Tratament de întărire

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea unui automobil, consultați Fiat Tempra .

1leftarrow blue.svg Element principal: Tratamente termice ale oțelurilor .

Tratamentul de întărire sau tempera [1] constă în general în răcirea bruscă a unui material după ce acesta este adus la temperatura de austenitizare . Acest proces este foarte frecvent pentru metale, dar este folosit și pentru sticlă, de exemplu.

Metal

Rata ridicată de răcire inhibă acțiunea difuzivă menită să restabilească echilibrul, iar numărul de locuri libere (și, prin urmare, de grupuri, adică grupări de defecte punctuale) care sunt implicate în temperatura de stingere este menținut la temperatura camerei. Mai general, se poate spune că stingerea, prin inhibarea proceselor difuzive necesare stabilizării termodinamice , transferă o stare competentă termodinamic la o temperatură mai mare la temperatura camerei.

Un singur cristal astfel tratat are o rezistență mecanică mai mare decât un singur cristal răcit lent.

Datorită întăririi, de exemplu, structura perlitică a oțelului este transformată în martensitică : aliajul care trebuie întărit este adus la o temperatură de aproximativ 50 ° C peste temperatura de austenitizare și este răcit foarte repede la temperatura camerei (nu neapărat este atins); astfel, neavând timp să se difuzeze, carbonul rămâne prins în interiorul celulei gamma ( CFC ) astfel încât, în loc să se transforme într-o celulă alfa ( CCC ) la temperatura camerei, există o structură diferită, tetragonală cu un corp centrat, care este tocmai martensitul.

În cele mai vechi timpuri, stingerea a fost efectuată, precum și în apă sau ulei, în diferite urine , care au putut furniza o anumită cantitate de nitrați și nitriți pentru a avea, de asemenea, o difuzie a atomilor de azot (nitrurare parțială).

Note privind oțelurile aliate

Oțelul cu o concentrație de carbon mai mare de 0,3-0,5% prezintă un nivel ridicat de risc de fisurare . Prezența elementelor de aliere încetinește dizolvarea carburilor în timpul austenitizării . Utilizarea oțelurilor aliate în piese supuse oboselii sau îndoirii poate fi periculoasă din cauza riscului de fisurare și, prin urmare, nu este recomandată dacă nu este esențială.

Întărirea sau solubilizarea soluției

Luați în considerare un aliaj format din solutul B dizolvat în matricea A. Dacă este încălzit până la dizolvarea completă a lui B și apoi răcit brusc, de obicei în apă sau ulei, la temperatura camerei, atomii lui B sunt paralizați în condiții metastabile, rezultând o și mai mult aliaj din plastic.

Se aplică oțelurilor inoxidabile austenitice (de exemplu: AISI 304 sau X5CrNi1810 , AISI 316 sau X5CrNiMo1712 ) pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune: răcirea lentă, de fapt, ar provoca separarea carburilor de crom la îmbinările granulelor, cu consecutiv sărăcirea sub 12% (limită pentru pasivare) și coroziune intercristalină .
În oțelul austenitic, manganul îmbunătățește rezistența . Întărirea soluției se face și pe aliajele de aluminiu din tratamentul termic, înainte de a începe procesul de îmbătrânire. Pe un aliaj de aluminiu, procedând cu un tratament de îmbătrânire, atât natural cât și artificial, îmbunătățește considerabil caracteristicile mecanice, deoarece se formează precipitate foarte fine care blochează mișcarea dislocărilor. Aliajele de aluminiu supuse îmbătrânirii sunt recunoscute prin abrevierea T6 (îmbătrânire artificială) sau T4 (îmbătrânire naturală). De exemplu AA-2xxx-T6 (seria de aluminiu din aliaj de aluminiu din aluminiu aluminiu + cupru tratat termic, îmbătrânit artificial)

Stingerea durității

Este un tratament termic care suprimă transformarea eutectoidă și duce la formarea martensitei prin răcire continuă. Având în vedere graficul curbelor CCT, curba vitezei de răcire la fiecare punct al piesei nu trebuie să traverseze curbele CCT, astfel încât să se formeze numai martensita. Rata la care se realizează acest lucru se numește viteza critică de întărire. Pentru viteze de răcire mai mari (° C / s), prin urmare, se va obține numai martensită (cu posibilă prezență minimă de austenită reziduală ), pentru viteze mai mici, structuri precum ferită și perlit vor fi obținute la miezul piesei.

Prin urmare, trebuie avut în vedere că de curba de răcire depinde

  • baie de întărire
  • caracteristicile termice ale oțelului
  • caracteristicile geometrice ale piesei tratate

în timp ce curbele CCT depind de

  • compoziția oțelului (de exemplu, carbonul le deplasează spre dreapta)
  • marimea unui bob
  • incluziuni nemetalice, carburi, azide sau segregări.

„Adâncimea întăririi” este detectabilă prin două metode, bazate pe principiul că duritatea depinde numai de cantitatea de martensită și de conținutul de carbon .

  • „Diametrul ideal”. Se măsoară diametrul critic (diametrul barei care după stingere are 50% martensită în centru), derivându-l din diametrul ideal al unei bare temperate într-o baie ideală de stingere , cu indice de drasticitate infinit H , grație diagramei propuse de Grossmann .
  • „Curba Jominy”. Un specimen cilindric este temperat și răcit conform unei metode standard, apoi urmează măsurarea durității Rockwell C de-a lungul axei sale și construirea unui grafic duritate - distanță de la extrem; acesta din urmă permite să evalueze și să compare călibilitatea diferitelor oțeluri (de exemplu 40CrMo4 este mai solidificabil decât C40 ); penetrarea de întărire poate fi obținută atunci când se cunoaște duritatea corespunzătoare a 50% din martensită.

Este posibil să obținem rezultatele primei metode din cele din a doua, datorită corelațiilor standard codificate în standardele ISO .

Mediu de încălzire

Trebuie evitate oxidarea și decarburarea părții întărite. Prin urmare, poate fi protejat cu ulei balsamic.

  • substanțe solide (așchii de fier gri, cărbune ), potrivite în cuptoare electrice, pentru oțeluri carbonice, cu aliaj scăzut până la 0,6% C, cu crom ridicat (de ex. X210Cr13 ) și temperatură de călire sub 1050 ° C;
  • substanțe lichide ( săruri topite) pentru piese valoroase, cum ar fi unelte de tăiere sau părți ale mașinilor, unde este necesară uniformitatea și precizia încălzirii;
  • substanțe gazoase (CO, CO 2 , H 2 , N 2 , gaze inerte) pentru tratamente economice la scară largă; un caz special este golul .

Rata de încălzire

Gradualitatea este necesară pentru a evita fisurile și tensiunile termice.

Temperatura de întărire

Trebuie avut grijă să nu creșteți temperatura excesiv (pentru a crește viteza de austenitizare ) deoarece există riscul supraîncălzirii bobului cristalin, arderii marginilor boabelor datorită infiltrării oxigenului , oxidării , decarburării , fragilității excesive a materialului obținut martensită , austenită reziduală. Acestea fiind spuse, temperatura este cu 30 ° C, 50 ° C, cu 70 ° C mai mare decât Ac 3, în funcție de mediul de răcire cu apă , ulei , aer sau băi de sare.

Permanenta in temperatura

Timpul de ședere depinde de gradul dorit de dizolvare a carburilor :

  • oțeluri de construcție, carbon și slab aliate: câteva minute
  • oțeluri de construcție cu aliaj mediu: cel puțin 15 minute
  • oțeluri pentru scule cu carbon și scăzut aliaj: 1 minut pe mm de grosime, cu maximum o oră
  • oțeluri aliate cu crom: 0,8 minute pe mm, cu maximum o oră
  • oțeluri de lucru la cald: maxim o jumătate de oră, dată fiind cantitatea redusă de carburi
  • oțeluri de mare viteză: sunt încălzite la cea mai ridicată temperatură, de aceea este necesar să se limiteze permanența la minimum (timpul în funcție de grosime)

Mediu de întărire

Fluidul optim trebuie să asigure:

  • rata de răcire ridicată în intervalul A 1 - M s pentru a evita formarea de perlit sau bainită ;
  • viteza modestă în intervalul M s - M f (însă nu prea mică pentru a nu crea austenită reziduală excesivă); această proprietate este proporțională cu diferența dintre temperatura fluidului și punctul său de fierbere ;
  • fluidul nu trebuie să se descompună la contactul cu metalul fierbinte.

Cele mai utilizate medii sunt apa, uleiul, sărurile topite și aerul și sunt clasificate în funcție de indicele de drasticitate H.

Există 3 etape de răcire pentru lichidele supuse fierberii:

  1. la primul contact al mediului cu piesa se formează o peliculă de vapori ( calefacție ), cu răcire relativ lentă;
  2. când se sparge, noul lichid atinge piesa, absoarbe căldura latentă de evaporare și astfel atinge eliminarea maximă a energiei ;
  3. cu trecerea sub temperatura de fierbere, există o scădere a îndepărtării căldurii .

Apa este cel mai frecvent mediu de stingere, în special pentru oțelurile cu carbon și unele oțeluri slab aliate, dar nu este fluidul ideal. Acțiunea sa poate fi îmbunătățită prin adăugarea de substanțe care îi cresc punctul de fierbere, de exemplu cu NaCl sau NaOH .

Uleiul mineral este potrivit pentru oțelurile slab și mediu aliate, adică capabile să formeze austenită stabilă și, prin urmare, transformabile cu o rată de întărire critică scăzută. Se apropie de fluidul ideal, reducând tensiunile interne și defectele de întărire.

Aerul este recomandat pentru oțelurile foarte aliate și oțelurile joase și medii aliate în piese complexe

Sărurile topite, potrivite pentru piese care nu sunt prea mari și din oțel bine întărit, excelează mai ales în tratamente izoterme pentru a înlocui întărirea.

Întărire prin inducție

Un bun conductor de electricitate , plasat într-un câmp magnetic alternativ, se încălzește datorită efectului Joule datorită curenților induși: acest fenomen permite aducerea unui obiect din oțel la o temperatură ridicată și, prin urmare, austenitizarea .

Datorită efectului de piele al curentului alternativ, grosimea stratului încălzit variază cu frecvența curentului (dar depinde și de conductivitatea materialului); industrial, sunt utilizate generatoare de frecvență joasă (mai puțin de 5 kHz), medie (5 până la 30 kHz) și de înaltă frecvență (200 kHz); stratul de material afectat de încălzire este invers proporțional cu frecvența generată (frecvența joasă corespunde straturilor mai profunde).

Urmează faza de răcire, care poate avea loc prin imersiune sau pulverizare; exemple de „întărire localizată” sunt: ​​lame pentru foarfece sau cositoare, clește de tăiat, arături , dinți dințate și mai presus de toate piesele care se rotesc în timpul încălzirii.

„Întărirea progresivă” implică în schimb alunecarea piesei în raport cu bobina și răcirea imediată a suprafeței de ieșire. Metoda este utilizată pentru ghidaje de paleți , lame pentru ferăstrău, dinți mari pentru angrenaje , arbori de transmisie, tije de acționare pneumatice, rulmenți cu role ...

Ultima fază a procesului este temperarea prin inducție , la 160-200 ° C.

Pentru a evita crăpăturile, oțelurile care pot fi supuse unui astfel de tratament sunt oțelurile cu carbon sau slab aliate ( 39NiCrMo3 ) cu C = 0,30-0,50% (clasificabile în oțeluri de la recuperare ) (excepție: dacă stingerea trebuie să ajungă în centrul piesei, 100Cr6 și 100CrMn4 poate fi utilizat, de exemplu la rulmenți rulanți ). Recuperarea servește pentru a obține o structură de pornire cu carburi fine, care se dizolvă rapid în austenită în timpul încălzirii rapide și un miez tenace ; din motive inverse sunt excluse oțelurile recoapte (carburi grosiere și miez slab dur).

Stingerea bainitică (austempering)

Face parte din tratamentele de întărire izotermă. Pe scurt, oprirea în baia termală, la o temperatură chiar peste M s (temperatura de pornire a transformării martensitei ), duce la transformarea completă a austenitei în bainită inferioară, obținându-se un material mai tenace, mai puțin tensionat și fără a fi nevoie de temperare. . Se poate spune că bainita inferioară obținută din acest proces este structura cu cele mai bune caracteristici mecanice în comparație cu toate celelalte structuri obținute din diferitele tratamente termice. Evident, acesta este și un concept relativ, de fapt depinde de ceea ce necesită proiectul. Cu toate acestea, dacă ne punem în logica de a fi capabili și de a dori să clasificăm caracteristicile mecanice obținute din diferitele structuri, bainita inferioară ar fi pe prima treaptă a podiumului. Cu toate acestea, procesul termic pentru obținerea acestuia trebuie să fie neapărat izoterm și, dată fiind complexitatea, devine costisitor și, prin urmare, nu este încă foarte răspândit. Mergem adesea la alternativa cea mai apropiată de bainita inferioară, adică sorbitul obținut din călire (în general la T≈550 ° C - 600 ° C) precedat, evident, de o stingere a durității (amintiți-vă că stingerea + temperarea = recuperare ).

Brevet

Este o variantă de temperare bainitică, constând în trecerea oțelului armonic cu mișcare continuă în interiorul unei băi termice de plumb topit la 500 ° C. Se obține perlit fin, potrivit pentru desen .

Temperare scalară (Martempering)

Temperarea la temperaturi scăzute nu elimină întotdeauna în mod adecvat fisurile și distorsiunile. Prin urmare, este recomandabil să recurgeți la martempering, adică pauza izotermă la o temperatură ușor mai mare de M s , într-o baie de sare , pentru timpul strict necesar pentru uniformizarea temperaturii piesei, dar nu suficient pentru formarea bainitei . Urmează răcirea în aer și temperarea .

Avantaje : formarea simultană a martensitei , fără oxidare sau decarburare dacă răcirea finală are loc într-o atmosferă de protecție, rezistență mai mare în detrimentul unei durități puține.
Dezavantaje : costuri mai mari ale implantului, mai multă austenită reziduală

Trebuie amintit că martemperarea este adesea utilizată în cazurile în care este necesară întărirea pieselor mari (de exemplu angrenaje ale motoarelor marine, matrițe pentru materiale plastice) care pot ocupa volume în ordinea de metri cubi. Având în vedere dimensiunile piesei, este ușor să ne imaginăm cum diferența de temperatură dintre suprafață și miezul piesei poate asuma valori foarte mari dacă se efectuează un tratament tradițional de întărire (fără pauza izotermă de martemperare). Stările de stres ar presupune, prin urmare, valori foarte ridicate și, în consecință, periculoase pentru integritatea piesei.

Starea de stres a unui obiect întărit

Tensiunile reziduale sunt dăunătoare, deoarece pot provoca fisuri și variații geometrice. Cauza este întotdeauna gradientul termic.

Tensiuni termice

Acestea sunt determinate de contracția non-simultană a stratului interior și exterior al unei piese. Sunt proporționale cu drasticitatea răcirii, cu temperatura de călire și cu grosimea, în timp ce sunt invers proporționale cu rezistența metalului; deosebit de evidente sunt în metalele fără transformare în fază solidă, cum ar fi oțelurile cu carbon extra-moale, oțelurile inoxidabile feritice și austenitice .

Tensiunile structurale

Transformarea austenitei în martensită , bainită sau perlit implică creșterea volumului; deoarece inima și suprafața nu se transformă în același timp, apar tensiuni de tracțiune și compresie.

Cea mai favorabilă situație constată stresul compresiv al învelișului exterior și tracțiunea inimii, implementând un fel de „deformare sferică” care nu numai că nu prezintă motive de pericol, ci favorizează mai degrabă rezistența la oboseală și îndoire (având în vedere că acestea sunt adăugat algebric la sarcinile externe).

Luați în considerare oțelurile aliate: curbele lor CCT sunt foarte departe spre dreapta în raport cu curbele de răcire și acest lucru facilitează crearea de solicitări elastice reziduale care nu sunt distribuite în mod adecvat. Prin urmare, utilizarea lor în cazul pieselor supuse oboselii sau îndoirii trebuie evaluată în mod adecvat. De obicei, o distribuție mai bună a tensiunilor reziduale are ca rezultat oțeluri numai cu carbon .

În cele din urmă, se acordă atenție elementelor suplimentare care trebuie evaluate pentru a conține tensiuni de stingere: rata de încălzire, procentul de carbon mai mare de 0,3 - 0,5%, mediul de încălzire care poate provoca oxidare sau decarburare , temperatura de întărire excesivă care face fragilă martensita produsă , rată de răcire, austenită rămasă, baie de stingere care nu asigură uniformitatea temperaturii (pentru oțelurile foarte aliate se recomandă ca aerul să se calmeze).

Sticlă

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Sticlă călită .

Metodă

Stările de tensiune pot fi văzute uitându-se la sticlă în lumină polarizată .

Piesa trebuie să fie tăiată la dimensiunile necesare și orice prelucrare (cum ar fi netezirea marginilor sau găurirea și contrasuflarea) trebuie efectuată înainte de întărire. Paharul este apoi plasat pe o masă cu role pe care alunecă în interiorul unui cuptor care îl încălzește la temperatura de întărire de 640 ° C. Apoi este răcit rapid de jeturile de aer. Acest proces răcește straturile de suprafață, făcându-le să se întărească, în timp ce interiorul rămâne fierbinte mai mult timp. Răcirea ulterioară a părții centrale produce o solicitare de compresiune pe suprafață echilibrată prin relaxarea tensiunilor în partea internă. Stările de tensiune pot fi văzute uitându-se la sticlă în lumină polarizată .

Avantaje și dezavantaje

Sticla securizată [2] este de aproximativ șase ori mai puternică decât sticla flotantă , deoarece defectele suprafeței sunt menținute închise de tensiunile mecanice de compresie, în timp ce partea internă rămâne mai liberă de defectele care pot declanșa fisuri.

Unul dintre principalele avantaje ale sticlei securizate se referă la utilizarea pentru uși, blaturi și obloane destinate utilizării civile și rezidențiale. Temperamentul previne ca, în caz de spargere, porțiuni mai mult sau mai puțin mari ale foii de sticlă să pericoleze siguranța utilizatorilor sau cei care ar putea fi accidental în apropiere în cazul unei spargeri care ar putea fi cauzată de cele mai diverse motive: coliziuni violente cu cărucioare, scule, căderi sau altele asemenea.

Pe de altă parte, aceste tensiuni au dezavantaje. Datorită echilibrului stresului, orice deteriorare a marginii foii face ca geamul să se spargă în multe fragmente mici. Acesta este motivul pentru care tăierea trebuie făcută înainte de întărire și nu se mai poate face nicio prelucrare.

Notă

  1. ^ Ambii termeni sunt corecți chiar dacă al doilea este mai puțin frecvent. Folosit de exemplu pentru sticla călită .
  2. ^ În cazul sticlei, utilizarea termenului „temperat” este mult mai frecventă decât termenul „temperat”.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 56100
Inginerie Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie