OELURI ALIATE12.1. Aspecte teoretice Otelurile aliate sunt
aliaje complexe care contin n afara de Fe si C, elemente de aliere
introduse n mod voit n scopul mbunatatirii unor proprietati.
Elementele de aliere se pot repartiza n oteluri: -dizolvate n fier
sub forma de solutii, fomnd ferita si austenita aliata; -combinatii
cu carbonul: carburi simple, complexe, cementita aliata sau faze de
patrundere. Sunt elementele traditionale de la stnga Fe n tabelul
periodic (Ti, V, Cr, Mo, W, etc); -compusi intermetalici (FeCr,
FeV, Fe3Ti, Fe2W, Fe2Mo,etc.) -n stare libera (Pb, Cu 1%). 12.1.1.
Influenta elementelor de aliere Elementele de aliere actioneaza
asupra punctelor critice ale fierului (A3,A4) deplasndu-le pe axa
temperaturii. Din acest punct de vedere elementele de aliere se
clasifica n (fig.12.1): --gene, care deschid sau largesc domeniul
austenitic si-l reduc pe cel feritic (Mn, Ni, Pt, C, N, etc.-prin
ridicarea punctului A4 si coborrea lui A3, iar Co prin ridicarea
ambelor puncte critice); --gene, care nchid sau ngusteaza domeniul
austenitic largindu-l pe cel feritic (Si, Mo, W, Ti, V, etc. prin
coborrea punctului A4 si ridicarea lui A3 , iar Cr prin coborrea
ambelor puncte critice).
Prin aceasta actiune elementele de aliere modifica temperatura
de tratament termic la recoacere, calire, normalizare si
stabilizeaza anumite structuri la temperatura ambianta ( de exemplu
Mn si Ni stabilizeaza austenita ). Elementele de aliere deplaseaza
punctul eutectoid S pe axa temperaturii: Mn, Ni l coboara,
celelalte elemente l modifica, modificnd temperatura de
austenitizare (A3) a otelurilor. Totodata deplaseaza S la
concentratii mai reduse n carbon determinnd cresterea duritatii si
rezistentei otelului. Prin dizolvarea n ferita toate elem 21321e49v
entele de aliere maresc duritatea si rezistenta feritei, i
micsoreaza tenacitatea si ridica temperatura de tranzitie
ductil-fragil. Cele mai active sunt Mn, Si. Exceptie Ni, Cr, Mn 2%
care durifica ferita, maresc tenacitatea si-i coboara temperatura
de tranzitie. Prin dizolvarea n austenita toate elementele de
aliere i ridica duritatea. Se mareste stabilitatea austenitei
subracite, scade viteza critica de calire, se mareste calibilitatea
otelului, exceptie face Co.
La calire, elementele de aliere deplaseaza punctele MS si Mf la
temperaturi mai reduse. Marind cantitatea de austenita reziduala se
micsoreaza duritatea otelului calit, exceptie Al, Co si Si. Prin
dizolvarea n martensita elementele de aliere i maresc duritatea si
stabilitatea la revenire. Acestea determina cresterea duritatii
comparativ cu otelul nealiat cu aceeasi concentratie n carbon
revenit la aceeeasi temperatura. Prezenta carburilor n oteluri
determina cresterea duritatii si rezistentei la uzura abraziva.
Fazele de patrundere (TiC, NbC, VC, WC, MoC) stabile n austenita
pna la temperaturi ridicate, favorizeaza obtinerea unei granulatii
fine cu rezistenta si tenacitate ridicata. Prin dizolvarea n fier,
Cr, Ni, Mo, Si, Cu i maresc rezistenta la coroziune n medii acide
sau bazice (oteluri inoxidabile). Si, Cr, Al formeaza pelicule
protectoare de oxizi care maresc rezistenta la oxidare (oteluri
refractare). Plumbul si sulful insolubile n Fe i maresc
prelucrabilitatea prin aschiere. 12.1.2. Clasificarea otelurilor
aliate Dupa gradul de aliere pot fi: slab aliate: EA 2,5% mediu
aliate: 2,5 EA 10% nalt aliate: EA 10%
Dupa numarul elementelor de aliere pot fi ternare (un singur
element de aliere), cuaternare (2 EA), polinare (2 EA). upa
structura n stare normalizata: perlitice -oteluri slab aliate;
martensitice (autocalibile) -oteluri mediu aliate; austenitice
-bogat aliate.
Dupa structura n stare recoapta: hipoeutectoide, cu ferita
aliata structural libera; hipereutectoide, cu carburi secundare,
precipitate din austenita; ledeburitice, n stare turnata prezinta n
structura un eutectic ce contine carburi primare (separate din
lichid);
Otelurile aliate, cu cantitate mare de elemente -gene mai pot
fi: austenitice, care nu sufera transformari la ncalzire;
semiaustenitice, cu transformari la ncalzire si care se pot supune
unei caliri incomplete.
La otelurile aliate cu cantitati mari de elemente -gene mai
apar: feritice, fara transformari la ncalzire; semiferitice, cu
transformari la ncalzire si cu posibilitatea aplicarii unei caliri
incomplete;
Dupa destinatie otelurile sunt: pentru constructii mecanice si
metalice;
Otelurile pentru constructii mecanice, dupa tratamentul termic
final sunt: de cementare (% C 0,25), de mbunatatire (% C 0,25), si
de nitrurare. Otelurile pentru constructii metalice sunt destinate
realizarii unor ansambluri mbinate prin suruburi, nituri sau
sudate: pentru scule: de aschiere si aparate de masura si control,
pentru deformare plastica la rece, la cald sau pentru scule
pneumatice; cu destinatie speciala: pentru cazane si recipiente sub
presiune, inoxidabile si refractare, pentru rulmenti, etc.
-
n tabelele anexa sunt prezentate extrase din standarde cu
prezentarea marcilor de otel , compozitie chimica, proprietati
mecanice, conditii de tratament, utilizari. 12.13. Simbolizare
Otelurile aliate se simbolizeaza prin indicarea n sutimi de
procente a concentratiei n carbon, simbolurile chimice al
elementelor de aliere urmate de concentratia n zecimi de procente n
ultimul element de aliere considerat si cel mai important. Exemplu:
10TiNiCr180, otel cu 0,1% C si 18% Cr. Daca otelul este turnat se
adauga n fata majuscula T. Exemplu: T105Mn120.
La otelurile aliate pentru scule (STAS 3611-80) elementele de
aliere sunt simbolizate astfel CCr; M-Mn; N-Ni; S-Si; Ex:MCW14. La
unele oteluri cu destinatie speciala, dupa majusculele care
simbolizeaza destinatia otelului se indica rezistenta de rupere la
tractiune minima n daN/mm2. Ex.:otelul de cazane K52, otelul pentru
recipiente sub presiune R52; otelurile pentru constructii sudate cu
granulatie fina OCS 52; la otelurile pentru constructii navale se
indica limita de curgere minima garantata, n daN/mm2, avnd n fata
majusculele A - garanteaza energia de rupere la 200C; D - la 00C; E
- la -400C. Exemplu: A 32, D 36, etc La otelurile pentru arcuri se
adauga la sfrsitul simbolizarii majuscula A, Ex: 60Si15A. 12.2.
Descrierea lucrarii Lucrarea are ca scop evidentierea principalelor
marci de oteluri aliate, structura si rolul elementelor de aliere n
modificarea structurii si proprietatilor. 12.2.1. Oteluri pentru
constructii Otelurile aliate pentru constructii de masini (STAS
791-80) sunt oteluri hipoeutectoide (0,50,65% C) slab aliate cu Cr,
Mn, Ni, Mo, Si, B, Ti, V, Al. Structura otelurilor slab aliate n
stare recoapta este asemanatoare cu a otelurilor carbon cu aceeasi
concentratie n carbon. Elementele de aliere au rolul de a mbunatati
unele proprietati: cresterea duritatii, rezistentei mecanice,
calibilitatii, tenacitatii, etc. Otelul 21TiMnCr12 (0,21% C, 1,2%
Cr; 0,05% Ti) este un otel pentru cementare, destinat pieselor de
dimensiuni mari, supuse la socuri. Dupa cementare se caleste de la
9000C n ulei si se revine la temperatura joasa la 2000C, pentru a
avea un strat superficial cu structura martensitica, dur si
rezistent la uzura, asociat cu un miez tenace cu structura
ferito-perlitica sau martensitica. Cromul si manganul maresc
rezistenta si calibilitatea otelului. Totodata aliaza cementita,
ntrzie transformarile la revenire si maresc duritatea structurii de
revenire. Titanul formeaza TiC care mpiedica cresterea granulatiei
la cementare si asigura o tenacitate ridicata. n fig.12.2 se
prezinta structura acestui otel, n stare recoapta, alcatuita din
ferita si perlita cu granulatie fina. Otelul 40BCr10 (0,4% C, 1%
Cr, 0,002% B) este un otel de mbunatatire, unde Cr si B au rolul de
a mari rezistenta si calibilitatea otelului. n fig.12.3 se prezinta
structura n stare recoapta. Se observa ca fata de otelul carbon cu
0,6% C, otelul aliat prezinta o cantitate mai mare de perlita(sa
deplasat punctul S la stnga) cu un grad ridicat de dispersie si
deci cu rezistenta si duritate superioare. Calirea de la 8300C n
apa, urmata de revenire nalta la 6000C asigura o structura
sorbitica rezistenta si tenace.
Otelul 38 MoCrAl09 este un otel pentru nitrurare. n stare
normalizata are structura formata din graunti izolati de ferita pe
fond bainitic (fig.12.4). Tratamentul termic final consta din
mbunatatire pentru a asigura tenacitatea miezului si nitrurare
pentru cresterea duritatii stratului superficial si a rezistentei
la uzura. Elementele de aliere formeaza nitruri n stratul de
difuzie pentru cresterea duritatii si totodata maresc calibilitatea
otelului. Otelurile aliate pentru constructii metalice sudate
(cazane, recipienti sub presiune, constructii navale, etc.) sunt
oteluri slab aliate n Mn (sub 1,7% ) n scopul cresterii rezistentei
si tenacitatii fara a nrautati sudabilitatea. Pentru finisarea
granulatiei si marirea tenacitatii se practica microalierea cu V,
Ti, Nb. Otelul R55 (0,22% C; 1,5% Mn; 0,1% V este destinat tablelor
de cazane si recipientelor sub presiune pentru temperaturi ambiante
si ridicate de la -500C la 4000C. n stare normalizata are structura
formata din ferita poliedrica si perlita (fig.12.11). Se observa
rolul V n finisarea granulatiei. Otelul 51Si17 A (STAS 795-80) este
un otel de arcuri n foi sau elicoidale pentru solicitari medii.
Elasticitatea este asigurata de alierea cu Si si tratamentul termic
final care consta n calire de la 8700C n ulei urmata de revenire
medie la 4500C. n fig.12.5 se prezinta structura finala alcatuita
din troostita de revenire. Otelul de rulmenti Rul1 (STAS 1456/1-80)
este un otel hipereutectoid cu 1%C, 1,5%Cr. Pentru a putea fi
prelucrat prin aschiere se livreaza dupa recoacere de globulizare.
Structura este formata din carburi (Fe, Cr)3 C globulare
distribuite n masa feritica (fig.12.6). Pentru a se asigura
duritatea (60HRC) si rezistenta la uzura, otelul de rulmenti se
supune calirii urmata de revenire joasa. Structura finala este
alcatuita din martensita de revenire cu carburi fine si uniform
distribuite (fig.12.7). Cromul aliaza comentita determinnd
stabilitatea martensitei la revenire si cresterea duritatii.
12.2.2. Oteluri aliate pentru scule Otelurile aliate pentru scule
contin o serie de elemente de aliere care mbunatatesc unele
proprietati ale otelurilor carbon de scule. Astfel W, Cr, Mo, sunt
elemente carburigene care maresc duritatea, rezistenta la uzura si
termostabilitatea; V finiseaza structura si mareste tenacitatea;
Cr, Mn, Si, Mo maresc calibilitatea; Mo nlatura fragilitatea la
revenire a otelurilor cu Cr si Ni. Otelul slab aliat cu Cr-Rul 1 se
utilizeaza pentru confectionarea unor scule aschietoare care
lucreaza fara socuri (filiere, alezoare, brose mici, etc.) si a
unor instrumente de masura si control (calibre). Taisul ascutit si
rezistenta la uzura sunt asigurate n urma tratamentului final de
calire si revenire joasa (fig.12.6). Dintre otelurile de scule
bogat aliate cu crom este reprezentativ otelul ledeburitic C120
(STAS 3611-80) destinat confectionarii sculelor de deformare la
rece (matrite, poansoane, dornuri, etc.). Acest otel contine 2%C si
12% Cr. n stare turnata si la racire relativ rapida structura
acestui otel contine o retea de eutectic (amestec mecanic de
austenita aliata si carburi (Fe, Cr)3C, (Cr, Fe)7C3 pe fond
austenitic (fig.12.8). Cromul dizolvat n austenita, micsoreaza
solubilitatea carbonului (punctul E spre stnga) asa nct acest otel
cu 2% C va cristaliza ca o fonta hipoeutectica alba. Racirea rapida
mentine stabilitatea austenitei la temperatura ambianta. La racire
lenta sau daca otelul turnat este recopt se da timp desfasurarii
transformarii eutectoide a austenitei. Structura va contine o retea
de ledeburita (perlita sorbitica si carburi) pe fond perlitic
(fig.12.9). Prin forjare eutecticul se farmiteaza si dupa recoacere
de nmuiere la 8300C structura otelului contine perlita fina si
carburi uniform distribuite (fig.12.10). n aceasta stare otelul
este prelucrabil prin aschiere - HBmax=200. Pentru a se asigura
rezistenta la uzura otelul C120 se supune n final calirii la 9500C
n ulei urmata de revenire joasa la 4300C cu o puternica durificare
secundara (58HRC). Structura este formata din martensita de
revenire aliata si carburi complexe fine uniform distribuite
(fig.12.11). Otelurile rapide (STAS 7382-80) de scule sunt oteluri
bogat aliate (pna la 25%) cu W, Cr, Mo, V, Co, cu un continut de
carbon de 0,7-1%. Sunt destinate confectionarii sculelor
aschietoare care prelucreaza la viteze ridicate (40-50 m/min)
materiale dure (280 HB), cutite de strung, freze, burghie, scule de
filetat, etc. Cele mai utilizate sunt otelurile rapide cu W (Rp3),
cu Co (Rp1, Rp2), cu Mo (Rp5, Rp10). Dupa turnare si racire rapida
otelul Rp3 (0,7%C; 18%W; 4,5%Cr; 1,2%V; 0,6%Mo; 0,4% Ni) prezinta
cristale primare de austenita cu separari aciculare de martensita,
nconjurate de o retea de eutectic cu numeroase carburi complexe de
W, V, Mo, Cr. La limita grauntilor de austenita se observa
separarea de carburi secundare fine (fig.12.12). Prin forjare la
900-11000C se produce distrugerea retelei fragile de eutectic si se
uniformizeaza distributia carburilor (fig.12.13). Structura este
formata din carburi pe fond bainito-martensitic, dur si fragil. Se
supune apoi unei recoaceri de nmuiere la 8000C, care conduce la o
structura formata din carburi primare si secundare pe fond feritic,
usor prelucrabila prin aschiere (fig.12.14). Pentru realizarea
proprietatilor de utilizare se aplica o calire de la 12800C n ulei,
urmata de calire la -800C. Se obtine o structura formata din
martensita, austenita reziduala si carburi (fig.12.15). Se observa
ca numarul si dimensiunea carburilor a scazut comparativ cu
recoacerea de nmuiere. Deasemenea apare la limitele fostilor
graunti de austenita asa numita structura poliedrica specifica
otelului rapid calit de la temperaturi peste 12000C. La atacul cu
nital, n poliedre nu se observa martensita sau austenita reziduala.
Prin revenire joasa multipla la 550-5800C are loc transformarea
martensitei de calire n martensita de revenire cu precipitarea
dispersa a carburilor n exces din austenita reziduala si
transformarea acesteia ntr-o martensita foarte fina (hardenita).
Aceasta structura asigura duritate (63-65 HRC) si termostabilitate
pna la 5500C.
12.2.3. Oteluri cu destinatie speciala Aceste oteluri au
proprietati mecanice, fizice si chimice deosebite: rezistenta la
uzura, la coroziune, refractaritate si rezistenta la cald,
proprietati magnetice si electrice remarcabile, etc. Otel T105Mn120
(STAS 3718-76) este un otel austenitic manganos, rezistent la uzura
prin soc, care contine 0,9-1,2%C; 11,5-13,5% Mn; 0,5-1,0% Si. Dupa
forjare si racire lenta are structura formata din austenita si
carburi (Fe,Mn)3C pe limita de graunte. Prin calire de la 10500C
structura contine austenita omogena, suprasaturata n carbon cu
duritate redusa 190 HB, Rm=100daN/mm2, plasticitate ridicata A=50%.
Prin deformare plastica, austenita prezinta numeroase linii de
alunecare n care se gasesc mici cantitati de martensita
(fig.12.10). Aceasta structura are o capacitate mare de ecruisare
deci rezistenta la uzura. Duritatea creste pna la 500 HB. Se
prelucreaza greu prin aschiere numai cu aliaje dure sau prin
rectificare. De aceea piesele se obtin prin turnare. Datorita
rezistentei mari la uzura se utilizeaza pentru piese puternic
solicitate: falci de concasor si excavator, senile, macaze de cale
ferata, etc. Otelurile inoxidabile si refractare contin minim 12%
Cr dizolvat n fier. Dupa continutul de carbon si elemente de aliere
pot fi cu structura: feritica, martensitica sau austenitica. Otelul
8Cr170 (STAS 3563-80) este un otel inoxidabil feritic. Se
utilizeaza dupa recoacere la 7600C cu racire n aer, cnd prezinta
structura formata din graunti de ferita si o cantitate mica de
carburi (fig.12.17). Rezistenta este redusa (Rm=390 N/mm2)
plasticitatea ridicata (A=20%). Se foloseste n medii cu
agresivitate medie n industria alimentara, pentru articole de
menaj. Otelul 12Cr130 (STAS 3583-80) este un otel
ferito-martensitic. Se utilizeaza dupa calire de la 10500C n aer
urmata de revenire la 7200C. n stare calita prezinta structura
formata din ferita si martensita (fig.12.18), cu rezistenta mai
ridicata (Rm=590 N/mm2) si plasticitate buna (A=20%). Se utilizeaza
pentru piese supuse la socuri care lucreaza la presiuni mijlocii, n
medii slab agresive ca: ventile, palete de turbina hidraulice, cu
abur, etc. Otelul 10NiCr180 (STAS 3563-80) contine max. 0,12%C,
10%Cr, 8%Ni si max. 0,75%Ti. Dupa calire n aer de la 10500C
prezinta structura monofazica austenitica de rezistenta medie (Rm=
540 daN/mm2) cu plasticitate si tenacitate ridicata (A=40%). Cromul
asigura rezistenta la coroziune si refractaritate pna la 8000C,
nichelul mbunatateste rezistenta la coroziune si favorizeaza
structura austenitica, titanul elimina tendinta de coroziune
intercristalina. Acest otel este folosit pentru piese n industria
chimica, metalurgica ce lucreaza pna la temperaturi 5507000C. 12.3.
Conditii de lucru
Metoda de analiza: n cmp luminos Probe metalografice: din
oteluri aliate, pregatite pentru analiza microscopica Aparatura:
microscop metalografic 500x 12.4. Mod de lucru Se vor analiza la
microscopul metalografic probele de oteluri aliate, se va
identifica simbolizarea otelului, se va schita microstructura si se
va stabili rolul elementelor de aliere. Datele se vor centraliza
tabelar.Nr. Marca otel proba 1 21TiMnCr12 Compozitie chimica 0,21%C
1,2%Cr Stare Recopt Structura Constit. Struct. Perlita Ferita
Influenta elem.de aliere Cr si Mn: Cresc Rm, HB,calibilit. Ti:
finiseaza structura
