CONSTRUCTIA PIESELOR TURNATE DIN OTEL

Constructia pieselor turnate din otel-carbon

Principiile constructiei pieselor turnate din otel difera destul de mult de principiile cunoscute ale constructiei pieselor turnate din fonta cenusie. Multi constructori, care nu-si dau seama de acest lucru, dau forma constructiva a pieselor turnate din otel dupa procedeul traditional pentru piesele turnate din fonta si comit astfel o serie de greseli importante.

In primul rind, trebuie sa se tina seama de factorul de contractie a piesei turnate, la analiza tehnologica a constructiei piesei turnate din otel. Contractia mare a otelului turnat in timpul solidificarii si in stare solida impune sa se ia o serie de masuri de asigurare impotriva producerii in piesa turnata a retasuri-lor, tensiunilor si crapaturilor. Alte motive pe care constructorul pieselor turnate trebuie sa le ia in considerare ca:

formarea, curatirea, prelucrarea mecanica ieftina si economia de material, sint pe planul al doilea in cazul pieselor turnate din otel.Parametrul principal, pentru constructorul pieselor turnate din otel, este modelarea peretilor verticali, orizontali, care este conditionata de raza de actionare a maselotei.

Pentru a se obtine un perete vertical fara microretasura trebuie:— sa fie prevazut cu convergenta mare;— sa se aseze deasupra o maselota.

Folosindu-se o maselota corespunzator de mare, se poate reduce sau elimina complet convergenta in anumite limite ale inaltimii peretelui, daca aceasta este nedorita din punctul de vedere al constructorului.

Prin urmare se poate turna un perete cu grosimea constanta de 25 mm si cu inaltimea de 350 mm, fara defecte, cu conditia ca deasupra peretelui sa se aseze o maselota lata de 100 mm (fig. 209, b). Folosirea convergentei ar da un efect termic ceva mai mare, exprimat prin eventuala marire a inaltimii perete-lui pana la 450 mm (fig. 209, a). In cazul peretilor lati (cu latimea de 150—200 mm) (fig. 209, c—f), nu se observa nici un avantaj al aplicarii inclinarilor. Alte exemple sunt date in fig.209,g-f. Efectul maselotei poate fi dat si de partile masive ale piesei turnate, amplasate deasupra peretelui. Rezultatele cercetarilor

1

examinate au o foarte mare importanta pentru constructor, pentru ca ii arata ce profil trebuie sa dea peretilor verticali ai piesei turnate pentru a obtine o structura densa a materialului. In fig. 210 este prezentata aplicarea principiilor expuse prin exemplul unui cilindru de presa hidraulica. Pe de o parte, precum s-a menfionat mai sus, microretasura diseminata in apropierea axei peretelui nu influenteaza, in majoritatea cazurilor, asupra valorii utile a piesei turnate, mai ales atunci cand exista in ea numai tensiuni incovoietoare. In schimb, actiunea microretasurilor poate fi daunatoare atunci cand piesa turnata trebuie sa fie etansa la presiuni mari (de exemplu carcasele turbinelor de abur), cand se trateaza piese turnate de mare raspundere, solicitate dinamic si cand intra in considerare oboseala metalului si coroziunea.

In continuare se va examina problema microretasurilor axiale in peretii orizontali.Actiunea presiunii hidrostatice a metalului lichid, precum au dovedit experientele, se

extinde in peretii orizontali aproximativ, pe o distanta egala cu doua grosimi ale peretelui. Marginea piesei turnate, racita nu numai din ambele parti, ci si frontal, se solidifica mai repede decat restul piesei si nu manifesta retasuri axiale. Influenta ,,efectului marginal" se extinde, in adancimea piesei turnate pe o distanta aproximativ egala cu 2,5 g (fig. 211, a).

Rezulta ca maselota obisnuita asigura compactitatea peretelui orizontal al piesei turnate peo distanta aproximativ egala cu 4,5 g (fig. 211, b). Daca pe placa se asaza o serie de maselote (fig. 211, c), partea sanatoasa a placii dintre maselote are lungimea de 4 g. Aceasta distanta poate fi considerabil marita asezandu-se suplimentar racitoare intre maselote (fig. 211, d).

Se vor examina placile orizontale cu grosimea redusa treptat, pe masura ce se indeparteaza de la mijlocul placii prevazut cu o maselota (fig. 211, e si f). Datorita faptului ca peretele mai gros al piesei cu grosimea g1 incalzeste frontal peretele mai subtire g2, iar aceasta la randul lui peretele si mai subtire g3 etc., raza de actiune a maselotei se extinde destul de mult (efectul ,,penei termice").

Valoarea acestei raze poate fi exprimata prin formule aproximative pentru placa cu doua trepte (fig. 211, e):

A1 = 3,5g1-g2;A2 = 3,5g1;

iar pentru placa cu trei trepte (fig. 211, f); A1 = 3,5g1-g2; A2 = 3,5 g2 – g3; A3 = 3,5g2.Rezultatele experientelor examinate au o foarte mare

importanta pentru constructor dandu-i indicatii practice cum trebuie sa modeleze conturul piesei turnate pentru a obtine piese fara defect. In practica, fireste, in locul placilor cu trepte, constructorul foloseste de obicei placi, care se subtiaza uniform spre perimetru.

Dand piesei turnate forma unei placi cu rezistenta uniforma la incovoiere, se obtine o economie de greutate in limitele 25—55%. Rezulta ca folosirea pentru acest fel de placi a principiilor ilustrate in fig. 211 permite, in afara de economia de material, si reducerea destul de mare a greutatii maselotelor.

2

Rezolvarea acestei probleme constituie un exemplu perfect care ilustreaza, cat de mari economii pot fi realizate datorita tratarii stiintifice a problemei.

Daca suprafata placilor orizontale este mare, trebuie dotata cu o serie de maselote cu distanta reciproca de 4 g. Numarul de maselote poate fi mult redus folosindu-se maselote atmosferice de presiune a caror raza de actiune, precum se stie, este de 1,5 si 2 ori mai mare decat a maselotelor obisnuite.

Daca prin intermediul placii orizontale se alimenteaza peretii orizontali amplasati mai jos, se foloseste unul din procedeele:- se ingroasa conic placa, asa cum se observa in fig. 212, a;- se aseaza maselote suplimentare deasupra peretilor verticali. fig. 212, b (taierea incomoda cu arzator oxiacetilenic);- se executa maselote cu presiune.

In fig. 213 este data o piesa turnata din otel a unui corp in forma de con cu diametrul de 3 500 mm; constructia piesei turnate sub raportul realizarii principiului de solidificare dirijata, se apropie de ideal. Corpul turnat prezentat in fig. 214 contrazice in mod deosebit acest principiu.

In fig. 215 este prezentata o roata dintata pentru care trebuie sa se determine profilul coroanei si butucului cel mai rational, din punctul de vedere al tehnologiei de turnare. In fig. 216, a este aratata o sectiune prin nodul termic, in locul de imbinare a discului cu coroana, prevazut cu maselota; liniile subtiri prezinta izoterme— izosolidus in momentul de solidificare a piesei turnate. Se observa ca constructia nodului termic este corecta, deoarece macroretasura se afla in afara piesei turnate.

In practica profilul maselotei si ingrosarile sub maselota se stabilesc prin ,,metoda cercurilor inscrise" precum se expune in fig. 216, b: in locul cel mai gros al piesei turnate (locul de imbinare a peretilor) se inscrie un cerc tangent la conturul piesei turnate (diametrul cercului d). Ruland acest cerc pe

3

conturul interior al piesei K,L se traseaza circumferinta pozitiilor succesive ale cercului NP. Din punctul P se ridica dreapta PR inclinata fata de verticala sub un unghi de 3°. La distanta h corespunzatoare adaosului pentru taierea maselotei (cu flacara oxiacetilenica sau cu fierastraul) se traseaza linia orizontala ST care determina grosimea peretelui piesei turnate B la baza maselotei.

Dimensiunea transversala si inaltimea maselotei se determine tinand seama de volumul metalului necesar pentru umplerea macroretasurii. Calculele nu vor fi expuse, deoarece nu sunt necesare constructorului ci tehnologului care stabileste marimea maselotei. Datele aferente se afla in literatura de specialitate.

In fig. 215, b este prezentat profilul maselotelor de deasupra coroanei si butucului rotii construite cu racordarile reglementare, iar in fig. 215, a — o roata cu racordari excesive. Se observa ca racordarile prea mari sunt daunatoare deoarece provoaca pierderi de material in maselota si influenteaza considerabil cheltuielile de taiere a maselotelor. In fig. 215, c se prezinta o piesa turnata cu discul deplasat spre partea superioara care atrage si

deplasarea nodurilor termice in coroana si in butuc; ca urmare se produce — o reducere si mai mare a maselotei si lichidarea aproape completa a ingrosarilor pe coroana sub maselota. Aceste ingrosari, constituind convexitati locale pe suprafata exterioara a coroanei, sunt foarte daunatoare in timpul prelucrarii, deoarece provoaca incarcarea neuniforma a cutitului in timpul strunjirii si astfel reducerea durabilitatii taisului si necesitatea de a se limita viteza de aschiere.

O alta imbunatatire a profilului piesei turnate poate fi obtinuta prin inclinarea discului rotii, in modul aratat cu linii discontinue in fig. 215, b. Inclinarea usureaza evacuarea gazelor si impuritatilor din piesa si contribuie la reducerea tensiunilor termice in piesa turnata.

In fig. 217 este aratata modificarea constructiei unei role de macara si in fig. 218 a constructiei rotii de rulare a podului rulant.

Din punctul de vedere al obtinerii unei piese turnate fara defecte, un nod cu un profil deosebit de defavorabil este imbinarea incrucisata a peretilor (fig. 216, d), deoarece din ambele parti ale peretelui vertical in locurile de imbinare cu peretii orizontali, apar doua concentratii de material. Pentru a evita macroretasura, partea superioara a peretelui vertical se ingroasa cu marimea x, determinate prin metoda cercurilor inscrise. In fig. 220 este data modelarea maselotei deasupra flansei rotunde. Maselota se taie cu flacara oxiacetilenica si ingrosarea locala a fetei flansei se elimina in timpul prelucrarii mecanice. Deseori, modificarea relativ mica a profilului piesei turnate elimina dificultatile intilnite in turnatorie pentru obtinerea unei piese turnate fara defecte si permite reducerea mare a pretului de cost.

Ca exemplu poate servi corpul concasorului aratat in fig. 221. Acest corp, la jumatate din inaltime, are o ingrosare in forma de nervura puternica inelara 1, care din cauza grosimii relativ mici a peretelui

4

vertical nu poate fi alimentata din maselotele asezate pe perimetrul flansei superioare. Pentru a elimina aceasta dificultate, s-au incercat trei procedee:

- ingrosarea locala a nervurilor verticale pentru a crea canale verticale, prin care nervura 1 ar putea fi alimentata din maselotele superioare (fig. 221,6);

- introducerea pe suprafata superioara de prelucrat a partii corpului a unui adaos de prelucrare atat de mare, incat nervura inelara 1 sa poata fi alimentata din maselotele superioare prin peretele ingrosat (fig. 221, c);

- renuntarea la alimentarea nervurii mijlocii 1 si racirea ei cu ajutorul racitoarelor interioare (fig. 221, d).

Dupa o intelegere cu serviciul de constructii s-a dovedit ca nervura 1 nu joaca in constructie un rol atat de important, cum se presupunea si, ca urmare, grosimea ei poate fi redusa la dimensiuni, care nu vor provoca dificultati turnatoriei (fig. 221, e).

Un alt exemplu este cepul turnat din fig. 222, a. Toate incercarile de rezolvare prezentate in fig. 222, b—d, au cerut sa se foloseasca maselote mari, greu de indepartat. Datorita introducerii unei mici degajari inauntrul gaurii (fig. 222, e), piesa turnata poate fi executata cu o maselota mica, usor de taiat.

Stabilind marca otelului turnat, din care trebuie executata piesa, constructorul trebuie sa ia in considerare nu numai proprietatile mecanice si fizice ale aliajului, ci si proprietatile lui de turnare. Prin urmare compozitia chimica a otelului turnat si in primul rand continutul de carbon trebuie, pe cat posibil, aleasa in functie de constructia piesei turnate.

Continutul de carbon in otelul turnat influenteaza proprietatile de turnare ale aliajului.

La cresterea continutului de carbon se reduce temperatura de solidificare si se largeste domeniul temperaturilor de solidificare a otelului turnat. Acest fapt mareste ,,practic" (la

temperatura constanta a turnarii) capacitatea de turnare a otelului, mai ales la un continut de carbon peste ± 0,2%. Acest fapt trebuie luat in considerare la construirea pieselor turnate cu pereti subtiri.

Otelul turnat cu un continut mare de carbon se caracterizeaza printr-o contractie mai mare si o conductibilitate termica mai mica, ceea ce influenfeaza asupra marimii macroretasurii; in afara de aceasta, marirea intervalului temperaturilor de solidificare a aliajului favorizeaza producerea macroretasurilor dispersate. Pe de alta parte, capacitatea mai buna de turnare a otelului la o temperatura potrivit de ridicata permite sa se obtina macroretasura concentrata in maselota. In mod practic, motivul maririi macroretasurilor nu determina modul de alegere a continutului de carbon in otelul turnat.Marirea continutului de carbon in otelul turnat produce reducerea contractiei preperlitice si posibilitatea de a turna otelul la o temperatura mai joasa. Acest lucru influenteaza asupra reducerii pericolului de fisurare la cald a pieselor turnate, in care are loc franarea mecanica puternica a contractiei, de aceea se recomanda folosirea pentru asemenea piese turnate a

5

otelului cu un continut mai mare de carbon. Pentru piesele turnate, in care se observa franarea puternica termica a contractiei (noduri termice marcate intens, treceri brusce de la sectiunile groase la cele subtiri), ar fi avantajos sa se foloseasca otel turnat cu un continut redus de carbon (0,15%C). Totusi, avand in vedere ca folosirea acestui otel atrage multe inconveniente de natura tehnologica si economica, utilizarea lui poate fi recomandata numai in cazuri exceptionale.

Marirea continutului de carbon in otelul turnat, dat fiind reducerea conductibilitatii termice si posibilitatea de aparitie a tensiunilor de faza (la racire rapida), contribuie la marirea tensiunilor de turnare. Ca urmare, piesele turnate care

din cauza constructiei sau modului de turnare pot avea tendinta de a crapa la rece, se toarna din otel carbon slab aliat.

Pericolul de a se forma sufluri si incluziuni in piesele turnate se reduce prin retinerea mai lunga a otelului in oala, prin posibilitatea de a-1 supraincalzi mai putin in timpul topirii si prin capacitatea mai buna de turnare a otelului cu un procent mai mare de carbon. Toate aceste considerente trebuie sa se ia in considerare la construirea pieselor turnate cu pereti subtiri si a celor cu pereti cu suprafata mare.

Dat fiind tendinta otelurilor cu un continut mare de carbon spre licuatie, aceste marci nu trebuie folosite pentru piesele turnate masive cu sectiuni groase.

Tendinta de coroziune pe suprafata pieselor turnate.

Deoarece otelul turnat cu un continut mai mare de carbon poate fi turnat la o temperatura mai joasa, pericolul de coroziune este mai slab. Insa, daca turnarea ar avea loc la o temperatura inalta, din cauza fluiditatii acestei marci de otel, s-ar putea sa se produca coroziune locala.

Continutul cel mai rational de carbon in otelul turnat se afla in limitele 0,2—-0,45% C. Sub limita inferioara de carbon otelul are proprietati de turnare inferioare, iar peste limita superioara — proprietati plastice mai nefavorabile. Pentru piesele turnate cu pereti subtiri, nu se foloseste otel cu un continut de carbon sub 0,3%. Piesele turnate cu sectiuni groase si cele cu tendinta de crapare la rece trebuie turnate din otel cu un continut mai mic de carbon.

O importanta deosebita prezinta influenta constructiei piesei turnate asupra conditiilor impuse cu privire la continutul de sulf, fosfor, mangan si siliciu in otelul turnat.

Continutul de sulf in otel, in majoritatea cazurilor, este admisibil pana la 0,05%, fara pericolul de a se produce in piesa turnata crapaturi la cald, insa cu conditia ca cel de mangan sa nu scada sub 0,7—0,8%. In ceea ce priveste piesele turnate cu pereti subtiri, cele cu profile complicate si piesele in care are loc franarea intensa a contractiei, se cere limitarea

6

continutului de sulf pana la 0,03%. In acelasi, timp continutul de mangan poate fi redus pana la 0,6%.

In cazul pieselor turnate simple, mici, de mica importanta si cu peretii nu prea subtiri, continutul admisibil de sulf poate fi pina la 0,1%.

In piesele turnate din otel obisnuit cu un continut de 0,2—0,4% C, continutul de fosfor nu trebuie sa depaseasca 0,05—0,06%. Cand continutul de fosfor este mai mare, pot aparea fisurari la rece si friabilitate la revenire. In otelurile turnate cu un continut mic de carbon, cantitatea de fosfor poate fi ceva mai mare. Totusi in cazul pieselor turnate cu pereti grosi, din cauza pericolului de segregare, continutul de fosfor trebuie limitat pana la 0,03%. Acelasi continut limita de fosfor este obligatoriu in otelurile aliate turnate. In aceste oteluri fiecare 0,01% P are importanta tinandu-se seama de friabilitatea revenirii.

Continutul mediu de siliciu in piesele turnate din otel este de 0,17—0,37%.

Constructia pieselor turnate din otel aliat

1.2.1. GeneralitatiOtelurile aliate se folosesc fie pentru a se obtine proprietati speciale in piesa turnata

(mecanice, fizice), fie pentru a se imbunatati conditiile de obtinerea unor piese turnate fara defecte.

In functie de continutul componentilor de aliere in otel, se deosebesc otelurile: slab aliat, mediu aliat si inalt aliat. Cand continutul de component principal de aliere nu depaseste 2%, iar continutul sumar al componentilor de aliere—5%, otelul este slab aliat. Otelul mediu aliat cuprinde corespunzator: 2—5% component principal, 8—10% toti componentii de aliere. Otelul inalt aliat depaseste limitele aratate.

Constructia pieselor turnate din diferite marci de otel aliat este influentata de capacitatea de turnare, modul de cristalizare primara, contractia in stare fluida si la solidificare, contractia in stare solida, tendinta de a crea sufluri, tendinta de a forma incluziuni nemetalice, tendinta de licuatie, conductibilitatea termica, dilatarea termica, proprietatile dobandite prin tratamentul termic si prelucrabilitate.

Introducerea adaosului de aliere provoaca in general reducerea temperaturii de solidificare a otelului. Reducerea temperaturii de solidificare produce cresterea capacitatii de turnare practica (in comparatie cu otelul-carbon cu acelasi continut de

C), adica a capacitatii masurate in cele doua cazuri, la aceeasi temperatura. Capacitatea de turnare ,,efectiva" a otelului, adica capacitatea masurata in cele doua cazuri la temperaturi care depasesc cu acelasi numar de grade temperatura liquidus-ului, de obicei se reduce considerabil (fig. 223). Un factor care influenteaza mult si foarte frecvent asupra reducerii capacitatii de turnare a otelului aliat este stratul de oxizi, care acopera suprafata metalului.

Contractia otelurilor aliate in timpul solidificarii si in stare solida este mai mare decat contractia otelurilor carbon, iar conductibilitatea termica este mai mica. Aceste proprietati maresc pericolul de producere a retasurilor, tensiunilor si crapaturilor de turnare.

Tendinta otelurilor aliate turnate de a forma sufluri, incluziuni nemetalice si licuatie, este mai mare decat a otelului carbon turnat cu acelasi continut de C.

7

Oteluri turnate slab aliate

La construirea pieselor turnate din oteluri slab aliate se cere respectarea stricta a principiilor constructive examinate in paragraful 3.2. Uneori poate fi necesara luarea unor masuri speciale de precautie.

Se atrage atentia ca piesele turnate din otel slab aliat sunt supuse, in majoritatea cazurilor, tratametului termic de revenire si calire. Prin urmare, constructia acestor piese trebuie sa fie tehnologica, nu numai din punctul de vedere al turnatoriei, ci si din punctul de vedere al tratamentului termic.

Deci, trebuie sa se obtina:— proprietati cat mai uniforme in sectiunile groase si subtiri, pe suprafata si in

adincimea piesei turnate;— deformatii si fisuri minime.Pentru a indeplini prima condiiie constructorul trebuie sa tinda sa mentina grosimea

cat mai uniforma a peretilor piesei turnate, sa evite concentratiile mari de material si sa aleaga otelul turnat calit corespunzator (calire cu atat mai mare, cu cat este mai mare grosimea peretilor piesei).

Pentru a evita deformatia piesei si fisurarile, constructorul nu trebuie sa prevada modificari brusce ale sectiunii si taieturi; in afara de aceasta, trebuie sa foloseasca oteluri speciale pentru piesele turnate complicate mari si masive, pentru a se obtine racirea lenta la calire si revenire si o temperatura inalta de revenire.

In acelasi timp, trebuie sa se ia in considerare tendintele unor oteluri de a deveni fragile in timpul revenirii, si de a forma ingrosari, concentratii de carburi greu solubile precum si sensibilitate la supraincalzire, in timpul tratamentului termic etc. Tabela urmatoare caracterizeaza influenta unor adaosuri de aliere si a unor impurificari ale otelului turnat asupra capacitatatii de calire si asupra capacitatii de deformare si crapare in timpul calirii :

Piesele turnate din aliaje, pe suprafata carora in stare lichida se creeaza un strat de oxizi, trebuie astfel turnate incat acest strat sa nu fie intrerupt. De aceea, piesele turnate din aceste aliaje de obicei se toarna pe la partea inferioara. Acest lucru este foarte important pentru constructor, deoarece procedeul de turnare precum se stie, are o influenta considerabila asupra constructiei piesei.

8

La constructia pieselor turnate din oteluri aliate nu trebuie uitate racitoarele interioare. Daca racitoarele sunt confectionate din otel moale, slabesc piesa turnata, iar daca sunt confectionate din otel special provoaca adesea dificultati. Racitoarele interioare amplasate in ingrosari, in care se vor perfora gauri, trebuie sa aiba un diametru potrivit si trebuie distribuite strict in locuri determinate. In caz contrar, dupa perforarea gaurilor, pot ramane in ele resturi A (foarte des incomplet topite in otelul turnat), a caror prezenta poate provoca rebutarea piesei turnate (fig. 224).

Progresele din turnarea otelului din ultimele doua decenii si introducerea in industrie a metodelor moderne de control, au permis folosirea pieselor turnate din otel cu pereti subtiri in constructia masinilor importante ca de exemplu avioanele.

Oteluri inalt aliate cu mangan turnate in piese

Otelul mangan austenitic turnat cu un continut de 10-14% Mn si 1-1,4% C (otel turnat Hadfield) se foloseste pentru piesele cu rezistenta mare la uzura ca: falcile concasoarelor, placile de moara, ghiarele benelor excavatoarelor, zalele senilelor tractoarelor si tancurilor, macazurile de cale ferata etc. Structura otelului mangan, dupa calire in apa, la temperatura de 1 000-1050°C este austenitica. Piesele executate din otel mangan turnat si tratat termic dupa o incalzire pana la temperatura de 400-600°C isi pierd rezistenta la uzura, plasticitatea si se demagnetizeaza.

Otelul mangan in stare calita se deosebeste prin plasticitate (alungire 40—55%), rezilienta (20 kgfm/cm2), rezistenta (σr = 80—100 kg mm2) si prin limita coborata a plasticitatii (25—40 kgf mm2), precum si prin duritatea relativ mica (120—220 HB). Cu toata duritatea mica, otelul turnat, in mod practic, nu poate fi prelucrat cu unelte din otel rapid. Este posibila numai aschierea cu aliaje dure si cu viteza mica. De aceea, piesele turnate din otel Hadfield se construiesc avand in vedere ca nu se pot prelucra. Orificiile, chiar cu diametre mici, se obtin prin turnare.

Prelucrabilitatea diferita si rezistenta mare la uzura a otelului mangan turnat sunt asociate cu modificarea structurii, stratului superficial al metalului, sub influenta presiunii provocate de apasari unitare mari si de lovituri in timpul lucrului. Este caracteristic ca otelul Hadfiel are o rezistenta mare la uzura, la prelucrarea matrialelor dure, dar devine neadecvat pentru prelucrarea materialelor moi sau pulverulente. Experientele au aratat ca ghiarele benelor excavatoarelor care lucreaza in pamant pietros, dur, s-au uzat mai putin cand lucreaza in pamant nisipos.

Construindu-se piese turnate din otel mangan trebuie luate in seama urmatoarele proprietati ale acestui material:

— capacitatea buna de turnare fara a se uita ca suprafata metalului fluid este acoperita cu un strat de oxizi, care ingreuneaza curgerea libera a metalului;

— fragilitatea otelului turnat inainte de tratamentul termic; in afara de aceasta trebuie sa se ia in considerare segregatia de carburi in sectiunile groase ale piesei turnate in timpul racirii lente si in cazul unui continut mare de carbon (Mn : C < 10); dupa dizolvarea carburilor in timpul recoacerii de calire, in locurile unde se aflau se pot produce porozitati de turnare;

— contractia mare in stare solida, care favorizeaza aparitia in piesele turnate a tensiunilor si crapaturilor;

— tendinta de a se forma incluziuni nemetalice;

9

— conductibilitatea termica slaba de circa 5 ori mai slaba decat a otelului carbon turnat);— coeficientul de dilatare termica mare (1,5 ori mai mare decit al otelului carbon turnat);— prelucrabilitate redusa.La analiza constructiei pieselor turnate din otel mangan trebuie sa se stabileasca in

primul rand principiul de urmat, adica principiul de solidificare simultana sau de solidificare dirijata.

Punctele ulterioare ale consideratiilor cuprind analiza constructiei din urmatoarele puncte de vedere:

— umplerea formei si alimentarea nodurilor termice cu metal fluid;— asigurarea unei contractii libere;— usurinta de a indeparta reteaua de turnare;— usurinta de a realiza tratamentul termic;— executarea usoara a modelului, a formarii si a miezuirii.In cazul pieselor turnate din otel mangan este indicat principiul de solidificare

simultana pentru realizarea economiei de metal scump; obtinerea tensiunilor termice mici in piesa turnata si pentru indepartarea usoara a retelei de turnare.

Daca se aplica principiul de solidificare simultana, constructorul trebuie sa tinda sa mentina grosimea uniforma a peretilor si sa evite ingrosarile mari. Piesa turnata trebuie astfel modelata, incat metalul turnat de jos sau lateral in peretele subtire sau in nervura sa aiba curgerea libera prin forma fara franari si turbioane, care ar putea provoca ruperea stratului de oxizi de pe suprafata metalului. Ca exemplu de constructie de acest fel poate fi data o za de

tractor (fig. 225, a).In fig. 225, b este prezentata o

bena de excavator care cu toata gro-simea destul de mare a peretelui (25 mm), a fost turnata fara maselote. Incercarile au aratat ca benele au fost suficient de rezistente in timpul exploa-tarii, cu toate defectele de turnare. Acest exemplu este instructiv atat pentru constructor, cat si pentru tehnolog, deoarece dovedeste ca folosirea metodelor tehnologice cele mai performante, insa costisitoare, nu este

rationala in toate cazurile; deseori nevoile pot fi satisfacute cu procedee mai simple si mai ieftine.

La piesele turnate mai mari si de importanta mai mare, cu grosimea inegala a peretilor, se aplica de obicei principiul de solidificare dirijata. In acest caz, dupa separarea nodurilor termice se stabileste modul de turnare a piesei si modul de alimentare cu metal a nodurilor termice. Capacitatea buna de turnare a otelului mangan permite sa se foloseasca maselote laterale — in general atmosferice sau cu

10

suprapresiune. Maselotele directe se evita din cauza pericolului de defectare a formei in timpul turnarii (forme crude) si a dificultatii de taiere a maselotelor.Indepartarea maselotelor groase prezinta dificultati mari din cauza imposibilitatii de a le taia cu fierastraul si a pericolului de crapare in cazul incalzirii locale a piesei in timpul taierii cu flacara oxiacetilenica (coeficient mare de dilatatie termica, conductibilitate termica mica). De aceea, pentru a preveni fisurarile la taierea maselotelor si pentru a usura indepartarea lor se folosesc maselote laterale cu perete despartitor. In fig. 226 este aratat un procedeu de turnare a grinzilor si placilor din otel turnat Hadfield cu maselote laterale atmosferice, prevazute cu pereti despartitori.Suprafetele langa care se proiecteaza asezarea maselotelor trebuie sa fie pe cat posibil plane.

La turnarea pieselor din otel mangan, franarea mecanica a contractiei constituie un pericol considerabil. Pentru evitare, trebuie sa se dea pieselor turnate profile fara parti proeminente distribuite larg. Reteaua de turnare trebuie sa permita asezarea canalelor de turnare si a maselotelor la distante mari pentru a nu impiedica contractia piesei turnate.In unele cazuri, pentru a se evita franarea mecanica a contractiei, este avantajoasa divizarea piesei in parti. Ca exemplu se poate da cilindrul din fig. 225, c, a carui manta 1 este turnata din otel mangan, iar fundul 2 din otel carbon. Piesele componente sunt asamblate cu suruburile 3.

Crapaturile pieselor turnate se pot produce si in timpul tratamentului termic. Constructorul poate combate producerea lor dand piesei turnate o forma cat mai compacta, o grosime uniforma peretilor si evitind modificarile bruste ale sectiunii precum si sectiunile foarte groase (peste 100 mm).

4.1.2.4. Oteluri austenitice anticorozive si refractare turnate in piese

In aceasta categorie se includ otelurile crom-nichel cu un procent mare de elemente de aliere, cu un continut de 15—30% Cr si 8—30% Ni.

In industria chimica pentru lucrul in medii puternic corozive se foloseste pe larg otelul turnat cu un continut de 18—22% Cr si 7—9% Ni, uneori cu un adaos de molibden. Acest otel, cunoscut in diferite tari sub denumiri variate (in URSS — IA-1, IA-2, IA-1 T, in Germania V2A, in Anglia — ANCA, in S.U.A. — CEF 8, CEF 20), va fi numit pe scurt otel 18/8.

Rezistenta la coroziune a otelului turnat 18/8 este mult mai mare decit a otelului crom cu un continut egal de crom. Pe cand piesele turnate din otel 18/8 pot fi folosite in stare bruta, produsele din otel crom turnat trebuie polizate si chiar lustruite, pentru a capata rezistenta la coroziune. Otelul turnat austenitic _18/8 se foloseste dupa calire in apa la temperatura de 1050—1150°C. Incalzirea execesiva sau deformatia plastica puternica la rece a otelului provoaca segregate de carburi la limitele granulelor; plastici-tatea si rezistenfa la coroziune se reduce si se iveste pericolul de coroziune intercristalina.Pentru piesele cu grosimea medie a peretilor se foloseste de obicei otel turnat cu un continut de 0,08—0,16% C (max. 0,25% C). Cu cit grosimea peretilor piesei turnate este mai mare, cu atat trebuie sa fie mai mic continutul de carbon in otelul turnat.

La construirea pieselor turnate din otel 18/8 trebuie sa se ia in considerare urmatoarele proprietati ale acestui aliaj:

— capacitatea redusa de turnare, care necesita o supraincalzire a otelului turnat peste temperatura lichidului; capacitatea de turnare se imbunatateste prin marirea continutului de C si Ni; in acelasi timp, trebuie sa se tina seama de prezenta unui strat de oxizi de pe suprafata metalului fluid, care ingreuneaza turnarea;

11

— structura macrocristalina a otelului turnat in timpul cristalizarii primare; ca masuri preventive se aplica modificarea cu titan, zirconiu sau azot si racirea rapida a pieselor turnate;

— tendinta de segregatie a carburilor la limita granulelor, in cazul racirii lente a piesei turnate.

— contractia mare in timpul solidificarii si in stare solida, care provoaca retasuri si pericolul de fisuri la cald (interioare si exterioare); pericolul este mare deoarece, dat fiind capacitatea slaba de turnare, otelul 18/8 trebuie supraincalzit si viteza de umplere a formelor trebuie sa fie mare;

— tendinta de a forma incluziuni nemetalice in caz de amestecare a stratului superficial de oxizi cu metalul;

— conductibilitatea termica mica (2—3 ori mai mica decat a otelului carbon).Racirea rapida a pieselor turnate de la temperaturi inalte si conductibilitatea termica a

otelului turnat 18/8 favorizeaza producerea tensiunilor in piesele finite. Cu toate acestea, datorita modului de elasticitate redus si plasticitatii mari dupa calire, fisurile la rece apar relativ rar in piesele turnate din otel 18/8.

Analiza constructiei pieselor turnate se face in mod analog cu piesele turnate din otel mangan. Se acorda o atentie deosebita procedeului de turnare a formei, alimentarii nodurilor termice cu metal fluid, racirii piesei turnate si asigurarii unei contractii libere.

Constructia corecta a piesei turnate, in cazul otelurilor examinate, joaca un rol si mai mare decat la piesele turnate din otel carbon. Proprietatile specifice ale otelurilor impun atat constructorului cat si tehnologului o serie de conditii, care pot fi cuprinse in urmatoarele puncte:

— pentru a evita structura grosolana a pieselor masive cu racire lenta trebuie: sa se evite concentratiile mari de material, sa se aplice racirea intensa a elementelor cu racire lenta prin introducerea racitoarelor exterioare si interioare, prin turnare in cochilii sau prin turnare centrifuga;

— pentru a evita supraincalzirile locale, ca germeni ai structurii grosolane si a crapaturilor, metalul fluid se introduce in piesa cu ajutorul unor alimentatoare numeroase si subtiri;

— pentru a nu rupe stratul de oxizi si pentru a-1 introduce in stare neatinsa in maselote, turnarea se face de jos sau, respectandu-se anumite masuri de precautie, printr-o serie de alimentatoare asezate etajat;

— avand in vedere contractia mare a otelului turnat in stare fluida si in timpul solidificarii, supraincalzirea intensa a metalului, viteza mare de turnare si conductibilitatea termica redusa a aliajului, maselotele trebuie sa fie mai mari decat la piesele turnate din otel carbon; maselotele pot fi atat superioare cat si laterale, atmosferice sau de presiune; nodul de localizare a maselotelor determina profilul si grosimea sectiunilor diferitelor parti ale piesei turnate;

— pentru a evita tensiunile interioare si crapaturile, ca efect al franarii termice si mecanice a contractiei, trebuie ca peretii sa aiba grosimi egale, cu treceri line,

12

ca metalul sa intre intr-un mod care sa asigure repartitia uniforma a temperaturii, ca racirea sa fie lenta, ca formele sa nu aiba proeminente care sa franeze contractia si ca amestecurile de formare si de miezuire sa cedeze la contractie.

In fig. 227 sunt date cateva exemple ce ilustreaza legatura stransa intre constructia pieselor din otel 18/8 si procedeul de turnare pentru a se obtine produse fara defecte.

Elicea de nava cu diametrul de 3,5 m, in greutate de 5 t, aratata in fig. 227 a, se toarna cu ajutorul unei serii de alimentatoare subtiri, distribuite de-a lungul paletelor. Acest procedeu de a introduce metalul difera principial de procedeul folosit in cazul elicei executate din otel carbon, care consta in umplerea piesei de sus prin maselota, asezata deasupra butucului (partea de jos a butucului se raceste cu ajutorul unui racitor interior turnat din otel). Distributia temperaturilor in cele doua cazuri este, bine inteles diferita, deci si modelarea pieselor pentru a asigura solidificarea dirijta trebuie sa fie diferita.

In fig. 227, b este dat procedeul de turnare a unei tobe de filtrare pentru industria chimica si in fig. 227, c modul de turnare a unui cazan inalt. Pentru a se asigura intrarea lina a metalului in piesa turnata, s-au folosit alimentatoare tangente in partea inferioara a piesei; in plus s-a adus suplimentar metalul la cateva nivele cu ajutorul alimentatoarelor suplimentare 81 , 8H, 8UI, 8IV. Totusi pentru a evita posibilitatile de devarsare concomitenta a materialului prin cateva alimentatoare aflate la diferite inaltimi (ceea ce ar duce la amestecarea cu metal a stratului de oxizi aflati pe suprafata), s-a introdus un canal de compensare vertical. Din acest canal, pe masura ce se ridica metalul in forma, otelul trece prin alimentatoarele suplimentare si umple forma.

Dat fiind conditiile severe impuse unor asemenea piese turnate sub raportul calitatii suprafetei si etanseitatii (polizare, tratare cu acizi si lustruirea suprafetelor interne nesupuse prelucrarii, incercare pentru microretasuri prin cufundare in petrol si pe urma sablare, incercarea hidraulica a etanseitatii, analiza cu raze gamma etc.), se acorda o atentie deosebita constructiei tehnologice a diferitelor elemente, atat din punctul de vedere al turnarii, cat si al sudarii.

La analiza procedeului de turnare trebuie sa se tina seama de viteza de ridicare a metalului in forma. Daca metalul este supraincalzit suficient peste temperatura lichidus si viteza de umplere este suficient de mare, atunci ridicarea metalului in forma se realizeaza normal. Totusi, daca metalul fluid este rece, pierderile de caldura mari si turnarea cu viteza mica, atunci stratul exterior al metalului, in contact cu peretii reci ai formei, se solidifica, se imobilizeaza si miscarea metalului are loc numai in straturile inferioare spre partea superioara si in directia peretilor. Astfel, in apropierea peretilor, se produce o miscare de rotatie a metalului, aratata schematic in fig. 228.

Daca grosimea peretilor este mare si suprafata metalului curata, cutele formate, ca efect al miscarii de rotatoe, se sudeaza si suprafata piesei turnate va fi neteda. Cand suprafata metalului este acoperita cu oxizi, situatia se prezinta cu totul altfel.

In acest caz, daca viteza de turnare v se reduce dupa un anumit timp sub viteza critica vcr, atunci stratul de oxizi aflat pe suprafata metalului se solidifica de peretele formei astfel incat la o ridicare ulterioara a metalului in forma are loc ruperea stratului de oxizi si umplerea formei cu metal fluid. Ca efect al acestui fenomen se obtin discontinuitati si cute pe suprafata piesei turnate (fig. 228).

13

Viteza de ridicare a metalului in forma la o anumita inaltime h, depinde (la o viteza constanta de turnare), de marimea sectiunii transversale F a piesei la aceasta inaltime. De aceea este interesant aspectul curbei modificarii sectiunii F (sau a volumului V al straturilor succesive ale piesei turnate cu inaltimea data Δh; V = f(Δh) cu cresterea inaltimii h.

In fig. 229, a se prezinta un grafic pentru o elice de nava turnata. Din grafic rezulta ca daca viteza critica vcr este, de exemplu 20 mm/s pentru sortimentul dat de otel si conditiile date de turnare, pentru a se evita producerea cutelor pe muchiile subtiri ale palelor elicei, consumul de metal fluid Q nu trebuie sa scada sub 6,5 dm3/s. Acest lucru trebuie luat in seama la determinarea diametrului gurii de golire a oalei; in acelasi timp nu trebuie uitat ca consumul Q se reduce pe masura ce coboara nivelul suprafetei metalului din oala. Aceste

probleme nu sunt examinate mai temeinic, deoarece privesc pe tehnologul turnator si nu pe constructorul piesei.In fig. 229, b este prezentat graficul V = f (h) pentru paleta turnata a turbinei Pelton. Din grafic se observa aspectul diferit al curbelor, in functie de procedeul de turnare. Din punctul de vedere al debitului uniform cel mai favorabil este procedeul I.Constructorul piesei turnate, in afara de alte motive, trebuie sa tina seama de dimensiunile sectiunilor piesei, la diferite inaltimi, in pozitia de turnare. Aceste dimensiuni determina viteza de ridicare a metalului in forma si trebuie mentinute in limite determinate.In fig. 230 este prezentat corpul unei supape turnata din otel anticoroziv alimentat de alimentatoarele laterale1 si cele superioare 2 (deasupra flanselor). Pentru a raci ingrosarile piesei, s-au introdus racitoarele exterioare 3.

In concluzie, otelul inca este folosit pe scara larga in constructia de automobile cu toate ca in ultima perioada tendinta este de inlocuire a acestuia cu aluminiul datorita greutatii specifice mai reduse. Cu toate ca pierde teren in ceea ce priveste segmentul auto, otelul este folosit in crearea structurilor de rezistenta si scheletelor cladirilor datorita proprietatilor lui si avantajului de a crea mult mai repede o structura dar si datorita faptului ca acesta asigura o perspectiva mult mai larga in domeniul constructiilor decat betonul. Ceea ce este ingrijorator este faptul ca tara noastra importa mai mult otel decat produce datorita industriei care se afla la pamant. Sper ca acest lucru sa se puna la punct intr-un timp cat mai scurt deoarece singurii care au de pierdut in aceasta privinta nu suntem decat noi pentru ca nu stim sa ne gestionam resursele.

14