Determinarea marimii grauntelui austenitic

Determinarea marimii grauntelui austenitic .

Aprecierea calitatii unui otel functie de granulatia structurala se face nu numai dupa dimensiunea efectiva a grauntelui austenitic ( se poate modifica prin tratamentul termic ), ci si dupa tendinta de crestere a acestuia, odata cu ridicarea temperaturii peste liniile GOS sau SE. Asa cum se observa in figura 1. la incalzirea otelurilor peste linia Ac₁ apar graunti foarte fini de austenita care se dezvolta diferentiat functie de conditiile de elaborare ( compozitie chimica, mod de dezoxidare ) si de prelucrare a otelului. Dupa tendinta de crestere a grauntelui austenitic, otelurile se impart in doua grupe :

-oteluri cu graunte ereditar fin, la care cresterea cristalelor de austenita este neinsemnata pana la temperaturi de 1173.1223^oK si puternica la temperaturi mai ridicate ( curba 1 ) ;

-oteluri cu graunte ereditar grosolan, la care dimensiunea cristalelor se mareste odata cu depasirea temperaturii critice de transformare ( curba 2 ) .

Figura 1. Dezvoltarea grauntelui

austenitic cu temperatura de incalzire

Determinarea ereditatii grauntelui se realizeaza cu ajutorul microscopului optic de temperaturi inalte, prin urmarirea tendintei de crestere a diametrului cu temperatura si durata incalzirii.

Tabelul 1.

Proprietati sensibile la granulatia structurala

Deoarece la racirea austenitei, dimensiunea grauntelui nu sufera practic modificari importante, desi prin conditiile de racire se schimba gradul de dispersie a constituentilor formati ( perlita, sorbita, trosita ) natura lor ( perlita, bainita, martensita ) , se poate considera ca granulatia austenitica aparuta la incalzire, ramane neschimbata pana la temperatura ambianta. Ca urmare a acestui fapt, influenta granulatiei austenitice asupra proprietatilor mecanice si tehnologice obtinute prin tratament termic se pastreaza. Corelatia proprietati-granulatie este redata in tabelul 2. 7.

1. Metode de evidentiere a grauntelui austenitic .

Conform STAS 5490-71 se folosesc urmatoarele doua

metode pentru evidentierea dimensionala a cristalelor de austenita :

1. 1. METODA CEMENTARII .

Se aplica otelurilor hipoeutectice cu continut redus in C ( oteluri de cementare ). Epruvetele se impacheteaza in cutii inchise ermetic si distantate la 20 mm una fata de alta sau fata de peretii cutiei, folosind ca mediu de cementare amestec de 60% mangal si 40% BaCO₃. Se face incalzirea la 925 10^oC ( 1198 10^oK ), mentinerea la aceasta temperatura 8 ore, in final se face o racire lenta, in cuptor ( v_r=80.100^oK/h la oteluri carbon si 40.50^oK/h la oteluri aliate ), pana la 873^oK. Stratul cementat obtinut trebuie sa aiba o grosime de minim un mm, iar marginile cristalelor de austenita se pun in evidenta prin reteaua de cementita secundara aparuta in zona exterioara hipereutectoida ( figura 2. ) .

Figura 2. Retea de cenmentita

( atac picrat de sodiu ) . MOx200 .

1. 2. METODA INCALZIRII

Se bazeaza pe incalzirea epruvetelor in span de fonta, in bai de saruri sau in vid la T=925 10^oC ( 1198 10^oK ) , cu o durata de mentinere de 3 ore. Dupa incalzire grauntele de austenita este evidentiat prin :

-reteaua de cementita. Otelurile hipoeutectoide se racesc lent pana la temperatura de 600^oC ( 873^oK ) ( v_r=80.100^oK/h la oteluri carbon si 40.50^oK/h la oteluri aliate ), iar prin atac de nital sau picrat de sodiu, cementita secundara separa in retea, delimiteaza grauntele ;

Figura 4. Retea de ferita pe fond martensitic. MOx500

-reteaua de ferita. Se aplica otelurilor hipoeutectoide cu cca 0,5% C la care prin racire lenta pana la 600^oC se separa ferita in retea, marcand dimensiunea grauntelui de austenita ( figura 3. ). Pentru otelurile hipoeutectoide cu 0,25.0,40% C, la care reteaua de ferita nu este distincta, evidentierea grauntilor se realizeaza prin la o temperatura cu 15.20^oC sub punctul critic Ar₃, o mentinere la aceasta temperatura de 3.5 minute ( pentru formarea unei retele de ferita in jurul grauntilor austenitici ), iar apoi o calire brusca. Prin atac cu nital se sesizeaza retea de ferita pe un fond de martensita ( figura 4. ) ;

-reteaua de trostita. Metoda este specifica otelurilor hipoeutectoide cu cca 0,65.0,75% C si consta in calirea diferentiala a unor probe cu o lungime de 35.40 mm. Aceasta calire in apa numai la un capat ( pe cca 10.15 mm ), restul probei racindu-se in aer. Dupa sectionarea longitudinala a epruvetei si atacul cu nital se va observa o zona trostito-martensitica, trostita conturand limita fostilor graunti austenitici ( figura 5. ) ;

-retea de oxizi.

Se foloseste atat la otelurile carbon cat si la cele aliate de scule sau de construite si consta in incalzirea probei in vid la temperaturi inalte timp de 3 ore, mentinerea in aer timp de 5 minute la temperatura de incalzire si apoi calirea in apa. Prin slefuire-lustruire si atac chimic cu o solutie de 15% HCl si alcool etilic timp de 2.10 minute se delimiteaza marginile grauntilor prin oxizii formati ( figura 6. ) ;

-atacul Vilella. Otelurile de imbunatatire ( 0,4.0,9% C ) dupa calire martensitica sunt atacate chimic cu reactivul Villela conturandu-se limitele grauntelui de austenita. Daca dupa calire se efectueaza si o revenire la 200.250^oC timp de 15.30 minute fostii graunti austenitici se delimiteaza si mai clar, observandu-se si orientarea diferita a acelor de martensita ( figura 7 ) .

2.Metode de determinare a dimensiunii grauntelui

Marimea grauntelui se exprima printr-o cifra denumita punctaj. Intre punctajul ( N ) si numarul de graunti ( n ) cuprinsi intr-o suprafata de un mm² la marirea de 100X exista relatia : n = 8 2^N.

2. 1. Metoda etaloanelor .

Consta in compararea imaginii observate la microscopul metalografic ( la o marire de 100X ) cu imaginile scarilor etalon ( STAS 5490-71 ) si stabilirea punctajului corespunzator. Daca pentru o determinare mai precisa se impune examinarea microscopica la alte mariri 100X ( de exemplu, pentru punctajele unu si zero la mariri mai mici, iar pentru punctajele noua si zece la mariri mai mari ), incadrarea in scara obtinuta la marirea de 100X se face modificand punctajele stabilite microscopic astfel : -se scad doua unitati daca examinarea s-a facut la marirea de 50X ;

-se adauga patru sau sase unitati daca examinarea s-a facut la marirea de 200X, 400X si respectiv 600X .

Daca grauntele cu marimea predominanta ocupa cel putin 90% din suprafata cercetata se ia ce indica numai punctajul corespunzator grauntelui respectiv.

2. 2. Metoda numararii grauntilor .

In imaginea corespunzatoare unui cerc cu diametru de 79,8 mm pentru marirea de 100X ( o suprafata reala efectiva de 0,5 mm² ) se numara grauntii care sunt cuprinsi in intregime in interiorul cercului ( m ) si grauntii intersectati de circumferinta ( m1 ). Numarul total de graunti pe suprafata de 0,5 mm² la marirea de 100X se calculeaza cu relatia : m₁₀₀ = m + 0,5 m₁

Pe un mm² se va gasi un numar dublu de graunti M=2 m₁₀₀. Pentru alte mariri decat 100X se va afla M cu formula : M=2 ( g / 100 ) ² m_g ,

in care : g-este marirea folosita la microscop, m_g-numarul grauntilor la marirea g.

Dupa examinarea a minim trei campuri vizuale ale probei (din cele mai caracteristice ) se determina numarul mediu de graunti ( M_med ). Suprafata medie ( S_med ) si diametrul mediu ( d_med ) al grauntelui se calculeaza cu relatiile : S_med = 1 / M_med; d_med =1 / ( M_med ) ^{1 / 2} .

Prin compararea valorilor obtinute pentru M_med , S_med si d_med cu cele din tabelul 14. 1. se determina punctajul N.

Functie de dimensiunile grauntelui austenitic otelurile uzuale se clasifica in :oteluri cu granulatie groasa (N=1-3 ); oteluri cu granulatie medie ( N=4.6 ); otelurile cu granulatie fina ( N=7.10 ) .