modificări de structură bazate pe transformarea polimorfă α γ. Temperatura maximă de detensionare a produselor de oţel este, teoretic, punctul A 1. Temperatura minimă de detensionare se alege în funcție de gradul de detensionare dorit, depășind, de regulă, valoarea de 400 C. 40
Durata de menținere este de 1 3 ore. Durata de egalizare termică se alege în funcție de dimensiunea caracteristică a produsului (τ m = 2 g; g grosimea maximă de perete a piesei, mm). Viteza de încălzire: cu viteză mică pentru a se asigura scăderea limitei de curgere uniform pe toată secțiunea produsului. v î ~ 10 100 C/h, în funcție de calitatea oțelului, de forma și dimensiunile produsului. Vitezele reduse de încălzire, până la 200 250 C, când produsele sunt fragile. Se recomandă regimul de încălzire odată cu cuptorul în special la piese cu sensibilitate mare la fisurare. 41
Viteza de răcire: cu viteză redusă Nerespectarea regimului de răcire creșterea tensiunilor, cu toate că ceilalți parametrii tehnologici au fost corecți. v r 50 100 C/h asigură o micșorare corespunzătoare a tensiunilor interne Pentru țevi, table și piese cu secțiunea transversală uniformă, răcirea se poate face în aer Pentru piese cu forme complexe se recomandă răcirea în cuptor 42
Prelucrarea anterioară Turnare Condiţiile recoacerii de detensionare Încălzire Menţinere Răcire Încălzire lentă până la 550-650 C Prelucrarea ulterioară Prelucrări mecanice de degroşare Sudare Forjare Încălzire lentă până la 600-800 Încălzire lentă sau rapidă până la 650-700. 1h/25 mm de grosime maximă a secţiunii, dar nu mai puţin de 1h. Cu cuptorul până la 200-300ºC, apoi în aer. ---- Prelucrări de degroşare Degroşare prin aşchiere 400 550 Finisare prin aşchiere 120 200 2 48 h Aer Deformare plastică la rece cu necesitatea păstrării parţiale a ecruisării Călire la martensită cu necesitatea păstrării durităţii ridicate Revenire cu răcire rapidă pentru evitarea fragilizării de revenire înaltă 43 Prelucrări de prefinisare sau finisare Finisare sau superfinisare 350 400 10 30 min. Aer ---- 150 200 1 2 h Aer 400 450 1h/25 mm de grosime Aer sau cuptor Prelucrări de finisare Prelucrări de finisare
Intervalele de temperaturi pentru principalele recoaceri aplicate oțelurilor carbon 44