Tratamente Termice Superficiale

10. Tratamente termice superficiale

10.1 Călirea martensitică superficială

10.1.1 Modificări structurale şi de proprietăţi

Se călesc superficial, curent, piesele şi sculele din oţeluri carbon şi slab aliate cu un conţinut de carbon între 0,35% şi 0,6 % şi din fontă cu grafit lamelar, nodular sau în cuiburi a căror masă metalică conţine 0,6 – 0,8 % C.

Călirea martensitică superficială constă în încălzirea stratului superficial în domeniul austenitic, la temperaturi Ac3+30…50˚C, menţinere de scurtă durată, urmată de răcirea suficient de rapidă, peste viteza critică superioară, în scopul formării în acest strat a unei structuri martensitice şi a unor tensiuni interne remanente de compresiune; zonele interioare neafectate de încălzire păstrează o structură iniţială tenace şi plastică, în care sunt prezente tensiuni remanente de întindere (fig.10.1) [3].

În stratul intermediar, situat între cel superficial şi restul volumului piesei, se realizează structuri de călire incompletă cu durităţi ce variază de la valorile corespunzătoare martensitei, la cele ale structurii iniţiale (fig. 10.2).

Existenţa zonei intermediare înlătură posibilitatea nedorită de exfoliere sau fisurare a stratului. Pentru a se obţine o distribuţie corectă (fig. 10.2, curba 1), condiţiile de încălzire trebuie astfel alese încât temperaturile supracritice să fie atinse numai în puncte bine determinate impuse constructiv pe desenul de execuţie al piesei. Curbele 2 şi 3 reprezintă distribuţii nefavorabile ale durităţii, întrucât în primul caz zona intermediară lipseşte iar în al doilea caz stratul are o adâncime prea mare micşorând tenacitatea globală a piesei [3].

10.1.2 Influenţa vitezei de încălzire asupra transformărilor structurale care au loc la călirea martensitică

Viteza de încălzire influenţează în mod nemijlocit mecanismul şi cinetica transformărilor structurale la încălzire şi indirect morfologia şi proprietăţile structurilor finale, după răcire [4].

Când încălzirea materialelor metalice se face în condiţii apropiate de echilibru şi transformările au loc după o cinetică normală, care se bazează pe difuziunea atomică în stare solidă, ele pot fi descrise cu ajutorul diagramelor termocinetice (diagramele TTT) la încălzirea continuă. Din diagrama TTT la încălzirea continuă a oţelului cu 0,7% C (fig. 10.3), având ca structură iniţială perlita globulară (linia continuă) sau sorbită (linia întreruptă), se constată că prin creşterea vitezei de încălzire, intervalul termic al transformării austenitice este deplasat către temperaturi din ce în ce mai ridicate, iar durata transformării se reduce corespunzător de la câteva ore la câteva minute sau chiar secunde [4]. De asemenea, se poate observa că, austenitizarea structurilor iniţiale mai fine (sorbită) se termină mai repede şi la temperaturi mai coborâte.

Austenita obţinută prin încălziri rapide este foarte neomogenă, deoarece vitezele mari de încălzire frânează procesele de difuziune atomică în stare solidă. Astfel, analiza roentgenostructurală a martensitei obţinută prin călire, în urma unei austenitizări cu viteză mare de încălzire, indică o neomogenitate chimică foarte mare.

Deplasarea intervalului de transformare la creşterea vitezei de încălzire are ca efect atât creşterea vitezei de germinare cât şi a vitezei de creştere a grăunţilor de austenită. Cum viteza de germinare creşte mai repede decât viteza de creştere, efectul final este de finisare a granulaţiei austenitice.

La încălzirea rapidă se finisează şi substructura austenitei în sensul că se micşorează sensibil dimensiunile blocurilor în mozaic şi concomitent cu aceasta are loc o creştere a tensiunilor de ordinul II şi a durităţii (fig. 10.4) [4].