Mecanismul de formare al crăpăturilor la cald

1.1. Domeniul de formare al crapaturilor la cald.

Crapaturile reprezinta un defect frecvent intalnit la piesele turnate, ele au o pondere mai ridicata fata de multitudinea de defecte de turnare, de aceea in literatura de specialitate se acorda o atentie deosebita formarii crapaturilor la cald.

Crapaturile la cald sunt ruperi partiale sau totale in sectiunea peretilor piesei turnate, determinate de tensiunile de intindere care au valori egale sau mai mari decat rezistenta la rupere prin tractiune a aliajului.

Crapaturile la cald se formeaza in intervalul de solidificare al aliajului si sunt determinate de franarea contractiei liniare libere.

In intervalul de solidificare proprietatile mecanice de rezistenta si de plasticitate ale aliajelor sunt foarte scazute.

Daca tensiunile mecanice sunt mai mari decat limita de rupere a aliajului, atunci se produc crapaturi la cald. Crapaturile la cald au loc la limita grauntilor primari de acea prezinta o suprafata de ruptura intercristalina, au dimensiuni mari, sant largi, de intindere mica si fara tendinta de a se propaga in continuare (punctul lor terminal este rotunjit, sunt intotdeauna oxidate).

Crapaturile la cald apar perpendicular pe directia de actionare a contractiei.

Fig.1. Domeniul de formare a crapaturilor la cald

Crapaturile la cald sunt exterioare si interioare; cele interioare sunt foarte periculoase, deoarece nu pot fi descoperite printr-un control obisnuit al pieselor turnate. Aparitia crapaturilor la cald nu se deosebeste de aparitia crapaturilor la rece, deoarece orice crapatura apare atunci cind tensiunea creata este mai mare decat rezistenta de rupere a aliajului respectiv.

Dar deosebirea principala intre conditiile de formare ale crapaturilor la cald si ale crapaturilor la rece consta in faptul ca acestea din urma se formeaza in zona temperaturilor de deformatii elastice ale metalului in legatura cu contractia postperlitica. Crapaturile la cald se formeaza insa sub actiunea contractiei anteperlitice la temperaturi inalte, cand practic deformatiile elastice nu exista.

1.2. Influenta contractiei

Curbele de contractie ale aliajului fier-carbon.contractia %

- tot - t - pp 2 1

dp

- ap

di

1500 1000 500 0 T 0C

Fig.2. Curbele de contractie pentru aliajele fier - carbon (1) si otel austenitic (2).

di ~ 0 - 1%; - ap - contractie anteperlitica (antemartensitica); dp - dilatarea perlitica

- pp - contractia postperlitica (postmartensitica)

- ap = 0 - 3%  - ap < 1% pentru oteluri nealiate

- ap ~ 3% pentru oteluri austenitice

dp - este cauzata de transformarea austenitei in perlita si se produce cu marire de volum

dp = 0,2 - 0,4%; - pp = 0,7 - 1,1%

- ll - contractie liniara libera

- ll = -di + - ap - dp + - pp, pentru transformarea perlitica

- ll = -di + - ap - dp - - pp, pentru transformarea marensitica

- tot = - ap + - pp, contractie totala

- t = - tot - di, contractie de turnare

Marimea contractiei reale se adopta adesea destul de aproximativ se fara sa se tina seama de influenta compozitiei chimice a otelului care determina de fapt proprietatile de plasticitate si de rezistenta precum si marimea contractiei liniare a acestuia.

Cercetarile experimentale s-au efectuat cu ajutorul unui aparat pentru determinarea contractiei liniare libere a unor oteluri Epruveta pentru determinarea contractiei are forma trapezoidala cu lungimea de 480 mm si sectiunea de 210 mm2.

Cercetarile au avut ca scop determinarea influentei carbonului si elementelor de aliere (Ni,Cr,Cu) asupra contractiei reale in conditii de franare identice.

Fig. 3. Influenta carbonului asupra contractiei liniare totale a otelului:

----- contractie libera; contractie franata.

- ap - contractia anteperlitica are loc in intervalul de temperatura 1470-6900C.

- pp - contractia postperlitica are loc in intervalul de temperatura de la 650 pana la racirea completa.

Tabelul 1

Component structural Fier

(Ferita)

Cementita Austenita cu 0,9 %C Perlita

Volumul specific 0,1271 0,1304 0,1275 0,1286 0,1310

Greutatea specifica si volumul diferitilor constituenti structurali ai otelului.

Din compararea curbelor contractiei libere si franate se observa caracterul lor diferit in special pana la transformarea . Pe masura cresterii continutului de carbon, deosebirea dntre marimea contractiei libere si franate se micsoreaza. Acest lucru este determinat de fptul ca prin marirea continutului de carbon are loc cresterea caracteristicilor de rezistenta ale otelului si micsorarea franarii contratiei.

Marimea contractiei libere a otelului inainte de transformarea  se micsoreaza in mod sensibil cu cresterea continutului de carbon pana la 0,25 - 0,30%. Analog se schimba si contractia liniara libera in functie de continutul de carbon. Contractia dupa transformarea  se micsoreaza intr-o masura neansemnata pe masura cresterii continutului de carbon.

Franarea in acest caz are o influenta redusa asupra marimii contractiei, deoarece otelul la temperaturi inferioare punctului Ar3 poseda deja o importanta valoare a rezistentei si a limitei de curgere. Cea mai mare importanta la micsorarea contractiei franate o are deformatia plastica in zona temperaturilor inalte.