Structuri de calire si revenire la oteluri si fonte .

1. Constituenti de calire ai otelurilor .

Calirea unui aliaj metalic consta prin incalzirea acestuia peste temperatura critica de transformare in stare solida, mentinerea un anumit timp la acest nivel de temperatura si racirea cu o viteza mai mare decat cea critica, asigurandu-se o stare structurala in afara de echilibru.

Viteza critica de calire este acea viteza de racire care provoaca aparitia in structura a martensitei. Pentru calire otelurile hipoeutectoide vor fi incalzite la

Ac₃ + 50.70^oC si racite rapid ( calire completa ), iar cele hipereutectoide se incalzesc la Ac₁ + 50.70^oC si se racesc brusc. In acest ultim caz se efectueaza o calire incompleta, cementita secundara fiind foarte dura, nu influenteaza rezulta- tul calirii. Racirea lenta a otelului eutectoid din domeniul austenitic conduce la aparitia perlitei. Cresterea vitezei de racire provoaca o coborare a pozitiei punctului critic de transformare aeutectoida, obtinandu-se tot amestecuri mecanice ferito-cementitice, dar cu un grad de dispersie mai ridicat al fazelor.

1. 1. SORBITA DE CALIRE

Apare la viteze de racire ceva mai mari decat cele corespunzatoare transformarii perlitei; lamelele de ferita-cementita sunt mai fine, au un grad de dispersie mai ridicat, o duritate mai mare si o susceptibilitate la atac chimic mai mare ( figura 1. ) .

1. 2. TROOSITA DE CALIRE

Apare la viteze de racire si mai mari, lamelele de ferita

Figura 1. Soorbita. MOx1500 .

Are o duritate mult mai ridicata comparativ cu sorbita, se ataca foarte rapid cu nital si apare la microscop sub si de cementita sunt asa de mici incat nu pot fi observate la microscopul optic obisnuit. forma unor roze de culoare inchisa, dispuse de preferinta la limita fostilor graunti austenitici, transformati in martensita ( figura 2. ) . Amestecul trostito-martensitic se obtine de la racirea otelului cu o viteza de racire cuprinsa intre cea critica superioara si inferioara de calire.

1. 3. MARTENSITA DE CALIRE

Daca racirea otelului se face cu o viteza mai mica decat cea critica superioara, austenita se transforma intr-o solutie solida suprasaturata de C in Fea, numita martensita. Deoarece transformarea austenitei in martensita are loc fara difuziune, continutul de C al martensitei este identic cu cel al austenitei din care provine.

Figura 3. Martensita de calire. MOx100

Martensita fiind constituentul cu cel mai mare volum specific, iar austenita cu cel mai mic volum specific, transformarea A M producandu-se in interiorul grauntelui austenitic, o parte din austenita va ramane netransformata ca urmare a tensiunilor de compresiune create de cristalele martensitice formate.

Austenita ramasa netransformata poarta denumirea de austenita reziduala si creste cantitativ in structura o data cu ridicarea continutului in C a otelului. Structura unui otel calit se caracterizeaza printr-o fragilitate si o duritate ridicata si apare la microscop sub forma de ace de culoare deschisa orientata sub un unghi de 60^o ( martensita ) pe un fond de austenita reziduala ( figura 2. ) .

1. 4. BAINITA

In cazul in care vitezele de racire aplicate fac austenita unui otel 0,8% C metastabila pana la temperaturi de cca 673^oK, se obtine un nou constituent structural numit bainita superioara sau granulara. Este formata dintr-o matrice feritica suprasaturata in C, in care au precipitat compusii intermetalici de tipul Fe_xC si apare la limitele grauntelui de austenita, similar formarii troostitei. Se evidentiaza in distinct prin microscopia electronica ( figura 3. ) .

Daca austenita otelului cu 0,8% C este metastabila pana la cca 473^oK, se transforma in bainita inferioara sau aciculara.

Figura 4. Bainita superioara ( granulata )

a-MOx500; b-MOx3000 .

a b

a b

Figura 5. Bainita inferioara ( aciculara )

a-MOx1000; b-Mex3000 .

Aspectul sau metalografic este redat in figura 4. si se observa clar precipitarile de Fe_xC in interiorul acelor de ferita suprastructurata in C. Bainita aiciculara se caracterizeaza printr-o duritate ceva mai mica decat a martensitei de calire, dar prin valori de rezilienta cu cca 10.15%.

2. Constituentii de calire-revenire ai otelurilor

Revenirea este tratamentul termic aplicat de obicei pieselor calite la martensita si are ca scop micsorarea duritatii, inlaturarea tensiunilor interne si cresterea plasticitatii si tenacitatii. Consta in incalzirea otelului calit pana la temperaturi de Ac₁, o mentinere de 0,5.2 ore si o racire lenta sau rapida. La otelurile cu tendinta spre fragilitate de revenire se necesita aplicarea unor viteze de racire mari, iar in celelalte cazuri, modul in care se face racirea nu influenteaza practic rezultatele. Fenomenele care au loc la o revenire sunt guvernate de legile difuzi- unii si sunt caracterizate de descompunerea martensitei si transformarea austenitei reziduale. Functie de valoarea temperaturii de incalzire apar urmatoarele ti- puri de reveniri :

2. 1. REVENIREA JOASA ( 393.473^OK ) .

Structura obtinuta este alcatuita din martensita de revenire ( aspect acicular de culoare inchisa ) si austenita reziduala ( fondul alb ) ( figura 5. ). Martensita de revenire este mai stabila dimensional si mai putin fragila decat martensita de calire, acest lucru este explicabil prin scaderea continutului de C al solutiei solide suprasaturate ca urmare a precipitarii unor particule de carburi e cu un grad inalt de dispersie.

Figura 6. Martensita de revenire+

austenita reziduala. MOx1000

2. 2. REVENIREA MEDIE ( 573.723^OK ) .

Se caracterizeaza prin cresterea accentuata a particulelor de carburi cu forma globulara, de tip cementitic. Austenita reziduala se transforma intr-un amestec mecanic de Fe a ( C ) + Fe_xC, astfel structura specifica revenirii medii este formata dintr-un amestec mecanic de ferita si carburi numit trosita de revenire

( figura 6 ). Confera pieselor o rezistenta mecanica buna, limita elastica ridicata si o tenacitate corespunzatoare.

Fig 7. Trosita de revenire Fig 8. Sorbita de revenire

MOx500  MOx500

2. 3. REVENIREA INALTA ( 823.923^OK ) .

Asigura o imbinare optima a proprietatilor de ductilitate, tenacitate si rezistenta. Structura este formata tot dintr-un amestec mecanic ferito-cementitic dar cu un grad ridicat de dispersie al globulelor de cementita ( figura 7. ) .

Piesele cu asemenea structura numita sorbita de revenire pot rezista la eforturi mari si solicitari dinamice in exploatare. Daca creste temperatura de revenire la peste 923^oK se obtine un amestec de cementita globulara ( dimensiuni mai mari ) si ferita denumit perlita de revenire sau perlita globulara ( figura 8. ) .

Figura 9. Perlita de revenire. MOx500

Are proprietati plastice foarte bune, dar caracteristici de rezistenta mecanica si duritate reduse.

3. Constituenti de calire si revenire ai fontelor cenusii .

Fontele cenusii pot fi calite corespunzator daca masa metalica de baza contine minim 0,4.0,5% C legat. Se precizeaza ca continutul total de C din fonte ( C_tot) este suma carbonului legat sub forma de cementita in perlita ( C_leg ) si a carbonului liber, sub forma de grafit ( C_gr ) .

C_tot= C_leg+C_gr

Daca C_leg=0 si C_tot=C_gr structura fontei este formata numai din ferita si grafit;

iar pentru C_leg=0,8%, matricea metalica este perlitica.

Calirea fontelor se efectueaza in general la temperaturi de 1123.1173^oK in ulei sau produse petroliere pentru a se evita tensiunile interne mari specifice racirii in apa. Structura microscopica a unei fonte calite este alcatuita din martensita tetragonala, austenita reziduala si grafit ( figura 9. ) .

Figura 10. Martensita tetragonala+austenita reziduala

+grafit lamelar. MOx500

Revenirea se aplica pieselor din fonta cu scopul inlaturarii tensiunilor interne, a micsorarii duritatii si cresterea rezistentei la rupere, plasticitatii si tenacitatii.

Revenirea joasa, 473.523^oK, se aplica pieselor care trebuie sa aiba o rezistenta mare la uzura. Microstructura este alcatuita din martensita de revenire, austenita reziduala si grafit ( figura 10. ) .

Figura 11. Martensita de revenire+austenita reziduala

+grafit lamelar. MOx500 .

Revenire medie, 623.723^oK, conduce la obtinerea structurii troostenitice de revenire care asigura bune caracteristici de rezistenta ( figura 11. ) .

Figura Troostita de revenire+grafit lamelar. MOx500

Revenire inalta, 773.873^oK, favorizeaza aparitia sorbitei de revenire alaturi de grafit ( figura ), iar daca incalzirea se face la temperaturi de 823.923^oK, matricea metalica devine perlitica globulara ( fig 13. )

Figura 13. Sorbita de

revenire+grafit lamelar. MOx500