7

1. BAZELE TEORETICE ALE TRATAMENTELOR TERMICE

1.1. Operaţiile de bază ale tratamentelor termice

În cazul cel mai general, un tratament termic presupune o încălzire apiesei până la o anumită temperatură, o menţinere a ei la această temperaturăşi apoi o răcire efectuată în condiţiuni bine determinate. Această succesiunede operaţii se numeşte ciclu de tratament termic şi se reprezintă grafic subforma unei curbe în coordonate temperatură-timp (fig.1.1), curba continuănotată eu Ts reprezentând variaţia temperaturii suprafeţei piesei, iar cea notatăcu Tc, variaţia temperaturii centrului.

Fig. 1.1. Ciclul de tratament termic

Pentru ca un ciclu să fie complet determinat, trebuiesc cunoscuţi următoriiparametrii:- temperatura iniţială a piesei, Tpi;- temperatura finală a piesei, Tpf ;- durata încălzirii, τi;- durata de menţinere la temperatura finală, τm ;- durata răcirii, τr;- viteza de încălzire, Vî ;- viteza de răcire, Vr .

8

Aceştia se stabilesc în funcţie de o serie de factori dintre care cei maiimportanţi sunt: compoziţia chimică, destinaţia piesei, forma şi dimensiunileei, starea de tensiuni şi structurală a materialului înainte de tratament. Prinstabilirea tipului de tratament termic aplicat unei piese dintr-un anumit aliaj,se fixează între anumite limite valorice numai o parte dintre parametriitehnologici: temperatura maximă de încălzire, durata menţinerii la aceastătemperatură şi viteza de răcire. Alegerea celorlalţi parametrii se facediferenţiat, ţinând seama de specificul tratamentului respectiv, cum ar fi cazulcălirii superficiale sau a tratamentelor termochimice.

Fig. 1.2 Ciclul de tratament termic pentru un oţel aliat

Se pot reprezenta grafic (schematic) şi tratamentele termice complexe,din care să se desprindă itinerarul tehnologic complet pe care îl parcurgepiesa. În figura 1.2 se reprezintă ciclul de tratament termic pentru un oţel aliatde scule.

1.1.1. Operaţia de încălzire

Este prima etapă a unui ciclu de tratament termic, etapă ?n caresuprafaţa piesei atinge temperatura prescrisă - Tpf. Această operaţie trebuieexecutată în conformitate cu o serie de parametrii temperatură-timp(Tpf, Vî,τî), care se stabilesc prin calcul, pe baza legilor transmisiei căldurii ,constantelor termofizice ale materialului, formei şi dimensiunii piesei, amărimii şarjei şi a modului de şarjare în instalaţia de încălzire. Valorilerezultate din calcule se verifică practic, făcându-se apoi corecturile necesare;aceste experimente pot particulariza formele generale pentru diferite grupe depiese.

9

Parametrii operaţiei de încălzire trebuiesc corect determinaţi, întrucâtinfluenţează direct productivitatea instalaţiei şi calitatea piesei tratate termic.

Această primă operaţie este caracterizată prin ramura ascendentă acurbei ( )τfTp = , din figura 1.1.

Temperatura finală a piesei

Este temperatura maximă pe care trebuie să o atingă suprafaţa piesei lasfârşitul operaţiei de încălzire. Ea este în funcţie de tratamentul termic încauză, prin condiţia impusă pentru structura ce trebuie obţinută prin încălzireşi de compoziţia chimică a aliajului, respectiv, punctele critice la încălzire.

În practica industrială cazul cel mai frecvent este acela cândtratamentul termic este indicat de către proiectant, iar materialul din care esteconfecţionat reperul respectiv este standardizat. În astfel de situaţii se recurgela indicaţiile şi recomandările cuprinse în standarde.

Când aliajul respectiv nu este standardizat, se pot utiliza indicaţiilecuprinse în literatura de specialitate sau normativele străine, pentru aliajesimilare. În cazul unor aliaje binare, pentru care sunt publicate diagramele deechilibru, este suficient să se cunoască concentraţia elementului de adaospentru a se determina punctele critice (fig. 1.3).

Fig. 1.3 Domeniul temperaturilor de călire pentru aliajele Fe-C

În cazul călirii oţelurilor hipoeutectoide la valoarea lui AC3 se maiadaugă 30 ÷ 80 °C pentru a avea certitudinea că s-a trecut în domeniulaustenitic; în cazul celor hipereutectoide se adaugă 30 ÷ 80 °C la AC1.

10

Cum majoritatea utilajelor de încălzire lucrează cu o precizie relativscăzută, temperatura finală a piesei se indică sub forma unui interval detemperatură şi trebuie să până seama de o serie de criterii, cum ar fi: tendinţade supraîncălzire a unor aliaje (creşterea grăunţilor), acţiunea termochimică amediului de încălzire la temperaturi ridicate, posibilitatea deformării pieseisub propria sa greutate la temperaturi ridicate unde caracteristicile mecanicesunt scăzute şi altele. În cazul tratamentelor termochimice, temperatura finalăare un rol foarte important în reglarea progreselor de adsorbţie şi difuzie.La producţia de serie este necesară şi efectuarea de experimente la scară delaborator sau chiar cu utilajele de încălzire din dotarea sectorului. Odatădeterminată temperatura finală a piesei, se stabileşte temperatura necesară înspaţiul de lucru al utilajului de încălzire:

( )CTT PfC °+= 40~30

Diferenţa de temperatură dintre piesă şi utilajul de încălzire apare dinconsiderente legate de transmiterea căldurii; teoretic acestea nu vor putea finiciodată egale.

Viteza de încălzire a piesei

Din alura curbelor de încălzire a suprafeţei şi centrului piesei (fig. 1.1 )rezultă că viteza de încălzire nu este constantă în timpul T;; la începutuloperaţiei de încălzire ea este mai mare, iar la sfârşit mai mică. În practicădeci, când se vorbeşte de o anumită valoare a vitezei de încălzire se vaînţelege viteza medie pe toată durata încălzirii:

[ ]hCTT

Vî

PîPfî / °

−=

τ

Într-un interval de timp ∆τ viteza de încălzire este :[ ]hCTTVî / 12 °

∆−

=τ

iar viteza reală de încălzire după un timp T , va fi reprezentată prin:αtgVrA =

La stabilirea vitezei de încălzire trebuie să se ţină seama de o serie defactori legaţi de caracteristicile fizico-chimice ale aliajului din care esteexecutată piesa, de factorul economic precum şi de posibilităţile utilajului deîncălzire.

11

Din punctul de vedere economic este bine să se lucreze cu viteze câtmai mari şi apropiate de posibilităţile utilajului, pentru a influenţa în senspozitiv productivitatea. Concomitent, piesa fiind supusă acţiunii mediului deîncălzire un timp mai scurt, efectele termochimice de oxidare şi decarburaresunt mult reduse, creşterea grăunţilor fiind la rândul ei împiedicată. Darfactorul cel mai important ce condiţionează limita superioară a vitezei deîncălzire este cel legat de apariţia tensiunilor termice. În figura 1.1 se observăcă în perioada de încălzire curba TC, corespunzătoare centrului piesei, este înîntârziere faţă de cea a suprafeţei TS, datorită condiţiilor de transmitere acăldurii de la suprafaţa piesei spre centrul ei, condiţii dependente deconstantele fizice ale materialului. Pe tot parcursul încălzirii va exista deci, odiferenţa de temperatura:

CS TTT −=∆ 0

ce va duce la apariţia unor tensiuni interne în material, datorită condiţiilor dedilatare diferite. Aceste tensiuni se pot exprima prin relaţia:

∆⋅

−⋅

= 2max mmdaN

1TE

µβ

σ

unde: β - coeficientul de dilatare liniară [°C];E - modulul de elasticitate [daN/mm2];µ - coeficientul de contracţie transversală a materialului;∆T - diferenţa de temperatură dintre suprafaţa sau centrul piesei şi

temperatura medie a piesei [°C], şi se vede că sunt direct proporţionale cu ∆T.Acestea au valori mari şi sunt periculoase în prima fază a încălzirii,

atunci când materialul are plasticitate redusă, putând atinge valori ce depăşescrezistenţa la rupere a materialului şi deci apariţia deformărilor şi fisurilor.Tensiunile termice sunt influenţate foarte puternic şi de gradul de aliere amaterialului: cu cât acesta este mai bogat aliat, conductibilitatea termică estemai scăzută, iar OT va atinge valori mai ridicate.

Limita inferioară a vitezei de încălzire este condiţionată deproductivitatea necesară şi efectul termochimic intens al mediului de încălzirela expuneri îndelungate ale piesei.

În concluzie, la stabilirea vitezei optime de încălzire este necesar să seaibă în vedere toţi factorii amintiţi, corelaţi cu particularităţile utilajului deîncălzire folosit. Spre exemplificare, în figura 1.4 se prezintă ciclul termic alcălirii unui material bogat pentru scule; în ipoteza încălzirii după curba l,viteza mare poate duce la apariţia de tensiuni foarte mari. Încălzirea în trepte(curba 2), prin utilizarea a trei instalaţii de încălzire, permite folosirea a treiviteze de încălzire diferite, în funcţie de fenomenele fizice caracteristice celortrei intervale de temperatură; până la T1, prin folosirea unor viteze mici

12

se elimină tensiunile termice, fenomenele termochimice fiind şi ele încăreduse.

Fig. 1.4. Ciclul termic de călire pentru un oţel aliat

În intervalul T1 - T2 se poate mări deja viteza, pentru ca acţiuneamediului să se reducă, diferenţa de temperatură dintre centru şi suprafaţă fiinddeja mică, iar în intervalul T2 - Taust, se poate lucra cu viteza maximă ce orealizează utilajul, materialul având o bună plasticitate. Se observă că în finaldurata încălzirii poate să fie chiar scurtată comparativ cu încălzirea dupăciclul 1. Prin protejarea piesei împotriva efectului termochimic al mediului deîncălzire (utilizarea de atmosfere controlate, împachetare) se poate reducetotul la alegerea unor viteze optime din punctul de vedere al tensiunilortermică. În cazul particular al recoacerii de detensionare, viteza de încălzireva fi cât mai redusă, pentru a nu introduce alte tensiuni în materialul şi aşatensionat.

Durata încălzirii

Fiind parametrul de care depinde în cea mai mare măsură reuşitaoperaţiei de încălzire, el trebuie cu cât mai mare exactitate. În practicaindustrială se folosesc de cele mai multe ori relaţiile empirice, având la bazarezultatele experimentale şi care scutesc tehnologul de o serie de calcule. Darutilizarea acestora este limitată la condiţiile practice pentru care au fostdeterminate, iar precizia lasă de dorit. Relaţiile analitice însă sunt mai precise,având un câmp mai larg de aplicabilitate şi au la bază legile transmiteriicăldurii.

13

Pentru a putea determina durata de încălzire prin metoda analitică estenecesar să se stabilească în prealabil condiţiile de calcul:

- metoda de încălzire (mediul şi utilajul);- regimul de încălzire;- condiţiile de transfer a căldurii de la utilajul folosit la piesă;- constantele fizice ale utilajului, geometria pieselor şi aşezarea lor înspaţiul de lucru al utilajului de încălzire.

Metoda de încălzire

Pentru realizarea unui tratament termofizic se pot utiliza mai multetipuri de utilaje de încălzire, iar pentru tratamentele termochimice trebuiescfolosite utilaje specializate. La alegerea metodei de încălzire se va avea învedere mediul de încălzire optim pentru condiţiile impuse, utilajul ce permitefolosirea unui astfel de mediu, temperatura maximă, variaţia temperaturii întimp, etc. În vederea unei alegeri corecte, în cele ce urmează se prezintă oschemă cuprinzând principalele variante de încălzire folosite în cazultratamentelor termice.

a) încălzire în medii gazoase (cuptoare electrice, cu gaz);- cu temperatură constantă;- cu viteză de încălzire constantă;- cu temperatură variabilă în spaţiul de lucru.

b) încălzire în medii lichide (băi);- metale topite;- săruri şi alcalii topite;- ulei;- apă.

c) încălzire în medii solide (între plăci);d) încălzire în medii speciale;

- încălzire electrică prin contact galvanic;- prin inducţie;- cu role;- cu flacără oxiacetilenică;- în electroliţi;- cu plasmă.

14

Regimul de încălzire

Încălzirea în vederea tratamentului termic se poate realiza după una dinschemele prezentate în figura 1.5. Regimul din figura 1.5 a. asigură o încălzirelentă a pieselor odată cu cuptorul, micşorând tensiunile interne, ∆Ta fiindmic. Se foloseşte în cazul oţelurilor aliate ce au conductibilitate termicăredusă. Durata încălzirii fiind mare, productivitatea este scăzută, iar consumulde energie ridicat.

Regimul din figura 1.5 b. presupune introducerea pieselor într-un utilajavând temperatura Tcup constantă. Viteza de încălzire este mai mare deci şi∆Tb va fi mai mare; în schimb durata încălzirii este mai redusă.

Fig. 1.5 Scheme ale regimurilor de încălzire

Regimul din figura 1.5 c. corespunde cazului când piesele suntintroduse la o temperatură a utilajului Tcup >> Tpf, dar care scade pe măsură cepiesa se încălzeşte. Se asigură o viteză de încălzire foarte mare, deci şi oproductivitate ridicată; dar consumul de energie şi tensiunile interne suntridicate. Acest regim de încălzire se foloseşte mai rar.

Regimul din figura 1.5 d. reprezintă încălzirea în două trepte,folosindu-se două utilaje încălzite la temperatură constantă. Fiecare din etapese reduce la schema din figura 1.5 b., iar durata încălzirii este mai mică decâtîn regimul din figura 1.5 a. Prin comparaţie se poate observa că :

adbc ττττ <<<

Dintre variantele prezentate, regimul termic cel mai folosit în domeniultratamentelor termice este cel din figura 1.5 b.

15

Condiţiile de transfer a căldurii de la utilajul de încălzire la piesă

Transferul de căldură se poate realiza prin conductibilitate, convecţie siradiaţie.

a) Transferul de căldură prin conductibilitate are loc princontactul direct intre particulele vecine ale unui corp sau douămateriale diferite, fiind condiţionat de diferenţia detemperatură a acestora.

Fig. 1.6. Transferul de căldură prin conducţie

În figura 1.6 sunt reprezentate schematic două corpuri de temperaturăT1, respectiv T2 ( T1>T2 ) a căror suprafaţă de contact este S.

Dacă corpul 1 se găseşte în regim staţionar (dT/dτ = 0), corpul 2 se vaîncălzi datorită fluxului de căldură specifică:

( )

−=

hmkJsau

mWTTq 2221

δλ

unde: λ - conductibilitatea termică a materialului din care este confecţionat corpul 2 (piesa) în [W/m grd. ] sau [kJ/m2h];

S - grosimea corpului 2 în [m].

Cantitatea de căldură ce se va transmite corpului 2 prin întreagasuprafaţă de contact va fi:

( ) [kJ/h]sau [W] 21 TTSSqQ −⋅=⋅=δλ

S fiind suprafaţa de contact în m. Din relaţie se desprinde faptul că diferenţade temperatură este hotărâtoare şi condiţionează fluxul de căldură. Acest modde transmitere a căldurii este caracteristic încălzirii în medii lichide (băi) şi în

16

medii solide.b) Transferul de căldură prin convecţie are loc între un fluid (lichid

sau gazos) aflat în mişcare şi suprafaţa unui corp solid pe care acesta îl spală.În figura 1.7 corpul solid are temperatura T2 < T1, care este temperatura

fluidului (gazelor în mişcare).

Fig. 1.7. Transferul de căldură prin convecţie

Particulele de gaz se mişcă cu viteză v şi se spală suprafaţa corpului;prin contact ele cedează o cantitate de căldură, se reîncălzesc şi ciclul serepetă. Particulele se succed, schimbul de căldură având loc pe toată suprafaţaS. Schimbul de căldură are loc doar în condiţiile existenţei unei mişcărirelative cu o viteză v între fluid şi corp, iar intensitatea acestuia depinde dediferenţa de temperatură şi de coeficientul superficial de transfer a căldurii:

( ) [ ] [ ]kJ/hsau W 21 TTSQ CC −⋅⋅=α

unde: αC - coeficientul superficial de transfer al căldurii în[W/m2grd] sau [kJ/m2 · h]S - suprafaţa de transfer a căldurii în [m2].Transferul de căldură prin convecţie este caracteristic încălzirii în

cuptoare electrice şi cu flacără unde mediu de încălzire este gazos. În spaţiulde lucru al utilajului de încălzire gazele se mişcă liber cu o viteză

→

v datoritădiferenţei de temperatură, mişcare suficientă pentru a asigura transferul decăldură; în acest caz se numeşte convecţie liberă. Dacă viteza de mişcare agazelor este mărită cu ventilatoare, schimbul de căldură este mult intensificatşi în acest Gaz convecţia este forţată. Transferul de căldură prin convecţie esteeficace până la temperaturi de 750 °C şi viteze de mişcare a gazelor de5~10 m/s.c) Transferul de căldură prin radiaţie. Fiecare corp încălzit la otemperatura T, radiază de pe unitatea de suprafaţa, în timp de o oră, o energiesub forma de unde electromagnetice, care reprezintă puterea de emisie acorpului respectiv. Această energie radiată de un corp absolut negru este datăde relaţia lui Stephan-Boltzmann:

17

4

00 100

=TcE [w/m2 · h sau kJ/m2 · h]

unde: c0 - reprezintă constanta de radiaţie a corpului absolut negru, avândvaloarea de 5,75 [W/m · h] sau 20,73[kJ/m2 · h];

T- temperatura considerată [°C].În cazurile reale corpurile nu sunt absolut negre ci cenuşii, în

consecinţă energia radiată va fi mai mică:4

00 100

==TcEE εε [w/m2 · h sau kJ/m2 · h]

ε - reprezentând coeficientul de negreală al corpului considerat,coeficient ce se găseşte în tabele şi este subunitar.

Presupunând un corp cenuşiu încălzit la temperatura T, (fig. 1.8), avândo suprafaţă radiantă S, (corp radiant), acesta va radia asupra corpului detemperatură T2 şi suprafaţă S2 o energie totală E. O parte din energie, E1, estereflectată de corpul receptor, iar o altă parte, E2, este absorbită (dacă corpuleste transparent, o parte a energiei E3 traversează corpul), transformându-sedin nou în căldură şi producând încălzirea lui. Această componentă prezintăinteres practic în cazul tratamentelor termice, cantitatea de căldură absorbită,în condiţiile unui regim staţionar, exprimându-se prin relaţia:

Fig. 1.8. Transferul de căldură prinradiaţie

][ 100100

73,54

24

1 WHTTQ rr ⋅

−

⋅⋅= ε

212

121

11111

1

ϕε

ϕε

ε⋅

−+⋅

−+

=r

][ 2221112 mSSH ⋅=⋅⋅= ϕϕ

unde: εr - este gradul de negreală;T1 şi T2 - temperaturile suprafeţelor S1 şi S2 în [°C];H - suprafaţa de radiaţie reciprocă a celor două corpuri în [m];ε1 şi ε2 - reprezintă gradul de negreală al celor două corpuri;

18

ϕ12 şi ϕ21 - parametrii adimensionali care depind de forma şi poziţia reciprocăa celor două corpuri.

Transferul de căldură în instalaţiile de încălzire este foarte complexeapărând toate cele trei forme arătate mai sus. Rezultatul acţiunii lorconcomitente este atribuit în mod obişnuit unuia sau două din modurile detransmitere a căldurii, considerate ca principale. Pentru domeniul detemperaturi până la 900 °C calculul cantităţii de căldură se face cu o relaţiesimilară deci din cazul convecţiei, unde intervine însă un coeficient global detransfer al căldurii:

rc ααα +=

unde αc ia în considerare aportul convecţiei, iar αr aportul radiaţiei. Latemperaturi ce depăşesc 900 °C transferul de căldură se face prin radiaţie înproporţie de 90-95%, deci convecţia este neglijabilă, calculul făcându-se înconsecinţă.

Fig. 1.9 Prezentarea schematicăa celor trei moduri de transfer ale căldurii

Să considerăm o piesă având o secţiune circulară cu diametrul 2x, cafiind introdusă în spaţiul de lucru al unei instalaţii de încălzire (fig. 1.9). Piesaopune o rezistenţă exterioară la încălzirea suprafeţei sale Rext, care va fi inversproporţională cu coeficientul global de transmitere a căldurii:

α1

→extR

Transferul de căldură de la suprafaţă către interiorul piesei se va faceprin conductibilitate termică, întâmpinând o rezistenţă interioară Rintproporţională cu grosimea de încălzire x şi invers proporţională cuconductibilitatea termică ţ. a materialului din care este confecţionată:

19

λxR →int

Făcând raportul lor:

iext

Bxx

RR

=⋅

=→λ

α

α

λ1

int

se obţine un criteriu adimensional numit "criteriul Biot", care arată căîncălzirea straturilor interioare se face cu atât mai greu cu cât rezistenţainterioară este mai mare în raport cu cea exterioară.

Criteriul Biot caracterizează, deci, condiţiile în care are loc acumulareacăldurii la suprafaţa piese; în funcţie de natura transferului de căldură de lainstalaţia de încălzire. Condiţiile de transfer al căldurii prin conductibilitate dela suprafaţa piesei câtre centrul ei sunt caracterizate printr-un alt criteriuadimensional numit "criteriul lui Fourier":

τ⋅= 20 XaF

în care: a =λ/pc [m/h] - difuzibilitatea termică a materialului;λ - conductibilitatea termică a materialului [W/m grd);c - căldura specifică [Wh/Kg grd];p - densitatea materialului [Kg/m];x - grosimea de încălzire în [m], criteriu care ţine seama şi de

timpul de încălzire τ.Din punctul de vedere al transferului de căldură de instalaţia de

încălzire la piesă, piesele tratate termic se consideră ca fiind de două feluri:- piese subţiri, la care diferenţa de temperatură dintre suprafaţă şi centru

este mică, ea putându-se neglija în calculele analitice ale duratei de încălzire.Pentru ele, valoarea criteriului Biot este B, < 0,25;

- piese masive, la care diferenţa de temperatură între suprafaţă şi centrueste mare şi pentru care B; > 0,25.

Condiţiile şi relaţiile analitice pentru calculul duratei de încălzire suntdiferite pentru fiecare din grupe.

Medii de încălzire

În perioada încălzirii între piese şi mediul din spaţiul de lucru alutilajului folosit, pot să apară o serie de reacţii chimice nedorite, care duc ladegradarea suprafeţei pieselor. Intensitatea acestora depinde de compoziţiaaliajului şi a mediului, temperatura de lucru şi durata cât acestea sunt expuseacţiunii mediului.

a) Medii gazoase: sunt mediile din cuptoarele electrice şi cele acţionate

20

cu combustibili, precum şi atmosferele controlate. Acţiunea lor termochimicăasupra piesei constă în oxidare, reducere, decarburare şi carburare.

- Oxidarea se datoreşte următoarelor reacţii chimice:O2 + 2Fe ↔ 2FeOH2O + Fe ↔ FeO + H2

CO2 + Fe ↔ FeO + CODe aici rezultă că 02, H20 şi C02 sunt gaze oxidante, iar CO şi H2 sunt

reducătoare.- Sub 670 °C nu se impun deci măsuri deosebite pentru protecţia

suprafeţei. Stratul oxidat are o structură compusă din FeO, Fe3O4 şi Fe2O3,putând atinge adâncimi ce depăşesc adaosurile de prelucrare. Acţiuneareducătoare a H2 şi CO este dorită, asigurând suprafeţe curate pieselor.

- Fenomenul de decarburare constă în sărăcirea straturilor superficialeale piesei în carbon, fenomen ce generează o serie de neajunsuri ca: stratuldecarburat nu se căleşte, rezistenţa la oboseală scade foarte mult. Reacţiilechimice caracteristice sunt următoarele:

H2O + Fe γ (c) ↔ Fe y + CO + HzCO2 + Fe γ (c) ↔ Fe y + 2COO2 + 2Fe γ (c) ↔ 2Fe y + 2CO2H2 + Fe γ (c) ↔ Fe y + CH,

unde se vede caracterul decarburant al H2O, CO2, O2 şi H2, ce intră în reacţiecu austenita la temperaturi înalte, pe de o parte şi caracterul carburant(de îmbogăţire a stratului superficial cu carbon) al CO şi al hidrocarburilor dincombustibili (CH4).

Împotriva oxidării şi decarburării piesele se pot proteja prinîmpachetare în cutii ce conţin amestecuri neutre sau care au un efectcompensator, operaţie imposibil de realizat însă, în condiţiile producţiei deserie mare şi masă.

Efectele termochimice ale mediului, arătate mai sus, două câte douăsunt de sens contrar: oxidarea cu reducerea şi decarburarea cu carburarea. Încondiţii practice, în atmosfera utilajelor de încălzire sunt prezente amestecuria două sau mai multe gaze, acţiunea termochimică rezultantă fiind dependentăde raportul cantitativ al lor. Pe baza echilibrului de reacţie se pot crea condiţiide aşa natură - la temperatura respectivă - încât mediul de încălzire devineneutru din punct de vedere chimic, având un efect protector, sau, săreacţioneze într-o direcţie dorită. Aceste amestecuri de gaze se numescatmosfere controlate şi se produc în instalaţii speciale numite generatoare deatmosferă controlată.

Utilizarea atmosferelor controlate prezintă avantajul că suprafaţa pieseirămâne curată, adaosul de prelucrare este mult redus, iar productivitateainstalaţiilor de încălzire mult sporită.

21

Atmosferele protectoare simple sunt: hidrogenul tehnic care are uncaracter decarburant, azotul şi argonul, care nu reacţionează cu metalul, darsunt scumpe şi amestecul de hidrogen şi azot obţinut prin disociereaamoniacului. În practica tratamentelor se folosesc mai mult atmosferelecompuse din mai multe gaze, care se obţin prin arderea incompletă a uneihidrocarburi; în ţara noastră materia primă este gazul metan - CH4. Înprezenţa aerului necesar pentru ardere şi la temperaturi ridicate, CH4 ardecomplet după reacţia:

CH4 + 2O2 + N2 → CO2 + 2H2O + N2

µ λ µ λ (din aer) (oxidant - decarburante)

Dacă aerul necesar arderii este insuficient (1/3), arderea va fiincompletă şi produsele arderii vor fi următoarele:

3CH4 + 3O2 + N2 → CH4 + N2 + CO + CO2 + 3H2O + H2

µ λ λ µ λ(fără efect (oxidant (decarburantoxidant şi decarbu- -reducător) carburant) rante)

Rezultă că, prin reglajul aerului necesar pentru ardere se poate dirijacaracterul atmosferei (tabelul 1.1 )

Tabelul 1.1 Compoziţia atmosfereiCompoziţia atmosfereiTipul

atmosfereiCoef. deexces de

aerH2 N2 CO H2O CH4 CO2

ENDOGAZ 0,25 - 0,30 36-40 34-42 18-22 0,1 2-4 0,50,5 - 0,6 10-20 56-76 8-l5 1,5 2 2-6EXOGAZ

0,85 - 0,95 0,5-1 86-88 0,5-1 2,0 0 10

b) Mediile lichide folosite la încălzirea pieselor sunt metalele topite şisărurile topite, a căror eficacitate este mult mai mare decât a celor gazoase:viteză de încălzire de 2-4 ori mai mare, acţiunea oxidantă şi decarburantăreduse. La alegerea acestora se are în vedere faptul că aderă sau nu lasuprafaţa piesei, efectul termochimic, preţul de cost şi dacă emană sau nuvapori nocivi.

22

Metalele şi aliajele folosite pentru băi sunt prezentate în tabelul 1.2 prezentatmai jos:

Tabelul 1.2 Metale şi aliaje folosite ca băiCompoziţia băii Temp. de

topire [°C]Temp. de

utiliz. [°C]Observaţii

Pb 100% 327 800-900 Emană gazeSn 100% 232 400-500 Aderă la piesăSn 13% + Al rest silumin 590 850-900Sn 92% + Zn g% l 99 500-600 Aderă la piesăSn 51,2% + Pb 30,6% + Cd 18,2% 145 357-427Sn 40% + Bi 56% + Zn 4% 130 327-377Sn 25,9% + Bi 53,9% + Cd 20,2% l 13 277-377

Băile de săruri topite acoperă un interval larg de temperaturi, cuprinsîntre 150 - 600 °C, fiind alcătuite din amestecul de azotaţi, azotiţi, cloruri şialtele. La temperaturi joase ( 150 -600 °C) se folosesc amestecuri de azotiţi şiazotaţi de sodiu şi potasiu, în diferite procente. Tratamentele termice pentrucare sunt potrivite, sunt: revenirile, punerea în soluţie a neferoaselordurificabile prin precipitare. Băile de săruri corespunzătoare intervalului de600 - 850 °C constau din amestecuri în diferite proporţii de clorură de bariu,sodiu şi potasiu şi carbonaţi de sodiu şi potasiu, fiind destinate tratamentelortermofizice ale oţelurilor carbon şi slab aliate. La temperaturi ridicate, 1000 -1350 °C, corespunzătoare tratamentului termic al oţelurilor rapide,inoxidabile şi refractare, baia de încălzire constă din clorură de bariu, la carese mai poate adăuga şi borax. În tabelul 1.3 sunt prezentate amestecurile desăruri standardizate folosite pentru tratamente termice.

Ca mediu lichid se mai poate utiliza uleiul mineral, dar numai până latemperaturi de 180 °C, sau uleiuri de turbină până la 300 °C. Aceste medii deîncălzire sunt potrivite pentru tratamente termice a oţelurilor de rulmenţi şiîmbătrânirea artificială a aliajelor durificabile prin precipitare (duraluminiu).

Utilizarea mediilor de încălzire lichide impune măsuri severe deprotecţia muncii, datorită toxicităţii unora dintre ele. Băile de încălzire vor fiprevăzute cu sisteme de exhaustoare speciale, plasate la nivelul topiturii şi cuaparate de măsură a temperaturii pentru a preveni autoaprinderea.

23

Tabelul 1.3 Amestecurile de săruri folosite pentru tratamente termiceCompoziţia

amestecului şicaracteristici

SR 140 SR 220 SC 430 SC 630 SC 960 Sareneutră

Aspectul amestec omogen de cristale alb-cenuşiiAzotit de sodiu% 44-46 44-46

Azotit de sodiu% 54-56Azotat de potasiu % 54-56Clorură de bariu% 30-32 min 98 89-92Clorură de calciu% 48-52 3-4Clorură de sodiu% 18-22 52-54

Clorură de potasiu% 43-45Borax% 4-6

Ferosiliciu, % max 0-8Substanţe insolubile

în a % max0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 1

Sulfuri BaS , %max 0,05 0,05Fier, % max 0,06 0,06

Umiditate, % max 1 1 1 1 1 6Temp. de top. °C l40 220 430 630 930 920

150 250 600 700 1100 1100Temperatura deutilizare °C 500 650 870 870 1350 1350

Observaţie: - SR - înseamnă sare pentru reveniri;- SC - sare pentru căliri;- cifra ce urmează grupul de litere reprezintă temperatura de topire a amestecului, în °C.

Operatorul tratamentist va fi echipat cu mijloace de protecţieindividuală (şorţ, ochelari, mănuşi ignifuge, etc.) pentru a se feri deeventualele stropiri. Înainte de introducere în baie, piesele trebuiesc curăţate,uscate şi preîncălzite pentru a nu acuza stropiri, iar manevrarea dispozitivelorde imersare se va face cu mare grijă. Se va evita prezenţa apei în vecinătateaacestor utilaje, iar răcirea pieselor se va face numai în băi de răcire prevăzutecu ecrane de protecţie sau capace. Aspectele mai detaliate ale problemei vor fianalizate la capitolul destinat utilajelor pentru tratamente termice şi a celuidestinat protecţiei muncii şi pazei contra incendiilor.

24

1.1.2 Operaţia de menţinere

În conformitate cu ciclul general al unui tratament termofizic, operaţiade încălzire este urmată imediat de operaţia de menţinere, operaţie care seexecută în acelaşi utilaj de încălzire. Momentul când suprafaţa piesei atingetemperatura finală Tpf constituie sfârşitul operaţiei de încălzire şi începutulcelei de menţinere (fig. 1.10). Deci după τî, între suprafaţa piesei şi centrul eiva fi o diferenţă de temperatură ∆Tim proporţională cu conductibilitateatermică a materialului; cum pentru tratamentul termic prescris este necesar cacentrul piesei să depăşească şi el punctul critic respectiv, iar pentru catransformarea structurală ce se desfăşoară prin difuzie şi necesită timp săpoată avea loc, este necesar un timp de menţinere pentru egalizareatemperaturilor şi un timp necesar pentru transformările structurale.

Fig. 1.10. Operaţia de menţinere

Suma acestora, în cazul cel mai general, reprezintă durata de menţinere τm:τm = τme + τmt

25

Durata de egalizare termică

Problema egalizării termice între suprafaţa şi centrul piesei se pune lapiesele masive din punct de vedere termic, unde la sfârşitul operaţiei deîncălzire există ∆Tim = Tpf - Tcf. Durata de egalizare termică minim necesarăτme reprezintă timpul de menţinere necesar pentru ca şi centrul piesei să atingătemperatura Tpf, respectiv curba de variaţie a temperaturii centrului săintersecteze izoterma Tpf. In acest moment, diferenţa de temperatură întresuprafaţă şi centru va fi:

∆Tfm = Tse - Teunde: Tse - temperatura suprafeţei la finele duratei de egalizare;

Tce - temperatura centrului la finele duratei de egalizare, iar valoarea luise impune în funcţie de tratamentul termic ce se execută.

Raportul:

eim

fm GTT

=∆

∆

se numeşte grad de egalizare relativă, şi are în vedere diferenţa de temperaturăacceptabilă pe secţiune.

Durata de egalizare termică se calculează cu relaţia :

][ 2

haxkme =τ

unde: k - este un coeficient ce se determină din diagrama prezentată în figura1.11, în funcţie de gradul de egalizare Ge;

x - grosimea de încălzire, în [m];a - difuzibilitatea termică, în [m2/h].Din figura 1.10 rezultă că de fapt operaţia de menţinere este o

continuare a operaţiei de încălzire până când centrul atinge temperatura Tpf,curbele de variaţie fiind continue. Deşi comod, acest mod de realizare aprocesului de egalizare termică prezintă neajunsul de a supraîncălzi suprafaţapiesei, fenomen nedorit datorită creşterii grăunţilor şi înrăutăţiriicaracteristicilor mecanice ulterioare.

Schema prezentată în figura 1.12 reprezintă metoda egalizării termiceprin oprirea încălzirii, în momentul când suprafaţa piesei atinge temperaturaTPf, se reduce sursa de căldură în aşa fel încât temperatura spaţiului de lucrusă se stabilizeze la o valoare T'cup < Tcup. Această soluţie presupune otemperatură iniţială a cuptorului mai mare decât în cazul precedent, darasigură o durată de încălzire şi menţinere pentru egalizare termică mai scurtă.De asemenea se elimină şi posibilitatea supraîncălzirii suprafeţei

26

piesei. Metoda a doua se poate realiza uşor în cazul cuptoarelor electrice,reglajul făcându-se automat după un program bine stabilit.

Fig. 1.11. Determinarea gradului de menţinere

Fig. 1.12. Durata de egalizare termică

Durata de transformare structurală

Se consideră din momentul terminării duratei de egalizare termică şieste notată cu τmt (fig. 1.10). Ea depinde de tipul tratamentului termic aplicat,de structura iniţială a materialului şi de temperatura de încălzire. Durata detransformare structurală trebuie luată în considerare în primul rând la aceletratamente termice care au la bază procese de difuzie greoaie şi necesitădurate de ordinul orelor: recoacerea de omogenizare, recoacerea deglobulizare, recoacerile de detensionare şi altele. Durata de menţinere pentruaceste tratamente va fi tratată separat, în capitolul aferent lor.

27

O serie de tratamente termice însă necesită durate de menţinere pentrutransformări structurale foarte scurte, de ordinul câtorva secunde sau minute:austenitizarea oţelurilor în vederea călirii sau normalizării, recoacerea derecristalizare, etc. Multe transformări structurale încep şi se desfăşoară chiardin perioada încălzirii, desăvârşindu-se în cursul perioadei de egalizaretermică. În situaţiile amintite, durata de menţinere în vederea transformărilorstructurale se va considera ca fiind inclusă în durata de încălzire şi cea deegalizare termică.

Criteriul de apreciere a duratelor de menţinere rămâne totuşi verificareaexperimentală, ea permiţând efectuarea corecturilor necesare până la atingerearezultatelor dorite.

1.1.3 Operaţia de răcire

După încălzire şi menţinere urmează cea mai pretenţioasă operaţie -răcirea - de parametrii căreia va depinde structura materialului tratat termic,respectiv caracteristicile mecanice ale acestuia. Varietatea mare atratamentelor termice impune utilizarea unor modalităţi de răcire foartediverse, fiecare din ele caracterizată printr-o curbă de răcire, în coordonateletemperatură - timp. Factorul cel mai important îl constituie viteza de răcire, eadeterminând tipul de transformare structurală ce va însoţi operaţia de răcire:viteză ce depinde de natura mediului folosit, capacitatea de răcire a acestuia şitemperatura piesei.

O curbă de răcire cu viteză constantă (fig. 1.13a) poate fi reprezentatăşi în coordonate semilogaritmice (fig. 1.13b) pentru a putea fi utilizată lainterpretarea diagramelor T.T.T.

Fig 1.13. Tipuri de curbe de răcire

28

Răcirea cu viteză constantă nu poate fi realizată uşor în condiţiipractice; reprezentarea grafică este utilă pentru asimilarea unor porţiuni dincurbele reale de răcire. Curba de răcire newtoniană (fig. 1.13c) sau încoordonate semilogaritmice (fig. 1.13d), este tot o curbă de răcire continuădar cu viteză variabilă, situaţie care se întâlneşte în practica tratamentelortermice. În cazul unor tratamente termice ce se desfăşoară la temperaturăconstantă, se folosesc nişte modalităţi de răcire ca cea prezentată în fig. 1.13e;teoretic se face o răcire bruscă până la temperatura Tit, apoi se face omenţinere la această temperatură (curba 1). În practică fiind imposibil derealizat o răcire ideală după curba l, se foloseşte curba reală 2. Aceastămodalitate de răcire poartă denumirea de răcire discontinuă.

Capacitatea de răcire a unui mediu de răcire

Principala caracteristică a unui mediu de răcire este capacitatea sa de aprelua căldura de la piesa caldă. Mărimea ce caracterizează acest schimb decăldură se numeşte intensitate de răcire superficială şi se defineşte ca fiindraportul:

]/[ mlHλα

=

arătând în ce raport se găsesc condiţiile de transfer a căldurii de la suprafaţapiesei către mediul de răcire şi condiţiile de transfer din centrul piesei câtresuprafaţa sa. Un mediu de răcire ideal ar trebui să fie caracterizat prin H = ∞,respectiv a = ∞, adică să asigure o răcire instantanee a piesei până latemperatura mediului de răcire. Mediile de răcire reale însă au intensităţi derăcire finite şi sunt raportate la intensitatea de răcire a apei liniştite,considerată în practică drept mediu de referinţă. Aceasta se numeşteintensitate de răcire relativă şi se notează cu Hrel; valoarea sa pentru diferitemedii este dată în tabelul 1 .4.

Capacitatea de răcire a unui mediu depinde de următorii factori:- de gradul de agitare, exprimat prin valoarea coeficientuluide transfer a;- de gradul de puritate a mediului;- starea suprafeţei piesei;- dacă îşi modifică sau nu starea de agregare;- temperatura mediului.

29

Tabelul 1.4 Intensitatea de răcire relativă pentru diferite medii

Mediul de răcire TemperaturamediuluiTmed [°C]

Gradul deagitare relativă

Intensitatea relativăHrel [1/m] în intervalul

300-600°Cfără 1,00Apă 20

intens 4,00fără 2,00Soluţia apoasă

10 – 15 % NaClsau NaOH

20intens 5,00

fără 0,30Ulei mineral 3 - 60intens 0,90

Azotaţi şi azotiţi 200 - 300 intens 1,20Baie de Plumb 400 - 900 mediu 1,50

liniştit 0,015ventilat 0,03 - 0,06

Aer

comprimat 0,1 - 0,2

Medii de răcire industriale

Acestea sunt mediile gazoase, lichide şi solide. În practicatratamentelor termice se utilizează mai mult mediile gazoase şi lichide.

Medii de răcire gazoase

Transferul de căldură de la piesă la mediul gazos se realizează înprincipal prin radiaţie şi convecţie, deci coeficientul de transfer al căldurii vafi un coeficient global α = αr + αc.

a) Răcirea cu cuptorulPrin reducerea aportului de căldură (reglajul arzătoarelor sau a

elementelor încălzitoare electrice) sau oprirea completă a lui, temperaturacuptorului scade scăzând şi temperatura piesei în funcţie de curba de răcire aacestuia. Viteza de răcire este scăzută şi variază între limitele 0,5 - 10~15grd/min.

b) Răcirea în aerSub temperatura de 500 °C răcirea se realizează preponderent prin

convecţie; deci la temperaturi joase coeficientul de transfer al căldurii vascădea foarte mult (Tabelul 1.5)

30

Tabelul 1.5 Valoarea coeficientului de transfer global α

Temperatura suprafeţei piesei, în °Cα Condiţiilerăcirii 1100 960 900 800 700 600 500 400 300 200

Aer liniştit 174 145 116 98 81 64 46 35 23 17W/m2

· grd Aer ventilatv = 6-10 m/s

290 232 210 174 145 116 93 75 58 46

Piesele sunt scoase din utilajul de încălzire şi sunt aşezate pe niştesuporţi urmând a se răci liber în aer sau forţat cu ajutorul unor ventilatoarespeciale sau duze cu aer comprimat ce asigură o presiune de ordinul 300 -1000 daN/m2.

Medii de răcire lichide

În timpul lucrului o parte din lichidele folosite ca medii de răcire îşimodifică starea de agregare, datorită temperaturii coborâte de vaporizare.Acest fenomen trebuie avut în vedere atunci când se elaborează tehnologiarăcirii, deoarece poate modifica viteza răcirii în diferite intervale detemperatură, iar rezultatul final să fie altul decât cel scontat. În această grupăintră apa, uleiurile minerale şi vegetale şi soluţiile apoase de NaCl şi NaOH.

Dacă o piesă încălzită la temperatura Tp este introdusă într-un mediu acărei temperatură de vaporizare este scăzută, procesul răcirii comportăurmătoarele faze (fig. 1.14): în faza A, care este de foarte scurtă durată,răcirea este foarte intensă (porţiunea 1 - 2 a curbei de răcire), datorităconsumării unei mari cantităţi de căldură pentru vaporizarea bruscă amediului. În faza B, se formează o cămaşa de vapori în jurul piesei, având uncaracter izolator (porţiunea 2 - 3), fenomen numit calefacţie.

31

Fig. 1.14 Exemplu de răcire într-un mediucare îşi schimbă starea de agregare

Căldura fiind transmisă prin radiaţie şi conductibilitate, iar coeficientulglobal de transfer al căldurii prin cămaşa de vapori fiind foarte redus, curba derăcire are alura din figură. În faza următoare cămaşa de vapori devineinstabilă şi începe o fierbere intensă, iar apoi liniştită a mediului din jurulpiesei; schimbul de căldură este foarte intens în acest interval 3 - 4. În faza D,temperatura piesei scăzând sub temperatura de fierbere a mediului,transmiterea căldurii se face prin convecţie. Coeficientul de transfer alcăldurii prin convecţie scăzând cu temperatura, răcirea se face foarte lent peporţiunea 4 - 5.

Privind în ansamblu fenomenul răcirii în medii lichide cu schimbareastării de agregare, se desprinde concluzia că pe parcursul răcirii coeficientulglobal de transfer al căldurii variază foarte mult şi neuniform, mai ales înintervalul 300 - 600 °C, care este extrem de important în cazul tratamentelortermice. Pentru a mări capacitatea de răcire a mediului trebuie să existe omişcare relativă între piesă şi mediu, deoarece aceasta rupe mecanic cămaşade vapori şi reduce perioada de calefacţie.

32

a) ApaEste cel mai utilizat mediu de răcire datorită capacităţii mari de răcire

pe care o are şi datorită faptului că este la îndemâna oricărui operatortratamentist. Asigură viteze de răcire mari într-un interval mari detemperaturi, dacă temperatura ei rămâne constantă în intervalul 25 - 40 °C.Pentru aceasta este necesar ca volumul lichidului de răcire să fie de 50 ori maimare decât al pieselor supuse răcirii sau să se asigure recirculaţia şi răcireaforţată a lui. Prin adaosuri de substanţe solubile ca NaCl sau NaOH, înproporţie de 10 - 15%, viteza de răcire creşte foarte mult (tabelul 1.6 ); prinadaosuri de substanţe insolubile ca uleiul, săpunul (sub formă de emulsie), sepot obţine viteze de răcire mai mici decât a apei industriale (viteze ce nu sefolosesc în practica călirilor). In felul acesta se poate obţine o gamă largă deviteze de răcire. Pentru apă, coeficientul de transfer al căldurii poate fi luatdin tabelul 1.6.

Tabelul 1.6 Valoarea coeficientului de transfer

Temperatura suprafeţei piesei în °Cα Mediude

răcire100 200 300 400 500 600 700 800 900

Apărece27°C

657 2027 13727 4327 2627 2027 1427 887 537W/m2

·grd

Ulei47°C

-43 187 307 537 887 1127 537 77 17

b) Uleiul

Are o capacitate de răcire mai mică decât apa în întreg interval detemperaturi şi se foloseşte la materialele care nu suportă viteze mari de răciredatorită tensiunilor interne ce pot apare. În prima fază a răcirii capacitatea derăcire este foarte scăzută datorită stabilităţii mari a peliculei de vapori, care dedata acesta conţine şi gaze rezultate din cracarea uleiului. Temperatura optimăde utilizare este 40 - 80 °C, iar limita superioară este hotărâtă de temperaturade aprindere (150 - 330 °C). La temperaturi sub 40 °C, uleiurile nu pot fiutiliza din cauza vâscozităţii scăzute şi capacităţii de răcire reduse.În ţara noastră se fabrică un ulei special destinat tratamentelor termice,simbolizat T.T - 25 (STAS 2720-90); este un ulei mineral rafinat, care seobţine din ţiţeiuri selecţionate şi care este destinat în primul rând călirilor. Sepot întrebuinţa şi amestecuri de uleiuri ce asigură viteze de răcireintermediare.

33

Pentru a nu atinge temperatura de autoaprindere este necesar cavolumul uleiului să fie de 10 ori mai mare decât cel al pieselor supuse răciriisau să fie răcit cu ajutorul unor serpentine cu apă. Pentru destrămareapeliculei de apă se impune agitarea continuă a băii.

Acest mediu de răcire impune operaţii suplimentare ulterioare: spălare,curăţare a eventualelor aderenţe, etc.

c) Topiturile de săruri şi de aliaje metalice

Sunt mediile care au fost folosite şi în cazul operaţiei de încălzire.Acestea nu formează vapori în prima fază a răcirii, iar transferul de căldură seface în principal prin convecţie şi conductibilitate. Vitezele de răcire maximesunt de ordinul celor obţinute în cazul uleiurilor şi sunt asigurate tocmai înintervalul de temperaturi cel mai important (cotul perlitic); la temperaturijoase, unde tensiunile structurale sunt foarte mari (transformareamartensitică), ele asigură o viteză de răcire scăzută. De aceea topiturile desăruri îndeplinesc în mai mare măsură condiţiile impuse mediilor de răciredecât uleiurilor.

La utilizarea acestora se impune regenerarea periodică a lor şirespectarea unor măsuri specifice de protecţie a muncii, arătate de altfel laoperaţia de încălzire.

O caracteristică foarte importantă a sărurilor şi metalelor topite esteposibilitatea de a fi utilizate ca medii de răcire izotermă. O serie detransformări structurale se pot obţine în condiţii foarte avantajoase prinaceastă metodă, piesele fiind totodată lipsite de tensiuni interne.

Fig. 1.15. Variaţia vitezei cu temperatura

34

În afara mediilor de răcire arătate, în practica tratamentelor termice seutilizează tot mai mult mediile de răcire sintetice sau o serie de mediicomplexe. Dintre acestea cele mai utile par a fi mediile de răcire pe bază depolimeri (compuşi organici solubili în apă), care asigură o gamă de viteze derăcire foarte largă în funcţie de concentraţia acestora. Dacă se are în vedere şifaptul că acestea sunt neinflamabile, avantajul lor este de necontestat.

În figura 1.15 se prezintă variaţia vitezei de răcire cu temperaturapentru diferite medii de răcire.

Durata operaţiei de răcire

Determinarea duratei de răcire în intervalul de temperatură de interespractic este greu de determinat pe cale analitică, datorită următoarelorconsiderente:- alura curbelor de răcire diferă de la mediu la mediu;- constantele fizice ale mediului variază cu temperatura (punct de fierbere,vâscozitate, căldura latentă de vaporizare, densitate);- în timpul răcirii variază şi constantele fizice ale aliajului din care esteexecutată piesa (λ, Cp, ρ);- condiţiile răcirii sunt legate de geometria, calitatea suprafeţei piesei şi demişcarea relativă dintre piesă şi mediu.

Fig. 1.16. Curba de răcire newtoniană a unei piese subţiri

35

În figura 1.16 este reprezentată curba de răcire newtoniană a unei piesesubţiri, care se răceşte la Tpir la Tpfr prin imersare într-un mediu ce nu-şimodifică starea de agregare, a cărei temperatură este Tm. Calculul duratei derăcire are la bază acelaşi considerent şi principiu de calcul ca şi în cazuloperaţiei de încălzire: egalitatea dintre cantitatea de căldură introdusă de piesăşi cea recepţionată de mediu. în aceste condiţii, durata răcirii se poate calculacu suficientă aproximaţie cu relaţia:

][ log hTTTT

Scm

medpfr

medpirr −

−⋅

⋅⋅

=α

τ

unde: m - masa piesei în [kg];c - căldura specifică medie în intervalul de răcire considerat în [Wh/kg·grd];a - coeficientul global de transfer al căldurii în [W/m2·grd];S - suprafaţa piesei supuse acţiunii mediului de răcire în [m2];Tpir- Tpfr - temperatura iniţială, respectiv finală a piesei la răcire în [°C]Tmed - temperatura mediului de răcire în [°C].

În cazul pieselor masive şi în cazul general al mediilor ce-şi modificăstarea de agregare, durata răcirii se poate calcula utilizând criteriile Bi, Fo şi θcalculate pe intervale de temperatură corespunzătoare fazelor răcirii(figura 1.14), şi utilizând reprezentările grafice ale acestora.

1.2 Transformările structurale de bază ale tratamentelor termice

În cazul aliajelor fier-carbon, structura finală şi caracteristice mecanicevor fii în funcţie de transformările structurale în stare solidă ce ,însoţesc operaţiile de bază ale tratamentelor termofizice. Structurile principalesunt:

• austenita: este o soluţie de inserţie a carbonului în fierul γ,notată prin Fe γ (C) sau A;

36

• perlita: un amestec mecanic de ferită şi cementită, notată prin[Fe α (C) + Fe3C] sau P;

• martensita: o soluţie solidă de inserţie suprasaturată a carbonului înfierul a, notată prin Fe α' sau M;

• bainita: un amestec mecanic de ferită suprasaturată în carbon şicarburi de tipul FexC, notată prin [Fe α' (C)+FexC] sau B.

Trecerea de la o structură la alta se realizează prin încălzire şirăcire, efectuate în anumite condiţiuni, pentru fiecare din structurile de maisus, structura de pornire fiind austenita. Principalele transformări în cazultratamentelor termofizice sunt:

- transformarea perlitei în austenită (P → A): are loc la încălzire şi are labază procesul de difuzie;

- transformarea austenitei în perlită (A → P): se desfăşoară la răciriefectuate cu viteză mică, având la bază tot procesul de difuzie;

- transformarea austenitei în martensită (A → M): are loc la răcireaaustenitei cu viteză mare, deci ară difuzie;

- transformarea austenitei în bainită (A → B): are loc la răcirea austeniteicu viteze cuprinse între cele necesare obţinerii perlitei şi martensitei.Această transformare este parţial guvernată de legile difuziei.Din cele de mai sus rezultă clar că majoritatea tratamentelor

termofizice au la bază fenomenul de difuzie.

1.2.1. Transformări structurale la încălzire

Acestea sunt: transformarea perlitei în austenită sau pe scurttransformarea austenitică şi transformarea martensitei în perlită.Transformarea martensitei la încălzire va fi prezentată în cadrul tratamentuluitermofizic de revenire.

Din diagrama Fe-Fe3C (fig. 1.17) rezultă că austenita începe să aparăabia la temperaturi de încălzire ce depăşesc limita Ac1 (727 °C). În cazul unuioţel eutectoid (0,8 %C), având structură perlitică (punctul 1), prin încălzirecreşte treptat concentraţia în carbon a feritei, iar peste linia Acl, respectivpunctul S, începe să apară austenita:

Fe α (C) + Fe3C → Fe γ (C)↓ ↓ ↓

0,02% 6,67% 0,8%

perlită austenită

37

Fig. 1.17. Transformarea austenitei după diagrama Fe-C

Se observă că din cele două faze cu concentraţie diferită în carbon seformează o a treia fază de altă concentraţie; această transformare este decicondiţionată de deplasări ale atomilor de fier şi carbon în stare solidă, adică deprocese de difuzie.

În figura 1.17 este prezentată schematic transformarea austenitică, pemăsură ce evoluează procesul de încălzire, atât pentru structura perliticălamelară cât şi pentru cea perlitică globulară. Structura nouă - austenita - seformează pe suprafaţa de separare a celor două faze existente (ferita şicementita); de aceea structura perlitică lamelară se transformă mult mairepede, suprafaţa interfizică fiind mai mare decât în cazul perlitei globulare. ªiîntr-un caz şi în celălalt, la sfârşitul transformării austenita este neomogenădin punctul de vedere al concentraţiei de carbon. O menţinere la aceastătemperatură va face ca austenita să devină omogenă, datorită fenomenului deautodifuzie, omogenizare extrem de importantă pentru structura ce va rezultadupă operaţia de răcire.

38

Factorii care influenţează transformarea austenitică

a) Viteza de încălzire: influenţa acesteia se pune în evidenţă pe curbade încălzire, momentul transformării fiind marcat printr-un paliercorespunzător reacţiei endoterme ce o caracterizează. Două probe de oţelidentice din punctul de vedere al compoziţiei chimice sunt încălzite cu vitezediferite (fig. 1.l 8), peste linia Ac1;se poate observa că la viteze mari de încălzire transformarea începe latemperaturi mai ridicate (∆T2 > ∆T1), interval de timp necesar transformăriieste mai mic (∆τ2 < ∆τ1), iar procesul transformării se declanşează după untimp τ1 < τ2.

Fig. 1.18. Influenţa vitezei de răcire asupra transformării

b) Structura iniţială

perlita lamelară se transformă mult mai repede decât cea globulară, avândsuprafeţele de separare interfazice mult mai mari. pe asemenea timpul detransformare este mult mai mic în cazul structurilor iniţiale care conţin carburifine, fapt care are aceeaşi explicaţie.

c) Compoziţia chimică: viteza transformării creşte odată cu conţinutulde carbon (figura 1.I9), datorită faptului că va creşte şi cantitatea particulelorde carburi, respectiv suprafaţa de separaţie interfazică.

39

Fig. 1.19. Influenţa conţinutului de carbon asupra transformării

Elementele de aliere, cu excepţia nichelului, micşorează vitezatransformării perlitei în austenită şi influenţează poziţia punctelor critice.Elementele care formează carburi, deplasează punctele critice către valori mairidicate ale temperaturii.

Mărimea grăunţilor de austenită

Deoarece grăuntele de austenită nu suferă în cursul răcirii modificăriidimensionale important, se poate considera că granulaţia austenitică, formatăîn cursul procesului de încălzire, rămâne neschimbată până la temperatura .ambiantă. În consecinţă, gradul de fineţe al structurilor ce rezultă din austenităprin răcire, precum şi caracteristicilor mecanice finale vor fi în funcţie demărimea pe care o au avut-o grăunţii de austenită în faza finală a operaţiei deîncălzire.

După terminarea transformării P → A, prin încălzirea în continuare aoţelului sau o menţinere mai îndelungată la aceeaşi temperatură(supraîncălzirile), începe fază de creştere a grăunţilor formaţi. Rezultă căpentru o corectă conducere a procesului de încălzire trebuie avută în vederecea mai potrivită granulaţie a austenitei, pentru scopul urmărit. Factorii careinfluenţează mărimea grăuntelui de austenită sunt: temperatura de încălzire,durata de menţinere, conţinutul de carbon, condiţiile de elaborare, dacămaterialul a fost sau nu deformat plastic la cald, etc. Determinarea mărimiigrăunţilor constă în punerea în evidenţă a limitelor lui, existente la sfârşituloperaţiei de încălzire - menţinere de egalizare, pe cale microscopică şicompararea dimensiunilor lui cu etaloane standardizate.

40

1.2.2. Transformări structurale la răcire

Procesele care au loc la răcirea austenitei prezintă o mare importanţăteoretică şi practică, deoarece mecanismul şi cinetica acestor proceseinfluenţează natura, forma, mărimea şi distribuţia fazelor în structura oţelului,determinând astfel proprietăţi corespunzătoare după tratamentul termic.Particularitatea cea mai importantă a transformării austenitei la răcire constăîn aceea că, în funcţie de o serie de factori structurali, de temperatură, timp,etc., ea se produce în moduri diferite atât în privinţa condiţiilortermodinamice cât şi, mai ales, a mecanismului şi a cineticii.

Transformarea austenitei în perlită

Răcind austenita cu viteză mică, la temperaturi inferioare liniei Af,, seva transforma în perlită , după schema:

Fe γ(C) → Fe α(C) + Fe3C↓ ↓ ↓

0,8% 0,02% 6,67%perlită

După câte se poate observa, transformarea este însoţită de apariţia unorfaze noi cu un conţinut de carbon foarte diferit. Acest lucru dovedeşte cătransformarea perlitică are la bază procesul de difuziune, având un caracterevolutiv.

Transformarea se caracterizează prin germinarea fazei noi şi creştereaacesteia cu o anumită viteză, fenomen ce se desfăşoară concomitent din clipacând condiţiile necesare sunt îndeplinite.

Fig. 1.20. Declanşarea germinării constituenţilor

41

Germenii de perlită se formează în locurile unde există deranjamente înreţeaua cristalină sau la limitele grăunţilor, precum şi pe suprafeţele formatede diferite incluziuni şi neomogenităţi. Într-un grăunte de austenită (figura1.20a) să presupunem că declanşarea germinării se datoreşte unei particulesubmicroscopice de ferită formată în condiţiile arătate mai sus. Pentru a sedezvolta, acest germene preia din masa de austenită ioni de fier şi pe măsurăce creşte, în straturile vecine de austenită va creşte concentraţia de carbon. Laun moment dat, în vecinătatea lamelelor de ferită, austenita devinesuprasaturată în carbon, creându-se condiţii pentru transformarea ei încementită (figura 1.20b). Germenii de cementită, contrar celor de ferită,pentru a putea creşte şi ei vor prelua carbonul necesar din austenitaînconjurătoare. Aceasta sărăceşte în aşa măsură încât nu mai poate alimentaprocesul de creştere a cementitei;

Fig. 1.21. Dezvoltarea coloniilor de perlită

se creează în acest fel condiţii favorabile pentru transformarea ei (ferită figura1.20c). Acest proces continuă, formându-se coloniile de perlită (figura 1.21 ),a căror dezvoltare are loc atât în direcţie frontală F cât şi laterală L. Coloniiledezvoltă până se epuizează întreg grăuntele de austenită considerat (figura1.20c), putând chiar depăşi limitele acestuia.

Dacă faza iniţiatoare nu este ferita şi cementita (problemă încăneelucidată), procesul transformării rămâne în principiu acelaşi.

Procesul de transformare a austenitei în perlită poate avea loc atât prinrăcirea continuă cât şi prin răcirea izotermă a austenitei. În cel de-al doilea caztransformarea are loc la temperatură constantă, mecanismul rămânând acelaşi.Apar deosebiri în ceea ce priveşte uniformitatea şi fineţea granulaţiei perlitei:la răcire continuă coloniile de perlită care apar în ultima fază a răcirii, suntmult mai fine decât cele corespunzătoare începutului răcirii, datorită graduluimai mare de subrăcire.(Prin grad de subrăcire se înţelege diferenţa de

42

temperatură - la răcirea austenitei - faţă de linia Ac1 la care începetransformarea austenitei). Structura rezultată va fi deci neuniformă, iarcaracteristicile mecanice la fel. În cazul transformării izoterme a austenitei,gradul de subrăcire fiind acelaşi pentru tot intervalul de transformare,granulaţia va fi uniformă pe toată secţiunea piesei, indiferent de masivitatea satermică.

La răcire continuă, în cazul pieselor masive este posibil ca punctele dela suprafaţa piesei să se răcească cu viteză mai mare, iar cele din centru cuviteză mai mică. În asemenea cazuri structura perlitică rezultată esteneuniformă pe secţiune, fapt ce impietează asupra caracteristicilor mecanice.Constituenţii care se formează prin descompunerea austenitei în intervalulperlitic, poartă denumiri diferite după forma şi gradul de fineţe a lamelelor decementită şi ferită: perlită globulară, perlită lamelară, perlită sorbitică,troostită.

Factori ce influenţează transformarea austenitei în perlită

Factorii mai importanţi sunt:

a) viteza de răcire: dacă viteza de răcire este mică, viteza de germinare(numărul de germeni de fază nouă ce apar în unitatea de timp) este micăcomparativ cu viteza de creştere a germenilor, iar structura finală va figrosolană. Dacă viteza de răcire este mare, numărul germenilor ce apar înunitatea de timp este mult mai mare decât în cazul precedent şi nu au timpulnecesar pentru a creşte. În consecinţă, la viteze de răcire mari, structurarezultată este mult mai fină, în final numărul coloniilor de perlită fiind multmai mare.b) condiţiile de austenitizare: este importantă temperatura de încălzire laaustenitizare şi gradul de omogenizare a austenitei. Cu cât temperatura estemai ridicată, austenita este mai omogenă, deci numărul de microvolume cuconcentraţie diferită de cea medie, precum şi numărul de particule de carburirămase nedizolvate, care constituie germeni de cristalizare pentru perlită,scade. În consecinţă, structura finală va avea un aspect grosolan.c) gradul de subrăcire: cu creşterea subrăcirii se micşorează distanţainterlamelară a perlitei, deci ea este mult mai fină. Rezultă că, pentru diferitetemperaturi de început ale transformării corespund perlite de diferite grade defineţe, ale căror denumire a fost arătată mai sus.d) elemente de aliere: influenţa lor se manifestă prin modificarea poziţieipunctelor critice şi a intervalului în care are loc transformarea perlitică,precum şi asupra fineţei perlitei. Acest aspect se va analiza în cadrulcapitolului destinat diagramelor T.T.T.

43

Transformarea austenitei în martensită (martensitică)(transformare la răcire)

Dintre tipurile de transformări în stare solidă, transformareamartensitică prezintă cea mai mare însemnătate teoretică şi practică, stand labaza celui mai important tratament termofizic al oţelurilor - călirea.

Această transformare (numită scurt "martensitică") constă întransformarea soluţiei solide de austenită într-o soluţie solidă suprasaturată decarbon în fier a, numită martensită:

Fe γ(C) →Fe α' (C)(pentru a nu se confunda cu ferita Fe α(C), soluţia solidă de ferităsuprasaturată în carbon se va nota cu Fe α'(C)).

Transformarea are loc la grade mari de subrăcire, respectiv la viteze derăcire mai mari decât viteza critică a transformării. Prin viteză critică seînţelege viteza minimă necesară pentru ca această transformare să poată avealoc.

Faza nouă rezultată - martensita - are aceeaşi concentraţie ca şiaustenita din care a provenit, cu deosebirea că, atomii de fier ocupă poziţii noiîn reţeaua cristalină (de la cubică cu feţe centrate la o reţea tetragonală).Procesul având loc cu viteză foarte mare, iar concentraţia în carbon rămânândneschimbată, rezultă clar că procesul de difuzie nu mai are loc, iartransformarea are un caracter revolutiv. Structura rezultată este deci ostructură metastabilă (în afară de echilibru), având o duritate foarte ridicată.

Referitor la mecanismul acestei transformări s-au emis foarte multeipoteze. Una din ipotezele mai apropiate de realitate consideră că, germenii demartensită apar pe planele de alunecare ce se nasc datorită stării puternictensionate a reţelei de austenită supusă răcirii cu viteză mare (figura 1.22a).

Fig. 1.22. Formarea structurii martensitice

44

Prin răcire în continuare apar noi plane de alunecare şi lamele de martensitămereu noi, care vor împărţi grăuntele de martensită în volume din ce în ce maimici (figura 1.22b). Martensita având un volum specific mai mare decât alaustenitei, porţiunile de austenită netransformată vor fi supuse uneicompresiuni multilaterale, care în faza finală poate frâna procesultransformării (figura 1.22c). Cantitate de austenită care rămânenetransformată şi apare în structură alături de martensită se numeşte austenităreziduală. Ea poate fi transformată prin răcire în continuare la temperaturijoase sau prin tratamente ulterioare (revenire).

Examinând curba cinetică a transformării A → M se constată cătransformarea se declanşează la o anumită valoare a temperaturii, când aparprimele lamele (ace) de martensită (cca. 1 %); acest punct se numeşte punctulde început al transformării şi se notează cu Ms. Fenomenul se desfăşoară apoicu viteză mare (0,002 secunde) şi scade din nou, la o anumită temperaturăviteza fiind atât de mică încât se poate considera ca punct de sfârşit altransformării, notat cu Mf. Intervalul de temperatură dintre Ms şi Mf senumeşte interval de transformare martensitică şi este caracteristic pentrufiecare aliaj în parte.

Factorii ce influenţează transformarea austenitei în martensită

a) Viteza de răcire în intervalul de transformare. În cazul a două probeaustenitizate în aceleaşi condiţiuni, dar răcite cu viteze diferiteV1 >> V2, curbele cinetice ale transformărilor ne arată următoarele (figura1.23):

- în prima fază a transformării Ms - M, în cazul vitezei mai mici V2 seobţine o cantitate mai mare de martensită decât în cazul vitezei V1;

- în intervalul M - Mf, cantitatea mai mare de martensită se obţine laviteza mai mare V,. În acest caz cantitatea de austenită reziduală estemai scăzută cu ∆%, fapt important în practica tratamentelor termice decălire.În concluzie, în mod practic ar trebui ca în primul interval Ms - M

răcirea să se facă cu viteze mici, iar în intervalul M - Mf cu viteze mari,asigurându-se o cantitate maximă de martensită. Această modalitate de răcireare o mare importanţă practică în cazul acelor aliaje unde austenita prezintă omare stabilitate. Modalităţile de răcire se vor prezenta la tratamentultermofizic de călire.

45

Punctul M la care se observă ce(e de mai sus se numeşte punct mijlociu şialături de punctele Ms şi Mf, reprezintă punctele transformării martensitice.b) Întreruperea procesului de răcire în intervalul de temperatură Ms - M nuinfluenţează cantitatea finală de martensită formată. Sub punctul M, prinoprirea răcirii se opreşte şi transformarea austenitei în martensită; la reluarearăcirii procesul reîncepe, dar cantitatea de martensită ce se formează este maimică. Deci întreruperea răcirii duce la fenomenul de "stabilizare a austenitei".c) Mărimea grăuntelui de austenită. Cu cât acesta este mai mare, cu atâtaustenita este mai stabilă, transformându-se mai greu şi necesitând o perioadăde incubaţie mai lungă. Transformarea ei în martensită va necesita o viteză derăcire mai mică.d) Compoziţia chimică a aliajului. Conţinutul de carbon are o influenţăcomplexă:

• cu creşterea conţinutului de carbon se măreşte stabilitatea austenitei;• odată cu creşterea procentajului de carbon, punctele critice ale

transformării se deplasează către valori mai scăzute ale temperaturii(figura 1.23);

Fig. 1.23. Intervalul de transformare al martensitei

46

Al şi Co coboară punctele de transformare martensitică şi mai alesstabilizează foarte mult austenita. La o serie întreagă de oţeluri bogat aliate,influenţa elementelor de aliere este atât de puternică încât structura finalădupă călire, conţine o cantitate extrem de ridicată de austenită reziduală (Rp -urile, C 120, etc.).

Transformarea austenitei în bainită

Prin răcirea austenitei în intervalul de temperatură 400 - 200 °C cuviteze mai mari decât cea necesară transformării perlitice şi mai mici decâtviteza critică corespunzătoare transformării martensitice, se va obţine ostructură intermediară - bainita. Schema transformării este:

Fe γ(C) →Fe α"(C)+ FexC

Bainita

Acest amestec mecanic constă în ferită suprasaturată Fe α"(C)'(s-anotat din considerente didactice pentru a nu se confunda cu cea a martensiteiFe α'(C)), mai săracă în carbon decât cea martensitică şi carburi de tipul FexC,la rândul lor diferite de Fe3C. transformarea bainitică poate avea loc atât încondiţiile răcirii continue cât şi izoterme a austenitei; în ultimul caz tensiuniletermice vor fi aproape nule, fapt deosebit de important în practicatratamentelor termice.

Structura bainitei depinde de subrăcire, răcirea austenitei la temperaturiimediat sub 400 °C, favorizează apariţia bainitei superioare. În grăuntele deaustenită (figura 1.24) apariţia germenilor de fază nouă şi creşterea lordecurge după aceleaşi legi ca şi în cazul transformării perlitice; apar plachetede ferită în care ulterior precipită, prin difuziune, carburile de tipul FexC dupăo direcţie ce face un unghi de 60° faţă de direcţia de creştere a plachetei deferită. Bainita superioară are proprietăţi mecanice mai bune decât perlita, dareste mai fragilă.

O răcire a austenitei în zona temperaturilor imediat superioară lui200 °C, favorizează apariţia unei bainite de formă aciculară, numită bainităinferioară. Ferita suprasaturată în carbon apare sub forma unor ace în careprecipită ulterior carburile FexC, ca şi în cazul bainitei superioare. Acele facunghiuri de 60° ca şi în cazul martensitei, aspectul general fiind foarteasemănător cu al acesteia.

47

Fig. 1.24. Formarea bainitei

De altfel şi caracteristicile mecanice sunt mai apropiate de alemartensitei decât de ale perlitei; duritate mai mare ca a perlitei, dar mai micădecât a martensitei, rezilienţă mai bună decât a martensitei.

Întrucât structurile bainitice împrumută o serie de caracteristici atât dela structurile perlitice cât şi de la cele martensitice, ele. se mai numesc şistructuri intermediare. De altfel şi mecanismul transformării bainitice poate fiiconsiderat ca intermediar: ferita suprasaturată în carbon apărând prinalunecare ca şi în cazul transformării martensitice, iar carburile FexC prinprocesul de difuzie, ce caracterizează transformarea perlitică. Decitransformarea bainitică poate fii considerată ca având loc prin basculare; aparseparări de ferită suprasaturată, în care precipită apoi prin difuzie carburile;apare din nou o separare de ferită suprasaturată şi procesul continuă dupăaceastă schemă.

Cinetica transformării A → B prezintă o perioadă de incubaţie şi unmaxim al vitezei de transformare în momentul când a apărut deja o cantitatede aproximativ 20% bainită: Transformarea nefiind completă, rămâne ocantitate de austenită netransformată, care poate fii transformată fie izoterm înperlită, fie continuu în martensită.

Dintre factorii mai importanţi ce influenţează transformarea austeniteiîn bainită trebuiesc amintiţi: condiţiile de austenitizare, mărimea grăuntelui deaustenită, compoziţia chimică, gradul de suprarăcire, starea tensională areţelei, viteza de răcire, etc.

48

În afara celor patru transformări analizate, mai există o transformareimportantă şi anume: transformarea la încălzire a martensitei în perlită,transformare ce caracterizează în general procesul de revenire al aliajelorfier - carbon. Din considerente pur didactice, aspectul teoretic al transformăriiva fi studiat la revenirea oţelurilor.

Diagramele de transformare izotermă şi continuă a austenitei (T.T.T)

Importanţa diagramelor de transformare a austenitei la răcire constă înfaptul că precizează modalităţile de descompunere a soluţiei solide deaustenită în funcţie de condiţiile de răcire, precum şi natura şi proprietăţilestructurilor ce rezultă.

În timpul răcirii austenitei acţionează doi factori: temperatura şi timpul,care de fapt constituie şi coordonatele acestor diagrame. Prin menţinereaconstantă a temperaturii şi urmărirea modului cum evoluează structura întimp, se obţin "diagramele de transformare izotermă a austenitei". Dacăvariază ambii parametrii, diagramele ce rezultă se numesc "diagrame detransformare continuă a austenitei" sau anizotermă. Simbolizarea prescurtată alor - T.T.T. - arată tocmai această interdependenţă: temperatură, timp,transformare.

Construirea diagramelor T.T.T. se poate face prin mai multe metode:- prin cercetare metalografică: se urmăreşte natura structurii obţinute

pentru diferite grade de subrăcire;- prin dilatometrie asociată cu cercetarea metalografică: prin înregistrarea

curbelor dilatometrice se determină punctele critice, pe baza palierelorşi inflexiunilor acestora;

- prin metoda magnetică;- prin iradiere cu raze X.

Metoda cea mai folosită este cea dilatometrică, asociată cu cercetareametalografică şi măsurătorile de duritate.

Diagramele de transformare izotermă a austenitei

Se consideră "n" probe (epruvete) de oţel, identice din punctul devedere al compoziţiei chimice şi al dimensiunilor, încălzite şi menţinute înasemenea condiţii încât să se obţină o structură austenitică omogenă. Una dinprobe se trece cu mare viteză din utilajul de încălzire într-o baie de săruri acărei temperatură este constantă, T1, urmărindu-se timpul la care începe şi

49

se termină transformarea. Cu aceste rezultate se construieşte curba cinetică atransformării, corespunzătoare temperaturii de menţinere izotermă T1 (figura1.25). Cu altă probă se procedează la fel, dar la temperatura T2 şi aşa maideparte până la temperatura Tn.

Proiectând şi unind între ele punctele de început şi sfârşit aletransformării într-o diagramă având coordonatele temperatură - timp (încoordonate logaritmice) se obţin două curbe: curba 1 reprezintă loculgeometric al punctelor de început ale transformării, iar curba 2 al punctelor desfârşit ale transformării. În cazul cel mai general, o diagramă de transformareizotermă a austenitei arată ca cea din fig. 1.25

Fig. 1.25. Cinetica transformării izoterme

50

Fig. 1.26 Diagrama de transformare izotermă a austenitei

De regulă, între curbele de început şi sfârşit ale transformării se maitrasează cu linie întreruptă şi curba corespunzătoare unei transformări de50%.

Cadrul acestor diagrame este delimitat la partea superioară de izotermacorespunzătoare punctului critic Ac1, sau Ac3 (în funcţie de conţinutul decarbon), iar la partea inferioară de izoterma corespunzătoare punctului deînceput al transformării martensitice, Ms. Aceste linii nu fac parte dindiagrama propriu-zisă, dar delimitează zonele de existenţă ale austeniteistabile şi instabile.

La dreapta curbei 3 se găsesc structurile perlitice şi bainitice ce rezultădin descompunerea izotermă a austenitei, la diferite temperaturi.

Porţiunea cuprinsă între curbele 1 şi 3 se numeşte interval detransformare izotermă; pentru o temperatură dată T, intervalul de transformareeste IT, cuprins între punctele a şi b. Durata necesară transformării sedetermină prin proiectarea punctelor a şi b pe abscisa diagramei. Distanţa dela ordonată până la punctul a, se numeşte interval de stabilitate al austeniteiIST; intervalul de stabilitate minimă ISm, reprezintă distanţa de la ordonatăpână la punctul de inflexiune al curbei de început a transformării.

Toate aceste elemente sunt caracteristice şi diferă de la oţel la oţel,având o deosebită importanţă în practica tratamentelor termice.

Tipuri de diagrame T.T.T. de transformare izotermă a austenitei

Varietatea mare de diagrame T.T.T., permite gruparea acestora dinfoarte multe puncte de vedere. După alura curbelor ce compun acestediagrame şi modul în care sunt dispuse cele trei zone ale transformărilor - de

51

echilibru, intermediare şi în afară de echilibru - se disting patru tipuri dediagrame.a) Diagrame de tipul I: se caracterizează prin faptul că prezintă un singurinterval de stabilitate minimă a austenitei (perioadă de incubaţie) atât pentrutransformarea perlitică cât şi pentru cea bainitică (figura 1.27.a). Acestediagrame sunt caracteristice oţelurilor carbon de construcţie.b) Diagrame de tipul II: perioada de incubaţie a celor două transformări areaproximativ aceeaşi valoare, dar transformarea apare la temperaturi diferite.Curba de sfârşit a transformării prezintă două inflexiuni, corespunzătoarecelor două transformări. Diagramele de acest tip sunt caracteristice oţeluriloraliate cu Cr-Mo, Cr-V, Cr-Mo-V-W.c) Diagramele de tipul III : transformările perlitic şi bainitic apar distincte,fiecare din ele fiind caracterizată printr-o perioadă de incubaţie proprie.Aceste diagrame sunt de o mare varietate, în funcţie de poziţia relativă a celordouă transformări. Aceste diagrame sunt specifice oţelurilor complex aliate cuMn -Ni-Mo-V.

Fig. 1.27. Tipuri de diagrame T.T.T

d) Diagramele de tipul IV: cele două transformări sunt distincte şi separate deun interval de mare stabilitate a austenitei, iar perioadele de incubaţie suntdiferite. Oţelurile care sunt aliate cu elemente carburigene (care formeazăcarburi), Cr, Mo, V, Ti, au astfel de diagrame.

52

Un caz particular al acestor diagrame este acela în care transformareabainitică lipseşte; sub curbele transformării perlitice apare un câmp mare destabilitate a austenitei. Acest gen de diagrame sunt caracteristice oţelurilorinoxidabile.

Factori ce influenţează aspectul diagramelor

a) Compoziţia chimică: în primul rând, conţinutul de carboninfluenţează substanţial poziţia curbelor. La oţelurile hipoeutectoide odată cucreşterea conţinutului de carbon, curbele se deplasează spre dreapta,comparativ cu diagrama unui oţel eutectoid, fără a-şi modifica însă forma. Încazul celor hipereutectoide, efectul este invers, mai ales atunci cândtemperatura de austenitizare este scăzută, iar carburile nu trec toate în soluţiasolidă.

Influenţa elementelor de aliere este mult mai complexă, ele deplasândcurbele de început şi sfârşit a transformării, modificând alura lor, precum şipoziţia relativă a celor două transformări, perlitic şi bainitic. Majoritateaelementelor de aliere, cu excepţia cobaltului, deplasează curbele spre dreapta,faţă de ordonata diagramei, influenţă proporţională cu conţinutul procentual.Elementele care formează carburi, Cr, Mo, W, V, Ti, etc., deplasează curbelespre dreapta, duc la apariţia celor două coturi, perlitic şi bainitic, separateîntre ele printr-un domeniu de stabilitate a austenitei. Cobaltul deplaseazătoate curbele spre stânga. O serie de elemente au efecte parţiale asupradiagramei: - Mo deplasează spre dreapta cotul perlitic, fapt important înpractica tratamentelor termice izoterme, având acces uşor la domeniulbainitic. În tabelul 1.7 se prezintă o schemă privind influenţa pe care o auprincipalele elemente de aliere asupra diagramelor.

b) Condiţiile de austenitizare: prin ridicarea temperaturii deaustenitizare şi menţinerea îndelungată o oţelului la această temperatură,grăuntele de austenită creşte foarte mult, iar carburile (în cazul în care există)trec în soluţie solidă. Acţiunea rezultantă este creşterea stabilităţii austenitei,mărirea perioadei de incubaţie, respectiv deplasarea spre dreapta a curbelordin diagramă.

53

Tabelul 1.7. Influenţa unor elemente de aliere asupra diagramelor

Transformarea perlitică Transformarea bainiticăElementulde aliere Începutul Viteza Temperatura Începutul Viteza Temperatura Observaţii

∀ & ∀ ∋C < 0,8C > 0,8 ! & ∀ ∋

Ni, Mn ∀∀ ∋ ∀ ∋

Cu, Si ∀ ∋ ∀ ∋Influenţa maislabă ca Ni şi

Mn

Co ! & ! &

Singurulelement cedeplasează

curbele sprestânga

Cr ∀∀ ∋ & ∀

∀ ∋ ∋

Mo∀∀∀

∋∋ &&∀∀∀

∋∋ ∋∋

Separareatransformăriiperlitice de

cea bainitică

V ∀ ∋∋ ∀ ∋∋

B ∀∀

∀∀

Pentruconţinuturi decca. 0,003%

Mărimeagrăuntelui ∀

Încetineşteprocesul degerminare

∀ deplasare spre dreapta creştere &! deplasare spre stânga scădere ∋

54

Modul de utilizare al diagramei de transformare izotermă a austenitei

Înainte de toate trebuie precizat faptul că aceste diagrame sunt valabilenumai pentru oţelurile pentru care au fost determinate şi numai pentrucondiţiile în care au fost determinate: temperatura de austenitizare şi durata demenţinere la această temperatură. În consecinţă, pentru efectuarea unuitratament termic izoterm, este necesar să cunoaştem aliajul din care esteconfecţionată piesa, să dispunem de diagrama de transformare izotermă aaustenitei pentru acest aliaj şi să cunoaştem caracteristicile finale impuse,respectiv structura ce trebuie obţinută.

Fig. 1.28. Diagrama TTT pentru un oţel aliat

Presupunând că oţelul din care este confecţionată piesa are diagramadin figura 1.28 iar structura dorită este cea perlitică, se procedează după cumurmează:

- se stabilesc condiţiile de austenitizare în conformitate cu cele care auservit la ridicarea diagramei (temperatura TA);

- se stabileşte temperatura de menţinere izotermă T1 în aşa fel încât săcorespundă cotului perlitic (transformării perlitice);

- se determină durata de menţinere la temperatura T1 în aşa fel încât săavem certitudinea că piesa traversează intervalul de transformarecorespunzător a1 b1. Pentru aceasta se alege un interval de timp mai mare caOb1, τ1, dar nu prea lung pentru a nu avea dezavantaje de ordin economic.

55

Realizarea practică presupune o austenitizare într-un utilaj de încălzirela TA, introducerea rapidă a piesei într-o baie de săruri aflată la T1, omenţinere τi, la aceasta temperatură şi apoi răcirea ei în aer sau apă (condiţiilerăcirii nu mai au importanţă în acest caz). Ciclul acestui tratament este celnotat cu 1 şi va putea fi întâlnit la recoaceri (se vor trata la capitolulrespectiv).

Dacă se impune obţinerea unei structuri bainitice, se procedeazăanalog, dar menţinerea se va face la temperatura T2, un timp T2, urmândciclul 2. Acest tratament se mai numeşte călire izotermă şi va fi studiat latratamentul termofizic de călire.

Pe baza acestor diagrame se pot face o serie întreagă de alte tratamente,cu transformări parţiale şi structuri mixte, etc.

Tratamentele izoterme prezintă un mare avantaj şi anume: faptul cătensiunile termice care însoţesc în mod normal un tratament termofizic, dedata aceasta sunt foarte mici sau lipsesc cu desăvârşire. De asemenea, prinacest procedeu se pot obţine structurile bainitice în condiţii foarte comode,parametrii tehnologici fiind foarte uşor de stabilit şi controlat.

Un dezavantaj al acestora îl constituie faptul că la mare parte dinoţeluri, curbele de început ale transformării sunt situate atât de aproape deordonată încât aplicarea tratamentului izoterm devine imposibilă. De aceea,aceste diagrame sunt foarte utile numai în cazul oţelurilor aliate, ale cărorcurbe sunt mult deplasate la dreapta. De asemenea, realizarea tratamentuluiizoterm necesită două utilaje: unul de încălzire, iar altul de menţinereizotermă.

Diagramele de transformarea austenitei la răcire continuă

Deoarece în practica tratamentelor termofizice operaţia de răcire aaustenitei se face în diferite medii ce asigură o gamă largă de viteze de răcire,răcirea este continuă şi presupune variaţia concomitentă a temperaturii şitimpului. Diagramele de transformare izotermă pierzându-şi valabilitatea înaceste condiţii, s-a trecut la întocmirea unor diagrame care să conţină curbelede început şi sfârşit ale transformărilor în condiţiile unei răciri continue aaustenitei.

Construirea diagramelor de transformare a austenitei la răcire continuăse face prin metoda dilatometrică, asociată cu cercetarea metalografică şimăsurători de duritate.

Mai multe probe confecţionate din acelaşi oţel şi de aceleaşidimensiuni sunt austenitizate în condiţii identice. Probele sunt răcite

56

continuu în aşa fel încât să acopere un câmp larg de viteze, începând cu răcirirapide şi terminând cu răciri foarte lente. Mediile utilizate sunt: apa, soluţiileapoase, uleiurile minerale şi vegetale, aer liniştit, mufle, atmosfera dincuptoare, etc. Pentru fiecare din condiţiile de răcire se determină coordonatelepunctelor de început şi sfârşit a transformării (temperatură timp), naturaconstituenţilor care se formează, precum şi duritatea lor. Locurile geometriceale punctelor de început şi sfârşit a tuturor transformărilor vor constituidiagrama căutată (se mai numeşte şi diagrama CCT - Continuos CoolingTransformation). Calitativ, o astfel de diagramă arată ca cea prezentatăschematic în figura 1.29, unde:

Fig. 1.29 Curbele de început şi sfârşit ale transformăriia - este curba de început a formării feritei pro-eutectoide;

b şi c - curbele de început, respectiv de sfârşit a transformării perlitice;d şi e - curbele corespunzătoare transformării bainitice;

f - limita de început a transformării martensitice Ms.

Domeniile de stabilitate şi instabilitate ale austenitei sunt cele haşurate.Spre deosebire de diagramele de transformare izotermă, în acest caz

limita Ms face parte integrantă din diagramă; în consecinţă, diagrama vaconţine transformările perlitic, bainitic şi o porţiune din transformareamartensitică (peste 0° C). În funcţie de compoziţia chimică poate apare sau nudomeniul de separare al feritei proeutectoide.

57

Vitezele de răcire din figura 1.29 sunt în aşa fel alese încât traverseazădiagrama prin punctele nodale 1 ...4 şi delimitează nişte câmpuri de viteză încare structura finală va fi prezentată în figură. Dacă răcim piesa cu o viteză V,care V1 > V > V2, se observă că structura finală va fi compusă din bainită şimartensită, întrucât traversează atât câmpul transformării bainitice cât şi pecel martensitic. Dacă viteza V este V3 > V > V4, structura va fi compusă dinferită, perlită, bainită şi martensită. Din familia de viteze prezentate înfigură, V1 şi V4 prezintă o importanţă deosebită:- V1 se numeşte viteză critică superioară, întrucât la valori mai mari structuraeste compusă numai din martensită, iar la valori mai mici, structura secompune din martensită, iar la valori mai mici, structura se compune dinmartensită şi din altă fază. Această viteză este extrem de importantă latratamentul termic de călire (viteza critică de călire);- V4 se numeşte viteză critică inferioară, întrucât ea delimitează domeniulstructurilor în afară de echilibru.

Factorii ce influenţează aspectul diagramei

Ca şi diagramele TTT de transformare izotermă a austenitei, cele detransformare continuă pot avea forme foarte diferite; domeniul de apariţie aferitei proeutectoide (între liniile a şi b) poate să apară sau nu; formadomeniilor perlitic şi bainitc pot fi separate printr-un domeniu de stabilitate aaustenitei, etc.Factorii care influenţează aspectul diagramei sunt:

a) Compoziţia chimică - este factorul cel mai important şi influenţa sase manifestă ca şi în cazul diagramelor de transformare izotermă. La oţelurilehipoeutectoide apare domeniul de separare al feritei proeutectoide.Elementele de aliere deplasează curbele spre dreapta; Mn şi Ni produc şi odeplasare în jos. Cr şi Ni favorizează apariţia unor domenii pentrutransformările distincte pentru transformările perlitic şi bainitic.

b) Condiţiile de austenitizare în cazul cel mai general, mărimeagrăuntelui de austenită influenţează asupra aspectului diagramei. Prinaustenitizare la temperaturi ridicate sau menţineri îndelungate, curbele dindiagramă se deplasează spre dreapta. La oţelurile hipoeutectoide, influenţa seresimte asupra transformării perlitice , deplasând-o spre dreapta. În cazulcelor hipereutectoide, temperaturile ridicate favorizează dizolvarea carburilorîn soluţia solidă de austenită şi stabilizarea acesteia. În aceste condiţii toatecurbele se deplasează spre dreapta.

58

Modul de utilizare a diagramelor TTT de transformare continuă aaustenitei

De la bun început trebuie precizat un lucru foarte important o diagramăTTT de transformare continuă a austenitei nu are aplicabilitate industrialădecât în condiţii identice cu acelea ce au fost folosite pentru construirea ei(compoziţia chimică, stare structurală iniţială, viteza de încălzire, temperaturaşi durata de austenitizare). Pentru fiecare din aceşti factori există limite întrecare pot varia iară să influenţeze apreciabil rezultatele; reguli generale nu sepot enunţa însă, fiecare aliaj constituind un caz aparte.

În practica inginerească procesul de proiectare şi realizare a unei piesepresupune următoarele etape:

- alegerea materialului corespunzător din punctul de vedere alsolicitărilor, mecanice a condiţiilor de prelucrare, pentru o piesădefinită geometric (formă dată);

- stabilirea tratamentului termic necesar pentru a obţine caracteristicilemecanice impuse;

- stabilirea parametrilor tehnologici ai tratamentului şi modalităţile derealizare în condiţii practice a acestuia.Acest ultim aspect este extrem de important, fiind hotărâtor în privinţa

rezultatului final. Pe lângă diagrama TTT a materialului din care esteconfecţionată piesa este necesar să cunoaştem şi curbele de răcire ale piesei încauză, în condiţiile unor răciri efectuate cu diferite viteze de răcire, deciutilizând diferite medii de răcire. Prin trasarea curbelor de răcire pe unmaterial transparent (plastic, calc, etc.) la scară identică cu a diagramei şi înaceleaşi coordonate ca acesta (semilogaritmice) şi suprapunerea lor pestediagramă, se poate cunoaşte structura finală, în funcţie de intervalele detransformare pe care le traversează. Problema cea mai dificilă şi care creeazămulte impedimente în practica industrială este cunoaşterea curbelor de răcireale piesei. Alura acestora, pentru aceleaşi condiţii de austenitizare ca şi celeprecizate în diagramă, depinde de configuraţia piesei si de "masivitateatermică" a ei. Ridicarea curbelor de răcire reale fiind foarte laborioasă, pentrua nu limita posibilităţile de utilizare a acestor diagrame, s-au construit princalcul nişte curbe de răcire teoretice, pentru diferite medii de răcire, diferitecondiţii de austenitizare şi diferite grosimi ale piesei (anexa 5). Trasarea lors-a făcut în coordonate semilogaritmice, atât pentru suprafaţa piesei cât şipentru centrul ei. Acestea reprezintă o bună concordanţă cu cele determinateexperimental şi publicate în diferite lucrări de specialitate, astfel încât ele potfi utilizate cu rezultate satisfăcătoare în condiţii practice.

59

Fig. 1.30. Factorii de transformare pentru diametrul echivalent De

Pentru piese având secţiuni de alte forme decât cele circulare, se potutiliza factorii de transformare în secţiuni circulare echivalente, ale cărordiametru echivalent De se stabileşte cu ajutorul relaţiilor din figura 1.30.La alegerea condiţiilor de călire spre exemplu, pe lângă diagrama T.T.T. estebine să dispunem de banda de călibilitate a oţelului respectiv. Cum la o bunăparte din mărcile de oţeluri lipsesc diagramele T.T.T.,este bine să se caute nişte mărci de oţeluri echivalente, fabricate în alte ţări şicare dispun de astfel de diagrame.

Informaţiile obţinute din diagramele T.T.T. sunt susceptibile decorecturi, din cauza erorilor pe care le introduc în apreciere curbele de răcireale piesei. În consecinţă, sunt necesare determinările experimentale - mai alesîn condiţiile fabricaţiei în serie - în stabilirea definitivă a parametrilortehnologici.

60

1.3. Tensiuni interne

În principiu, tensiunile interne sunt produse pe trei căi principale:- tensiuni termice: produse de dilatarea sau contracţia neuniformă, ca

urmare a diferenţelor de temperatură pe secţiune sau în volum;- tensiuni structurale: produse de frânarea modificărilor de volum

specifice transformărilor structurale ce au loc la încălzire şi răcire;- tensiuni de lucru: introduse în urma acţiunii mecanice a procedeelor de

prelucrare tehnologică (turnare, deformare, sudare, aşchiere).Într-o piesă, tensiunile interne sunt introduse printr-una din căile arătate

mai sus sau prin combinarea lor; în cazul aliajelor monofazice, în timpulîncălzirii şi răcirii apar doar tensiuni termice; dacă aliajul este deformatplastic la cald apar atât tensiuni termice cât şi de lucru; în cazul unui aliajfier - carbon, deformat la cald şi tratat termic, apar toate cele trei tipuri detensiuni.

În cazul tratamentelor termice, tensiunile care apar sunt cele termice şicele structurale la care se mai adaugă şi tensiunile de lucru deja introdusă înpiesă în sectoarele de prelucrare mecanică. Tensiunile interne rezultante suntfoarte periculoase, putând atinge valori atât de ridicate încât depăşesc R0,2 şiR la temperatura respectivă şi duc la deformarea piesei, apariţia de fisuri sauchiar ruperea ei.

1.3.1. Tensiuni termice

Datorită diferenţei de temperatură pe secţiunea piesei în curs deîncălzire sau răcire, dilatarea sau contracţia acesteia este neuniformă.

Fig. 1.31. Schema tensiunilor termice la încălzire

61

Dilatarea sau contracţia straturilor vecine, rigid legate între ele, fiind reciprocfrânată, dilatările sau contracţiile posibile, dar nerealizate se transformă îndeformaţii elastice locale, cărora le sunt asociate tensiuni interne.

Tensiuni interne la încălzire

În figura 1.31 sunt prezentate curbele de încălzire ale suprafeţei şicentrului unei piese cilindrice ce urmează a ti tratată termic. Tensiuneamaximă ce acţionează asupra elementului considerat se poate calcula curelaţia:

0max 1TE

∆−⋅

=µ

βσ [daN / mm2 ] (1.1)

unde: β - este coeficientul de dilatare liniară, [1/k];E - modulul de elasticitate, [daN/mm2]p - coeficientul de contracţie transversală , caracteristic aliajului din

care este confecţionată piesa (Poisson);T0 - diferenţa dintre temperatura medie a piesei şi temperatura

volumului considerat:

∆T0 = Tm - TX (1.2)

Temperatura medie pe secţiune, se calculează cu relaţiile:

( )CSm TTTT −+=21

0 (1.3)

( )CSm TTTT −+=31

0 (1.4)

Cu aceste relaţii se poate determina uşor valoarea maximă aproximativăa tensiunilor la suprafaţa şi centrul piesei. În figura 1.32, fiind reprezentată şivariaţia în timp a diferenţei de temperatură dintre suprafaţa şi centrul piesei,se poate deduce uşor după un timp i, aceasta atinge valoare maximă. Deci:(1.3) - pentru cilindru;(1.4) - pentru placă;(1.5) - pentru suprafaţa cilindrului;(1.6) - pentru centrul cilindrul ui;(1.7) - pentru piese cilindrice;(1.8) - pentru piese de tip placă.

62

( ) ( ) ( ) =−−=−=−−+=∆ CSCSSCSCS TTTTTTTTT21

21

21

0

max21 T∆−= (1.5)

( ) ( ) max0 21

21

21 TTTTTTTT CSCCSCC ∆=−=−−+=∆ (1.6)

maxmax 121 TE

S ∆−⋅

⋅−=µ

βσ (1.7)

maxmax 121 TE

C ∆−⋅

⋅=µ

βσ

maxmax 132 TE

S ∆−⋅

⋅−=µ

βσ (1.8)

maxmax 131 TE

C ∆−⋅

⋅=µ

βσ

Semnul diferit al tensiunilor arată că pe secţiunea piesei acestea variazăca sens; astfel, la începutul încălzirii suprafaţa se dilată mai mult, dar dilatareafiind frânată de miezul mai rece, în suprafaţă apar tensiuni de compresiune,iar în centru de întindere. Acest lucru reiese clar epura tensiunilor pesecţiunea piesei după timpul τ, corespunzător lui ∆Tmax, construită cu ajutorulcurbei de variaţie a temperaturii pe secţiune şi a tensiunilor în timpulîncălzirii. În straturile intermediare tensiunile scad ca valoare, existând chiarpuncte (a căror loc geometric se află pe cercul cu diametrul D0 - figura 1.32)pentru care ∆T0 = 0 şi tensiunile sunt nule, aici producându-se şi schimbareasensului tensiunilor. Urmărind variaţia lui ∆T în timp, se poate constata căaceasta creşte până atinge ∆Tmax, care va corespunde realizării tensiunilormaxime pe întreaga perioadă a încălzirii (situaţie prezentată grafic în figura1.32), după care începe să scadă asimptotic la axa T.

Din relaţia 1.1 rezultă că tensiunile ce apar în material sunt directproporţionale cu coeficientul de dilatare liniară β, cu modulul de elasticitate Eşi invers proporţionale cu coeficientul de contracţie transversală µ. Valoarealui β şi E fiind funcţii de temperatură, în calcule se vor introduce valorilecorespunzătoare temperaturii pentru care se face determinarea tensiunilor. Încazul oţelurilor, produsul βE ≈ 0,25, iar µ = 0,3, până la temperatura de500°C, fapt ce permite utilizarea unor formule simplificate:

63

σmax ≈ ± 0,18 ·∆Tmax (1 .9)σmax ≈ - 0,24 ·∆Tmax (1 .10)σmax ≈ 0,12 ·∆Tmax (1.1 1)

(1.9) - pentru suprafaţă şi centrul cilindrului;(1.10) - pentru suprafaţa plăcii;(1.11) - pentru centrul plăcii.

Efectul tensiunilor termice depinde de raportul ce există între mărimeatensiunilor calculate cu relaţiile de mai sus şi proprietăţile de rezistenţă alematerialului la temperatura corespunzătoare lui ∆Tmax. Tensiunile periculoasesunt cele de întindere, întrucât ele sunt capabile să producă fisurarea pieselor.Pericolul creşte atunci când piesele au şi tensiuni remanente de întindereproduse de prelucrările tehnologice anterioare, cu care tensiunile termice seînsumează, sau atunci când piesa are concentratori de tensiuni. În practicăapar următoarele situaţii:

- când σmax > R' la temperatura respectivă, piesa fisurează şi se rupe;- când R > σmax > R'0,2, în cazul materialelor moi şi tenace (metale pure

soluţii solide omogene, etc.) capabile să suporte o deformare plasticăavansată înainte de rupere, efectul este de deformare. În cazulmaterialelor dure şi fragile (aliaje turnate, fonte, oţeluri călite, etc.),efectul este tot de rupere;

- când σmax > R'0,2 piesele fragile se fisurează.În consecinţă, la proiectarea corectă a unei tehnologii de încălzire, se

vor respecta condiţiile:σmax ≤ 0,7 R'0,2 - în general (1.12)σmax ≤ 0,7 R'0,02 - pentru piesele fragile (1.13)

Tensiunile interne la încălzire sunt periculoase doar în prima parte aîncălzirii, deoarece la temperaturi ridicate materialele devin plastice , iartensiunile se anihilează prin deformare plastică.

Pentru evitarea efectului nedorit al tensiunilor termice la încălzire estenecesar să se reducă mărimea acestora, lucru posibil prin reducereaneuniformităţii încălzirii, respectiv a valorii lui ∆T0. În consecinţă, se poateacţiona asupra acelor factori tehnologici, care influenţează asupra lui ∆T0:

64

- micşorarea vitezei de încălzire a piesei , mai ales în cazul materialeloraliate a căror coeficient de conductibilitate termică este scăzut şi apieselor având o secţiune transversală mare;

- încălzirea în mai multe trepte, în conformitate cu figura l.5d,- încălzirea piesei împreună cu cuptorul.

Tensiuni interne la răcire

Operaţia de răcire este însoţită la rândul ei de tensiuni interne, mai alesîn cazul tratamentelor termice ce presupun răciri cu viteză mare (cazultratamentelor termic de călire) şi deci valoarea lui ∆T este mare. Modul derepartizare a tensiunilor în secţiunea piesei variază în timp şi este foarte greude determinat precis, mai ales că aliajul supus răcirii parcurge succesivetapele când este în stare plastică (la temperaturi ridicate), elasto - plastică, iarla temperaturi mai joase în stare elastică.

La răcire, straturile superficiale ale piesei se răcesc mai repede şi tindsă se contracte; dar contracţia lor fiind frânată de centrul piesei, la suprafaţăapar tensiuni de întindere, iar în centru de contracţie. Dacă deformaţiile ar finumai elastice, tensiunile ar creşte până ar atinge un maxim corespunzător lui∆Tmax, după care ar scădea asimptotic până la zero. În aceste condiţii se poateobserva că tensiunile termice de la răcire au o variaţie în timp similară cu acelor de la încălzire (fig. 1.31), dar sunt de semn contrar. Cum însă,majoritatea materialelor (oţeluri, neferoase) au o plasticitate bună latemperaturi ridicate, pe măsură ce se răcesc trec prin etapa elastico - plasticăşi ca urmare structurile superficiale sunt întinse, iar cele interioare suntcomprimate (figura 1.32). Piesa răcindu-se în continuare, straturile interioaretind să se contracte la rândul lor, însă datorită rigidităţii stratului exterior,această contracţie nu este posibilă. În aceste condiţii tensiunile îşi vor schimbasensul; după timpul τ2 ele se anulează, iar la finele răcirii, corespunzătormomentului τ3, ele devin de compresiune la suprafaţă şi de întindere în centru.Această distribuţie se va stabili în final ca tensiuni remanente în realitate,procesul analizat este mult mai complex, schimbarea sensului tensiunilorproducându-se la temperaturi şi momente diferite, în funcţie de condiţiile încare are loc răcirea, de masivitatea piesei, de neuniformitatea repartiţieitemperaturii, precum şi de alţi factori. De asemenea, tensiunile termice de larăcire nu pot fi analizate fără a ţine seama de tensiunile structurale careînsoţesc operaţia de răcire.

65

Fig. 1.32. Variaţia tensiunilor termice la răcire

Pentru conducerea justă a procesului răcirii este necesar să se ţinăseama de o serie de factori ce depind de materialul piesei şi de naturamediului de răcire folosit:- compoziţia chimică a aliajului, mai ales gradul de aliere al acestuia. Cu câtel este mai puternic aliat, conductibilitatea termică a lui scade, deci diferenţade temperatură între suprafaţă şi centru va fi mai mare (∆T);- mărimea secţiunii piesei;- complexitatea geometrică a acesteia;- capacitatea de răcire a mediului de răcire folosit (vezi medii de răcire).Modalităţile de a micşora tensiunile termice ce însoţesc operaţia de răcire sunturmătoarele:- alegerea unui mediu de răcire potrivit, capabil să asigure viteza de răcirecritică necesară transformării structurale dorite, dar care să nu producădiferenţă mare de temperatură ∆T pe secţiunea piesei;

66

- folosirea a două medii de răcire care permit realizarea unor viteze derăcire corespunzătoare etapelor pe care le parcurge piesa în timpulrăcirii (evitarea cotului perlitic, traversarea intervalului martensitic);

- executarea unor paliere în procesul răcirii, pentru a micşora sau chiaranula diferenţa de temperatură dintre suprafaţă şi centru.

1.3.2. Tensiuni structurale

Acestea pot să apară atât la încălzire cât şi la răcire se datorescvolumului specific diferit al constituenţilor structurali; vor apare în momentulîn care piesa încălzită sau răcită trece printr-un punct critic sau traversează uninterval de transformare.

În tabelul 1.9 se prezintă volumele specifice ale constituenţilorstructurali ai oţelurilor în funcţie de conţinutul în carbon. Deoarece acesteadepind în mare măsură de conţinutul în carbon, cele mai mari modificări devolum remanente (la răcire) se vor produce la oţelurile cu carbon ridicat.Modificarea de volum reflectată în modificarea dimensiunilor liniare alepiesei vor fi cu atât mai mari cu cât diferenţa de volum specific dintreconstituenţii iniţiali şi finali va fi mai mare (tabelul 1.10).

Tabelul 1 .9 Volumul specific al constituenţilor structurali, funcţie deconţinutul de carbon

Constituentul Volumul specific [m3/kg](calculat la 20°C)

Ferită 0,1271·10-3

Cementită 0,1300 ·10-3

Austenită (0,1212 + 0,0033%C)·10-3

Ferită + Cementită (0,1271 + 0,0005%C) ·10-3

Perlită lamelarăBainită inferioarăBainită superioară

(0,1271 + 0,0015 %C) ·10-3

Martensita de călire (0,1271 + 0,025 %C) ·10-3

Martensita de revenire 0,1271 + 0,0015 (%C – 0,25) ·10-3

Troostită de revenireSorbită

Perlită globulară.(0,1271 + 0,0005%C) ·10-3

67

Tabelul 1.10 Variaţia dimensiunilor liniare şi de volum ale constituenţilor

Transformarea Variaţiade volum∆V [%]

Variaţiadimensiunilor

liniare ∆l [mm]Perlită → Austenită -4,64+2,21%C 0,0155+0,0074%CAustenită → Perlită lamelară 4,64-2,21%C 0,0155-0,0074%CAustenită → Martensită 4,64-0,53%C 0,0155-0,0018%CAustenită → Bainită superioară 4,64-2,21%C 0,0155-0,0074%CAustenită → Bainită inferioară 4,64-1,43%C 0,0155-0,0048%CPerlită globulară → Perlită lamelară 0 0Perlită globulară → Martensită 1,68%C 0,0056%CPerlită globulară → Bainităsuperioară

0 0

Perlită globulară → Bainităinferioară

0,78%C 0,0026%C

Tensiuni structurale la încălzire

Pentru a studia modul de apariţie al tensiunilor structurale la încălzire,se presupune o probă dintr-un oţel eutectoid (0,8% C), având diametrul D,care se introduce într-un cuptor având temperatura constantă Tcup. În figura1.33 sunt prezentate cele două curbe de încălzire, a suprafeţei şi a centruluiprobei.

Fig. 1.33. Tensiuni la încălzire

68

Până în momentul τ1 nu apar nici un fel de transformări structurale,întrucât temperatura probei este mai mică decât Ac1. În acest interval de timpapar doar tensiunile termice ce însoţesc operaţia de încălzire. Chiar înmomentul τ1, suprafaţa epruvetei atinge temperatura Ts1=Ac1. Dacă se faceabstracţie de perioada de incubaţie, caracteristică transformării, înseamnă căîn acest moment în straturile superficiale se declanşează transformareaperlitei în austenită. În momentul τx, suprafaţa piesei are temperatura TsX >Ac1, în timp ce centrul acesteia are TCX < Ac1; adică suprafaţa piesei a intratîn domeniul austenitic - punctul 2 - centrul rămânând sub temperaturacritică Ac1 - punctul 1. În stratul exterior care a depăşit Ac1 structura va fideja austenitică, iar în centrul piesei va rămâne perlitică. Făcând calculelenecesare pentru determinarea volumului specific al celor doi constituenţi,înlocuind în relaţii (tabelul 1.9) procentajul de carbon al unui oţel eutectoid(0,8%), se observă că structura austenitică rezultată are un volum specificmai mic decât al perlitei cu 0,0045·10-3 m3/kg. În consecinţă, stratul exteriortinde să se contracte (∆V=35 %). Cum acest lucru nu se poate realiza dincauza centrului piesei, în el va apare tensiuni de întindere, iar în straturilecentrale tensiuni de compresiune. Variaţia temperaturii, precumşi repartizarea tensiunilor pe diametrul piesei, în momentul τX, se vede înfigura 1.33.

Dacă materialul are o plasticitate bună la temperatura TsX, tensiunilede întindere care apar în straturile exterioare se anulează pe seamadeformaţiilor care apar. Dacă plasticitatea este redusă, este posibil catensiunile de întindere din strat să dea naştere la fisuri care ulterior, înprocesul de răcire, ar putea agrava situaţia. În consecinţă, din punctul devedere al tensiunilor structurale ce însoţesc operaţia de încălzire, momentulτX poate fi considerat un moment critic.

Încălzirea având loc în continuare, în momentul τ2 şi centrul pieseiatinge temperatura Tr2=Ac1, deci teoretic se încheie procesul de transformarea perlitei în austenită. Partea centrală tinde să se contracte la rândul ei. Dacăstratul exterior are o plasticitate redusă, tensiunile rămase din momentul τX sevor anula şi îşi vor schimba sensul. Dar cum întreaga probă are o structurăaustenitică, iar aceasta are în general o bună plasticitate, tensiunile vor scădeasau chiar anula pe seama deformaţiilor plastice care apar.

Printr-un raţionament similar se poate urmări modul de apariţie altensiunilor structurale şi în cazul încălzirii oţelurilor hipoeutectoide şihipereutectoide. în aceste cazuri, procesul presupune două momente critice,corespunzătoare traversării liniei Ac1, şi Ac3, respectiv Ac1 şi Acem; în cazul

69

oţelurilor hipoeutectoide, de exemplu, vor apare tensiuni structurale înmomentul trecerii perlitei în austenită (Ac1), respectiv în momentul treceriiferitei în austenită (Ac3).

Valoarea tensiunilor este destul de mare, depăşind cu uşurinţă valoarealimitei de curgere R0,2 sau uneori chiar a rezistenţei la rupere R, apărând înmod inevitabil fisurile.

Tensiuni structurale la răcire

Mecanismul de apariţie al tensiunilor structurale în procesul de răciretrebuie bine cunoscut, întrucât acesta generează cele mai mari valori aletensiunilor, diferenţa de volum specific între structura iniţială austenitică şicele rezultate - bainite, martensite - este foarte mare. De asemenea, acestetensiuni vor rămâne în piesă (dacă nu se face un tratament de detensionare) şivor crea multe neajunsuri la eventualele prelucrări mecanice ulterioare (definisare, rectificare). Tensiunile structurale la răcire sunt maxime în cazultransformării austenită → martensită (călirii), austenita având volumulspecific cel mai mic, iar martensita cel mai mare (tabelul 1.9). În consecinţă,mecanismul de apariţie al acestora se va analiza în ipoteza călirii lamartensită.

Raţionamentul de mai sus este valabil în cazul când transformarea areloc în toată secţiunea epruvetei (călire pătrunsă). În practică însă, înmajoritatea cazurilor, piesele au o configuraţie şi o masivitate termică ce nupermit atingerea vitezei critice de transformare în toată secţiunea, în exteriorpiesele vor avea un strat martensitic (călit), iar în interior vor avea o altăstructură (ferito - perlitică, perlitică, etc.). O astfel de situaţie este chiar dorităla piesele care la exterior trebuie să aibă o duritate ridicată pentru a rezista lauzare, iar centrul să aibă o tenacitate ridicată.

În asemenea situaţie este greu de urmărit modul de variaţie în timp altensiunilor structurale. Valoare finală a lor depinde de diferenţa de volumspecific dintre constituenţii rezultaţi şi austenitici, respectiv între martensită şiconstituentul din centrul piesei. Valoarea tensiunilor remanente maidepinde de:

- adâncimea stratului cu structura martensitică (călibilitatea materialului);

- compoziţia chimică a aliajului;- capacitatea de răcire a mediului folosit, etc.În cele prezentate până acum, s-a arătat modul de apariţie al tensiunilor

interne, separat în cazul celor termice şi celor structurale, pentru a putea fimai uşor urmărite fenomenele ce se succed. Cum în practica tratamentelor

70

termice fenomenele ce produc apariţia tensiunilor nu pot fi separate, variaţialor în timpul încălzirii şi mai ales a răcirii este mult mai complexă, iardeterminarea tensiunilor remanente foarte dificilă.

Comparând tensiunile termice şi cele structurale ce însoţesc operaţia deîncălzire. Se poate observa că ele sunt de semne contrare; cu toate acestea nupoate fi vorba de o compensare a efectului lor nici măcar atunci când ar fiegale în valoare absolută. Ele acţionează în etape diferite ale procesului deîncălzire: tensiunile termice apar în intervalul 0-600 °C, în timp ce tensiunilestructurale apar la temperaturi mai ridicate (depăşirea lui Ac1 în cazuloţelurilor), acolo unde cele termice sunt neglijabile.

Şi în cazul răcirii, tensiunile termice şi cele structurale sunt de semnecontrare, dar situaţia este puţin diferită; în cazul transformării martensitice,care începe la temperaturi joase (linia Ms), unde materialul nu mai esteplastic, este posibil ca la un moment dat să apară o oarecare compensare sauchiar anulare a lor. Dar în faza finală, tensiunile remanente vor fi datorate maiales celor structurale. Dacă la cele arătate mai adăugăm şi posibilitatea ca înstructura finală a piesei să apară şi austenită reziduală (în cazul oţeluriloraliate), se poate conchide că este foarte dificil să se determine valoareatensiunilor remanente.

Uneori tensiunile interne au un rol pozitiv şi se caută chiar obţinerealor, conferind pieselor condiţii avantajoase de comportare în exploatare. Estecazul tensiunilor de compresiune de la suprafaţa unor piese călite superficialprin inducţie.

1.3.3. Efectul tensiunilor interne

Efectele observabile şi măsurabile ale tensiunilor interne suntdeformările şi fisurile (crăpăturile). Dacă deformările mai pot fi remediateulterior prin operaţii suplimentare de îndreptare, calibrare, fisurile şicrăpăturile duc la rebutarea piesei.

Deformarea pieselor

Se datoreşte repartizării neuniforme a tensiunilor termice şi structuraleîn diferitele secţiuni ale piesei. Deformările sunt de două feluri:

- modificări dimensionale (cu variaţia de volum);- modificarea geometriei iniţiale (încovoiere, răsucire).Modificări de dimensiuni, care să nu fie însoţite şi de modificări ale

formei se produc numai în cazul când răcirea s-a făcut simultan şi uniform petoată secţiunea produsului şi în toată masa acestuia.

71

Dar această situaţie se întâlneşte rar în practica tratamentelor termice.Deformările care se produc sunt ireversibile şi la repetarea tratamentului elecresc în valoare, păstrându-şi sensul.

Valoarea şi sensul deformărilor depinde de raportul existent întretensiunile termice şi cele structurale. În cazul oţelurilor cu conţinut scăzut decarbon, care practic sunt necălibile, în mod evident, tensiunile termice vor fiacelea care vor determina valoarea şi sensul deformării. Ele tind să aducăpiesa (fig.1.34a) spre forma sferică (fig. 1.34b) caracterizată prin cel mairedus potenţial termodinamic.

Fig. 1.34. Deformarea diferitelor secţiuni sub influenţa tensiunilor

În cazul oţelurilor care pot fi călite pătruns (numite autocălibile) deexemplu predominante vor fi tensiunile structurale rezultate pe urmatransformării martensitice. Efectul acestora este invers faţă de cel precedent(fig. 1.34).

În cazul cel mai general când călirea este nepătrunsă efectul final(fig. 1.35) este determinat de raportul existent între tensiunile termice şi celestructurale.

Fig. 1.35. Deformarea unei table

O placă de grosime 8, care este supusă unui tratament termic de căliresuperficială pe una din feţe (fig. 1.35a) în final va avea forma din figura1.35b, datorită tensiunilor structurale generate de stratul martensitic de

72

grosime δM. Există piese de configuraţie complexă, a căror geometrie finalăeste greu de prevăzut; de aceea se fac experimente prealabile.

Problema deformaţiilor ce însoţesc un tratament termic trebuie să fieanalizată în funcţie de poziţia tratamentului termic în fluxul de fabricaţie alpieselor. Dacă tratamentul termic aplicat permite o prelucrare ulterioară apiesei, el poate fi intercalat între operaţiile de degroşare, prelucrare şi finisare.Eventualele deformaţii care apar pot fi încadrate în adaosurile de prelucrare,neprezentând nici o problemă. Dacă tratamentul termic sau termochimicconferă o duritate foarte ridicată structurilor superficiale ale piesei, făcândposibilă o prelucrare ulterioară prin aşchiere (călire, cementare, nitrurare,etc.), tratamentul termic trebuie să constituie operaţia finală; dar în acest cazeventualele deformaţii rămân.

Factorii ce influenţează deformarea pieselor

Din cele arătate până acum rezultă că modul de deformare şi valoareadeformaţiilor depind de o serie de factori care pot influenţa într-un sens saualtul şi în măsură diferită, tensiunile termice şi cele structurale. Factorii maiimportanţi şi dependenţi de material (aliaj) sunt următorii:

a) compoziţia chimică:- conţinutul de carbon influenţează puternic deformaţiile, mai ales în

cazul călirii. La conţinuturi mici de carbon, deformaţiile produse de tensiunilestructurale sunt neglijabile, efectul tensiunilor termice fiind predominant. Pemăsura creşterii conţinutului de carbon creşte continuu valoarea şi rolultensiunilor structurale;

- elementele de aliere micşorează conductivitatea termică a aliajului,respectiv duc la creşterea rolului tensiunilor termice.

b) călibilitatea oţelului:- materialul este cu atât mai susceptibil la deformare cu cât călibilitatea

sa este mai scăzută; apar variaţii ale structurii pe secţiunea piesei.c) creşterea grăuntelui de austenită: - favorizează creşterea

deformaţiilor.

Dintre factorii mai importanţi legaţi de tehnologia tratamentului termicse pot aminti:

a) Neuniformitatea încălzirii piesei în diferitele porţiuni ale eiprovoacă transformări structurale decalate în timp şi apariţia deformaţiilor.

b) Viteza de răcire: măreşte, în general, tendinţa de deformare,deoarece creează condiţii favorabile pentru creşterea tensiunilor atâttermice cât şi structurale. În fapt, se subînţelege influenţa mediului derăcire folosit(vezi cazul călirilor): mediul de răcire considerat a da cele

73

mai mari deformaţii, este apa.c) Modul de introducere a piesei în mediul de răcire influenţează foarte

puternic asupra geometriei iniţiale a piesei. Porţiunile imersate se răcesc brusc, depăşesc linia Ms începând transformarea martensitică, valoarea tensiunilor structurale şi termice fiind ridicate comparativ cu cele din porţiunea rămasă în afara mediului.

Modalităţile de preîntâmpinare a deformării pieselor rezultă chiar dinanaliza factorilor mai sus subliniaţi. Materialul având o compoziţie chimicăbine precizată, iar piesa o configuraţie dată, se pune problema alegeriiparametrilor tehnologici ai tratamentului termic de aşa manieră încâtdeformările să fie de aşa manieră încât deformările să fie minime sau să nuapară.

Pentru aceasta se stabilesc în primul rând regimul încălzirii şi durata demenţinere, având în vedere "masivitatea" şi compoziţia chimică, pentru areduce diferenţa de temperatură dintre suprafaţa şi centrul piesei. Condiţiilede răcire se rezumă în primul rând la alegerea mediului de răcire şi apoi lacondiţiile de imersare a piesei în mediul respectiv.

Fisurarea pieselor

Crăpăturile sau fisurile se produc sub acţiunea tensiunilor de întindere,care local depăşesc rezistenţa la rupere a materialului din care esteconfecţionată piesa. Ele pot apare îndată după tratamentul termic sau ulteriordupă un interval de timp, piesele fiind în exploatare.

Fisurile pot avea ca sursă o serie de defecte existente în material sauoperaţii premergătoare tratamentului termic, cum ar fi :

- incluziuni nemetalice sau fisuri ascunse în semifabricate;- proiectarea greşită din punct de vedere constructiv (diferenţe degrosimi de perete mari, concentraţii de tensiuni, lipsa racordărilor);- alegerea necorespunzătoare a materialului din punctul de vedere altratamentului termic sau indicarea unor parametrii tehnologici eronaţi;- defecte şi tensiuni introduse în material prin diferite operaţii deprelucrare (aşchiere, turnare, deformare plastică).

Fisurile se pot datora şi efectuării în condiţii necorespunzătoare aletratamentului termic:

- parametrii ciclului de tratament termic greşit aleşi;- folosirea unor utilaje necorespunzătoare;- mediu de răcire nepotrivit, etc.

74

Fisurile pot fi grosolane (vizibile cu ochiul liber) sau microscopice.Fisurile longitudinale adânci (figura 1.36a), apar pe generatoarea piesei,având o adâncime mare şi sunt caracteristice pieselor călite pătruns. Dinepura tensiunilor se vede că tensiunile de întindere apar la adâncimi destulde mari.

Fig. 1.36. Formarea fisurilor

Fisurile pot apare şi în interiorul pieselor (fig. 1.36b) atunci când acolotensiunile sunt de întindere; au formă de arc şi apar la materialele undetransformarea structurală nu are loc pe toată secţiunea. Fisurile sub formă dereţea (solzi) (fig.l.36c) apar în cazul când se însumează tensiunile remanentedupă tratamentul termic de călire şi cele ce însoţesc operaţia de rectificareulterioară.

Două piese cilindrice, având diametrul exterior D (fig. 1.37) şi celinterior d1, respectiv dc, (d2 < d1), confecţionate din acelaşi material şi supusetratamentului termic de călire. La piesa la care călirea a pătruns în toatăsecţiunea, se produc fisuri la colţuri, datorită efectului de concentrator detensiuni; în cazul piesei ai cărei pereţi sunt mai groşi decât adâncimea depătrundere a călirii, nu se produc fisuri.

În cazul pieselor compuse din două sau mai multe tronsoane de diferitediametre (fig. 1.38) situaţia se prezintă astfel: dacă numai în cilindrul cudiametru mai mic d s-a produs o călire pătrunsă şi în cel cu diametrul marenu, se formează fisuri la trecerea de secţiune, după linia de intersecţie a celordoi cilindrii. Dacă materialul are o călibilitate mare şi ambii cilindrii

75

s-au călit, apar fisuri atât la trecerea de secţiune cât şi longitudinal în cilindrulcu diametrul mai mare.

Fig. 1.37 Apariţia tensiunilor

Fig. 1.38 Apariţia fisurilor la piese fără rază de racordare de la o secţiunemare la una mică.

Dintre factorii mai importanţi ce influenţează fenomenul de fisuraretrebuiesc amintiţi: compoziţia chimică, călibilitatea materialului, temperaturade încălzire şi gradul de uniformitate al încălzirii, viteza de răcire, mărimeasecţiunilor şi configuraţia pieselor. Aceşti factori, precum şi modalitatea depreîntâmpinare a efectului lor, s-a analizat în cazul deformări lor.

76

Evaluare

1. Câte operaţii are un ciclu de tratament termic?2. Care sunt parametrii unui ciclu de tratament termic?3. Câte feluri de regimuri de încălzire cunoaşteţi?4. Care sunt metodele de transfer ale căldurii de la utilaj la piesă?5. Cum se exprimă criteriul lui Biot?6. Care sunt fenomenele ce pot să apară la încălzire?7. Ce este operaţia de încălzire?8. Definiţi operaţia de menţinere.9. Definiţi operaţia de răcire.10. Care este cel mai energic mediu de răcire?11. Care sunt factorii care influenţează transformarea perlitică?12. Când are loc transformarea martensitică?13. Câte curbe are diagrama TTT?14. Când apar tensiunile interne?15. Cum pot fi evitate şi eliminate tensiunile interne?16. Care este efectul tensiunilor interne?