diagrama fier carbon incompleta

1.Particularitatile diagramei Fe-C
DIAGRAMA
Diagrama Fe-C este o diagrama incompleta , continutul de C merge pana la 6,67%, peste aceasta concentratie aliajele nu mai au cautare in industrie , iar limitele diagramei sunt greu de determinat .
Pe diagrama Fe-C apar doua feluri de linii : continue si intrerupte , aceasta din cauza ca sunt 2 diagrame suprapuse.
Cu linii continue avem aspectul nestabil al diagramei Fe-C, topiturile cristalizeaza cu acest aspect in cazul racirilor relative rapide sau cand topiturile contin elemente antigrafitice ( Mn , Cs, W , S , P) .
Cu linii intrerupte avem aspectul sau stabil al diagramei Fe-C , topiturile cristalizeaza cu acest aspect in cazul racirilor extrem de lente sau cand ele contin elementele grafitizante ( Al , Si , Cu , C , Ni) .
Diagrama Fe-C are in acest aspect complicat datorita transformarilor in satare solida care determina aparitai sub linia solidus a unor linii suplimentare .
Transformarea in stare solida are 2 cauze . Variatia solubilitatii cu temperature pe diagram Fe-C apar 2 linii suplimentare : ES indica scaderea solubilitatii cu temperature carbonului in Fe γ.
Transformarile aleotropice componentilor in anumite intervale ale retelei cristaline diferite.
2 Diagrama Fe-Fe3 C
Diagrama
ABCD –linia lichidus ,AHJECFD – linia solidus. Apar 3 orizontale :H2B este orizontala perlitica iar B este punctual perlitic :ECF este orizontala eutectica de-a lungul ei are loc reactia eutectica la temperature constante se descompune intr-un amestec subst: Psk este orizontala eutectoida de-a lungul ei are loc reactia eutectoida .
E desparte domeniul otelurilor de cel al fontelor
0 – 0,2%C fier ethnic pur ; 0,02 – 2,11%C Oteluri carbon ;
2,11 - 6,67%C fonte albe;
3.Puncte critice in diagrama Fe-Fe3 Punctele critice reprezinta temperaturile la care au loc transformarile in structura aliajelor . Se noteaza cu A urmat de o cifra care indica felul transformarii(ex A1,A2). Litera r arata ca transformarea are loc la racier si c la incalzire
Depasirea la incalzire a punctului A1 determina transformarea perlitei in austenita , iar racirea rapida din domeniul austenita si ferita conduce la obtinerea structurii formate din martensita si ferita. Datorita prezentei feritei structura de calire incomplete va avea o duritate mai mare decat cea initiala insa nu va avea duritatea maxima .
Depasirea punctului A3 conduce la obtinerea prin racier rapida a martensitei ceea ce corespunde la obtinerea duritatii maxime .
4.Constituenti de echilibru al diagramelor Fe-C
Ferita Este o solutie solida de intrepratundere a C in Fe2 Ca urmare solutia solida ά va avea retea cubica cu volum centrat . Ferita dizolva C in cantitate redusa si anume max 0,02% - la 727°C ; si 0,008% -20°C . Ca orice solutie solida ferita este moale si plastica , duritatea ei fiind de 60 HB putand sa creasca prin ecruisare ( durificare la rece) sau prin aliere cu diferite elemente pana la 80 HB . La microscop apar sub forma de granule de culoare alba . Ferita este constituentul de baza al otelurilor moi si extramoi , adica a otelurilor cu continut scazut de C.
Cementita ( Fe3C) Contine 6,67%C are o retea cristalina complexa de tip diamante si o duritate foarte mare 750 Hb . In campurile diagramei se intalnesc Ce I , CeII , CeIII este vorba despre una si aceeasi structura , acelasi constituent ( Fe3C)deosebirea consta in modul de formare .
CeI se separa de lichid la temperature inalte de-a lungul liniei CD
CeII precipita din solutia solida ά de-a lungul liniei ES la temperature mai scazute .
CeIII precipita din solutia solida ά la temperature si mai joase de-a lungul liniei PQ
Perlita sau etectoidul diagramei Fe-Fe3C , contine 0,8 %C si este un amestec mechanic intre ferita si cementita . Proprietatile mecanice ale perlitei sunt intermediere intre cele ale feritei si cementitei , putand insa varia in limite relative largi in functie de gradul de dispersie . Se poate prezenta sub doua forme , lamelara sau globulara ,dupa forma cementitei
Austenita sau solutia solida gama : este o solutie solida de intrepratundere a carbonului in fierul γ , are reteaua cristalina a acestuia (cfc) si este paramagnetica . Austenita dizolva carbon pana la 2,06% la temperature autectica(1147°C) . In mod normal austenita este stabile la temperature inalte , de peste 723°C , dar poate si intalnita si la temperature ambientala , in otelurile aliate cu Ni , Mn , Cu . Ca orice solutie solida austenita este moale si plastica .
Ledeburita reprezinta eutecticul diagramei Fe-Fe3 , contine 4,3% C si este un amestec mechanic intre austenita si cementita intre 1147 si 723°C . Continand cementita in cantitate mare , ledeburita este dura (100Hb) s fragile , ledeburita este constituentul de baza al fontelor albe .
Grafitulapare in structura fontelor cenusii si este constituit din carbon pur . Carbonul precipita la racirea aliajelor fier –carbon numai in cazul racirilor foarte lente sau dca acestea contin elemente grafitizate ca aluminiul , siliciul , nichelul si carbonul in cantitati mari . Grafitul este un constituent moale , fara rezistena mecanica si densitate mica .
13.Structurile de neechilibru. Perlita Atat otelul cat si fontele cenusii prezinta in masa de baza aceeasi constituenti metalografici si anume cementita si perlita .Aceste structuri se numesc de echilibru , deoarece se regasesc in campurile diagramei de echilibru si se obtin din austenita la raciri lente sau in general la transformari izoterme cu grade mici de subracire. La tratamentele termice intervin adeseori transformari cu grade mari de subracirecunoscute sub numele de tratament termic de neechilibru . Familia perlitei cuprinde perlita, sorbita si trostita , toate acestea sunt amestecuri mecanice intre ferita si cementita . Perlita se obtine de austenita la 700°C Aceasta transformare poate fi izoterma sau la racire continua .Perlita creste in interiorul structurii austenitice , pornind de la un germene de cementita si formeaza o colonie de lamele
14.Structurile de neechilibru. Bainitei Atat otelul cat si fontele cenusii prezinta in masa de baza aceeasi constituenti metalografici si anume cementita si perlita .Aceste structuri se numesc de echilibru , deoarece se regasesc in campurile diagramei de echilibru si se obtin din austenita la raciri lente sau in general la transformari izoterme cu grade mici de subracire. La tratamentele termice intervin adeseori transformari cu grade mari de subracirecunoscute sub numele de tratament termic de neechilibru.
Familia bainitei cuprinde doi constituenti si anume bainita superioara si bainita inferioara . Aceste structuri in mod obisnuit se pot obtine numai in urma transformari izoterme sau la racire cu viteza mica . In intervalul 300 - 450°C austenita sufera transformari partial determinate de difuziune , asfel se formeaza ferita suprasaturata in carbon . Bainita superioara ia nastere la 400- 450 °C prin aparitia in austenita a feritei suprasaturate Aceasta bainita are prop mecanice bune dar este fragile. Bainita inferioara se formeaza la 300 – 350 °C
15 Martensita se obtine la racire cu viteza mare a austenitei ,are loc transformarea γ- α fara ca excesul de carbon sa paraseasca reteaua cristalina . Intreaga cantitate de carbon din austenita va fi regasita in ferita ,ferita asfel obtinuta este suprasaturata in carbon . Martensita are o duritate mare 60 HRC si plasticitate redusa in cazul otelului aliat martensita devine foarte fina .Prin revenire martensita din structura de neechilibru se transforma in structuri apropiate de echilibru fara ca aceasta stare sa fie atinsa.Martensita de revenire se obtine in urma unei reveniri joase 150-200 °C de aici rezulta martenita de revenire , troostita de revenire si sorbita de revenire.
22.Recoacerea de recristalizare nefazica Prin recapatarea prop plastice , materialul ecruisat se supune incalzirii la temperature superioare temperaturii de recristalizare si sub temperature punctului critic inferior . Recoacerii de recristalizare se supun semifabricatele sub forma de benzi , table ,tezi ,bare si sarme trase sau trefilate la rece , precum si piesele matritate sau ambutisate la rece . Recoacerea se aplica inainte de deformarea la rece ca operatie intermediara sau ca operatie finala . Temperatura de recristalizare depinde de compozitia chimica ca si de conditiile deformarii anterioare. Temperature de recoacere se allege in functie de tipul otelului si de natura prelucrarii prin deformare . In cursul recoacerii se recristalizeaza ferita , iar cementita se globulizeaza iar otelul capata o plasticitate mai mare .Racirea produselor recoapte moi trebue sa se realizeze repid .
23. Recoacerea obisnuita sau completa Se aplica de cele mai multe ori dupa operatiile de deformare plastica la cald si reprezinta tipul caracteristic pentru otelurile hipoeutectoide. La recoacerea completa are loc transformarea tuturor fazelor din structura ceea ce duce la finisarea si uniformizarea granulatiei , micsorarea duritatii , inlaturarea tensiunilor interne . Incalzirea se face cu 30-50 °C peste temperature punctului critic , durata de mentinere depinde de calitatea otelului , de dimensiunile piesei , de structura initiala de tipul instalatiei de incalzire . durata de incalzire la recoacere ese mai mare decat durata la calire deoarece structura initiala grosolana se transforma si se omogenizeaza mai greu .Racirea se face lent .
29. Calirea otelurilor Prin calire se intelege tratamentul termic care conduce la formarea unei structuri martensitice adica a unor structuri in afara de echilibru de tip solutie suprasaturata. In cazul calirii patrunse se urmareste ca structura de calire sa se obtina pe intreaga suprafata a piesei. Calirea consta in incalzirea otelurilor in domeniul de existenta a austenitei urmata de o racire cu viteza superficiala . Viteza critica inferioara de calire Vcri la care austenita incepe sa se transforme in martensita. Viteza critica superioara de calire , reprezinta viteza minima la care austenita se transforma in martensita. Racirea pieselor cu viteza intermediara intre Vcrs si Vcri conduce la aparitia unor structuri formate din prop variabile de martensita si alti constituenti structurali .
30. Calirea clasica sau obisnuita cunoscuta sub denumirea de calire continua sau simpla consta in austenizarea pieselor , urmata de o racire completa a acestora cu viteze supracritice intr-un singur mediu de racire avand temperatura ambianta.Viteza de racire este maxima la suprafata si scade catre viteza minima in centrulsectiunii. Cantitatea de martensita care formeaza la racire in diversele puncte din sectiune este functie de raportul in care se afla vitezele de racire ale suprafetei si centrului cu viteza critica de calire. Daca mediul de racire are o capacitate de racire suficienta iar piesele sunt subtiri , acestea se calesc pe intreaga sectiune . Daca mediul de calire are o capacitate de racire mai scazuta iar piesele sunt massive sau din otel cu conductibilitate scazuta este posibil ca sa apara si structuri intermedieare sau chiar perlitice. Acest procedeu de calire este simplu din punct de vedere al executiei dar prezinta dezavantajul ca pe sectiune se creaza diferente mari de temperature intre suprafata si centrul piesei , ele determina tensiuni interne si structurale mari care duc la deformatii mari sau chiar fisuri in piese.
31. Calirea in trepte Consta in racirea pieselor austenizate succesiv in doua medii de racire mai intai cu o viteza supracritica intr-un mediu de racire cald avand o temperature superioara cu 20-30 °C punctului Ms urmata de o mentinere de scurta durata la temperature acestuia in vederea egalizarii temperaturii pe sectiunea piesei iar apoi racirea finala intr-un mediu avand temperature ambianta , cu viteza de racire mai mica, dar sufficient pentru a nu se intersecta curbei TTTI in zona structurilor de tranzitie . Drept mediu de racire calde se intrebuinteaza bai de saruri tobite , metale tobite sau ulei cald.Racirea finala se executa in ulei rece sau chiar in aer . Datorita egalizarii de temperature care se produce in timpul mentinerii in primul mediu de racire la calirea in trepte diferenta de temperatura intre centrul si suprafata piesei in intervalul de transformare martensitica este mult mai mica. Calirea in trepte se aplica la piese cu configuratie complexa sau variatii bruste de sectiune din oteluri aliate care au tendinta mare de deformare sau fisurare deoarece prin acest procedeu deformatiile se reduce simtitor.calirea in trepte are insa dezavantajul ca nu se aplica la piese cu grosime mare intrucat mediile de calire calde au capacitate de racire mai redusa
32.Calirea izoterma este un procedeu de calire patrunsa care consta in racirea pieselor austenitizate succesiv in doua medii de racire dintre care primul este cald avand o temperature superioara punctului Ms cu 20-120°C . In cazul acestui procedeu de calire durata de mentinere in primu mediu de racire este mai mare decat durata de transformare izoterma a austenitei la temperature mediului de racire . Mentinerea in primul mediu de racire se efectueaza in scopul racirii cu ziteza supracritica a egalizarii temperaturii pe sectiune si a transformarii izoterme. Racirea finala pana la temperature ambianta este indiferenta deoarece nu mai influentiaza structura. Se obtine o structura bainitica in functie de temperature de mentinere a primului mediu de racire . daca temperature de transformare izoterma este cu 20 – 60 °C superioara punctului Ms se obtine bainita inferioara iar dca este cu 60- 120 °C deasupr lui Ms se obtine bainita superioara Principalul avantaj al acestui procedeu de calire consta in faptul ca in timpul transformarii temperatura este uniforma pe sectiunea piesei . Tensiunile superficiale sunt practice nule ceea ce determina deformatii minime cauzate numai de tensiuni termice care si ele sunt mai reduse decat la alte procedee de calire
24.Recoacerea incomplete Incalzirea se face cu 30 - 50°C peste temperature punctului critic A1 urmata de mentinerea corespunzatoare si racire lenta. Aceasta recoacere se aplica deca structura initiala este corespunzatoare din punct de vedere al granulatiei dar duritatea este prea mare din cauza unei perlite fin dispersate . La recoacerea incomplete are loc recristalizarea numai a perlitei , micsorarea gradului ei de dispersie si deci micsorarea duritatii.
25.Recoacerea de normalizare Incalzirea se face pana in domeniul pur austenitic pentru toate otelurile si anume cu 30 – 50 °C peste A3 la otelurile hipoeutectoide si cu 50 – 70 °C peste Acem la otelurile hipoeutectoide. Incalzirea otelurilor hipoeutectoide se face peste Acem pentru distrugerea retelei de cementita secundara. Pentru toate otelurile racirea se va face in aer. Normalizarea se aplica numai otelurilor carbon si slab aliate care au calibilitatea redusa si racirea in aer conduce la obtinerea structurilor de echilibru sau usor in afara acestora (sorbita) Din punc de vedere al structuriice se obtine aceasta fiind mai fina si avand o cantitate mai mare de perlita , asfel se obtin oteluri cu 0,5 – 0,6%C se obtin structuri complet perlitice
26. Recoacerea de omogenizare La cristalizarea otelurilor apar neomogenitati chimice cunoscute sub denumirea de segregatii si care pot fi – segregatii microscopice care se manifesta in special in lingouri si care nu pot fi inlaturate prin tratament termic(dispar sau se atenuiaza la deformarile plasticecu grade mari de deformare) – microsegregatii (segregatii dentrice) la care neomogenitatea se manifesta la nivelul cristalelor.Segregatia dentrica in lingouri micsoreaza capacitatea de deformare Plastica la cald si faciliteaza ruperea intercristalina . De asemenea accentueaza antizotropia prop in produsele deformate la cald. Omogenizarea compozitiei chimice in cazul pieselor si lingourilor are loc prin incalziri la temperature inalte (1050- 1250 °C)cu mentineri de 20 – 30 de ore , incalzirea si racirea se efectueaza cu viteze foarte mici.In practica industriala recoacerea de omogenizare se aplica lingourilor si pieselor mari turnate din otel alial, pentru carburare .
27. Recoacerea de inmuiere sau de globulizare Reprezinta tipul characteristic de pentru otelurile dure si extradure 0,6 – 1,4%C . Prin recoacerea de globulizare are loc transformarea cementitei sau carburilor din forma lamelara in forma globulara ceea ce duce la imbunatatirea prelucrabilitatii prin aschiere si a comportarii la alire
28 Recoacerea de detensionare Detensionarea se aplica pieselor obtinute prin turnare , sudare , deformare plastica ,dar daca produsele respective se supun unor alte operatii de recoacere care se fac la temperature sufficient de mari pentru inlaturarea tensiunilor interne iar racirea are loc sufficient de lent pentru a nu se introduce alte tensiuni nu se mai aplica in mod special recoacerea de detensionare. Atunci cand detensionarea este urmarita in mod expres recoacerea se numeste detensionare si trebue efectuata cat mai repede dupa prelucrarea care a produs tensiuni interne, pentru a evita deformarea sau fisurarea piesei.