Durificarea structurala a aliajelor metalice

Durificarea structurala a aliajelor metalice .

Durificarea structurala se realizeaza fie prin aplicarea unei prelucrari termice, fie printr-o prelucrare termo-mecanica.

Daca un aliaj este incalzit in domeniul de temperaturi care asigura punerea in solutie si este racit brusc, atunci se obtine o solutie solida suprasaturata metastabila care la temperatura ambianta sau la temperaturi mai ridicate tinde sa capete un caracter stabil, realizandu-se astfel o durificare structurala sau o imbatranire, respectiv o marcanta crestere a proprietatilor mecanice (H, s_r etc.).

Un efect asemanator se poate obtine si dupa aplicarea unor grade de deformare plastica la rece a aliajului metalic. Se precizeaza ca se obtine o durificare structurala la aliajele care au solubilitatea in stare solida puternic afectata de temperatura.

1. Tipuri de durificare structurala .

Formarea solutiilor solide de substitutie si insertie, aparitia unor faze secundare si precipitarea unor compusi chimici sau intermetalici, provoaca durificarea structurala a aliajelor metalice.

1. 1. Durificarea structurala datorita prelucrarii termice .

Acest tip de durificare este cel mai bine evidentiat pe aliajele neferoase Al-Cu; Al-Mg; Al-Cu-Mg-Mn, la care solubilitatea componentelor descreste pe masura coborarii temperaturii si totodata componentele formeaza diversi compusi chimici sau intermetalici ( CuAl₂; Mg₂Al₃; CuMgAl₂ etc. ) .

Daca asemenea aliaje ( Al-Cu; Al-Cu-Mg-Mn etc. ) sunt incalzite la temperaturi ce le asigura obtinerea solutiilor solide si apoi si apoi sunt racite rapid ( in apa ), se obtine solutia solida cu concentratia corespunzatoare temperaturii de incalzire, respectiv o solutie solida suprasaturata si metastabila.

Mentinerea in timp de cateva zile la temperatura ambianta sau cateva ore la temperatura de 300.473^oK favorizeaza separarea compusilor intermetalici ( si chimici ) si obtinerea solutiei solide de echilibru. Luand probele dintr-unul din materialele mentionate mai sus si supunandu-le "calirii" ( T_inc aleasa de pe diagrama de echilibru si racirea facandu-se brusc ) si apoi reincalzindu-se la diverse temperaturi ( 300. T_inc ) duritatea lor se va modifica de maniera indicata in figura 1. Cresterea temperaturii mareste viteza difuziunii atomilor componentelor, apar precipitari din solutia solida si in consecinta aliajul se durifica sau imbatraneste. Imbatranirea este naturala, daca durificarea are loc dupa un timp de mentinere a aliajului "calit" la temperatura ambianta ( 293^oK ) si are caracter de imbatranire artificiala, daca precipitarile se obtin dupa incalzirea la temperaturi mai ridicate.

Figura 1. Variatia duritatii in functie de temperatura de incalzire

Se precizeaza ca atingerea nivelului temperaturii de incalzire folosita la punerea in solutie face ca aliajul sa ajunga la o structura identica cu cea de la care s-a pornit. Si la otelurile calite apare o tendinta spre imbatranire ( durificare structurala ) ca urmare a caracterului metastabil a structurilor obtinute.

Figura 3. Influenta cromului asupra comportarii

otelului la durificarea structurala ( revenire )

Durificarea structurala la otelurile nealiate, cu continuturi mici in carbon este o consecinta a separarii din ferita suprasaturata a azotului si C, respectiv a precipitarii fazelor Fe₃N, Fe₄N, Fe₂C. Precipitarea acestor faze este mai intensa la un anumit nivel de temperatura ( figura 2 ), evidentierea durificarii structurale s-a facut prin masurarea campului coercitiv al probei. Se apreciaza ca efectul durificarii structurale este mai puternic daca precipitantii au un grad mare de dispersie si sunt foarte fini.

La otelurile bogat aliate, in timpul procesului de revenire se sesizeaza o crestere accentuata a duritatii, fapt cauzat pe de-o parte de transformarea austenitei reziduale ( ce este in cantitate mare > 15% ) in structuri bainito-martensitice si pe de alta parte, datorita precipitarilor de faze secundare ( carburi e si carburi ale elementelor de aliere ). Aceasta duritate obtinuta dupa revenire poarta denumi- rea conventionala de duritate secundara.

Pentru a ilustra acest tip de durificare se va analiza comportarea la revenire a doua oteluri calite si supuse revenirii timp de o ora ( figura 3. ) .

1. 2. Durificarea structurala datorita deformarii plastice la rece .

Daca unor aliaje metalice li se aplica o deformare plastica la rece ( cu diferite grade de deformare 1.15% ) se va obtine o ridicare a aspectului proprietatilor mecanice.

Figura 4. Influenta deformarii plastice la rece asupra

comportarii la durificare structurala.

Un otel cu cca 0,1% si 0,02% N supus imbatranirii artificiale cu sau fara deformare plastica la rece isi va modifica duritatea in maniera aratata in figura 4. Efectul durificarii structurale este mai puternic in cazul cand se aplica o deformare plastica la rece. Pentru un otel criogenic ( 0, 1% C si 9% Ni ) deformarea plastica la rece dupa calire ii asigura cresterea duritatii s_r s_c fara a i se afecta prea mult tenacitatea. Structural la acest otel se observa ca deformarea plastica la rece provoaca finisarea plachetelor de martensita, aparitia a noi plachete de martensita si o crestere a cantitatii de dislocatii ( figura 5. ) .

Figura 5. Structura unui otel aliat cu Ni, calit si deformat plastic la rece. Mex50000 .

Durificarea structurala prin prelucrarea termica sau mecanica constituie o modalitate de a obtine proprietati mecanice mai ridicate pentru aliajele metalice si este recomandabil de a fi studiata in profunzime.