OŢELURI ALIATE
12.1. Aspecte teoretice
Otelurile aliate sunt aliaje complexe care contin în afara de Fe si C, elemente de aliere introduse în mod voit în scopul îmbunatatirii unor proprietati.
Elementele de aliere se pot repartiza în oteluri:
-dizolvate în fier sub forma de solutii, fomând ferita si austenita aliata;
-combinatii cu carbonul: carburi simple, complexe, cementita aliata sau faze de patrundere. Sunt elementele traditionale de la stânga Fe în tabelul periodic (Ti, V, Cr, Mo, W, etc);
-compusi intermetalici (FeCr, FeV, Fe3Ti, Fe2W, Fe2Mo,etc.)
-în stare libera (Pb, Cu >
12.1.1. Influenta elementelor de aliere
Elementele de aliere actioneaza asupra punctelor critice ale fierului (A3,A4) deplasându-le pe axa temperaturii. Din acest punct de vedere elementele de aliere se clasifica în (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 coborârea lui A3, iar Co prin ridicarea ambelor puncte critice);
a-gene, care închid sau îngusteaza domeniul austenitic largindu-l pe cel feritic (Si, Mo, W, Ti, V, etc. prin coborârea punctului A4 si ridicarea lui A3 , iar Cr prin coborârea 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 îl coboara, celelalte elemente îl modifica, modificând temperatura de austenitizare (A3) a otelurilor. Totodata deplaseaza S la concentratii mai reduse în carbon determinând cresterea duritatii si rezistentei otelului.
Prin dizolvarea în ferita toate elem 21321e49v entele de aliere maresc duritatea si rezistenta feritei, îi 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 în austenita toate elementele de aliere îi 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 în martensita elementele de aliere îi maresc duritatea si stabilitatea la revenire. Acestea determina cresterea duritatii comparativ cu otelul nealiat cu aceeasi concentratie în carbon revenit la aceeeasi temperatura.
Prezenta carburilor în oteluri determina cresterea duritatii si rezistentei la uzura abraziva. Fazele de patrundere (TiC, NbC, VC, WC, MoC) stabile în austenita pâna la temperaturi ridicate, favorizeaza obtinerea unei granulatii fine cu rezistenta si tenacitate ridicata.
Prin dizolvarea în fier, Cr, Ni, Mo, Si, Cu îi maresc rezistenta la coroziune în 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 în Fe îi maresc prelucrabilitatea prin aschiere.
12.1.2. Clasificarea otelurilor aliate
slab aliate: EA <
mediu aliate: 2,5 < EA<
înalt aliate: EA <
perlitice -oteluri slab aliate;
martensitice (autocalibile) -oteluri mediu aliate;
austenitice -bogat aliate.
hipoeutectoide, cu ferita aliata structural libera;
hipereutectoide, cu carburi secundare, precipitate din austenita;
ledeburitice, în stare turnata prezinta în 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 încalzire;
semiaustenitice, cu transformari la încalzire si care se pot supune unei caliri incomplete.
La otelurile aliate cu cantitati mari de elemente a-gene mai apar:
feritice, fara transformari la încalzire;
semiferitice, cu transformari la încalzire si cu posibilitatea aplicarii unei caliri incomplete;
pentru constructii mecanice si metalice;
Otelurile pentru constructii mecanice, dupa tratamentul termic final sunt: de cementare (% C <0,25), de îmbunatatire (% C >0,25), si de nitrurare.
Otelurile pentru constructii metalice sunt destinate realizarii unor ansambluri îmbinate 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.
În 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 în sutimi de procente a concentratiei în carbon, simbolurile chimice al elementelor de aliere urmate de concentratia în zecimi de procente în 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 în fata majuscula T.
Exemplu: T105Mn120.
La otelurile aliate pentru scule (STAS 3611-80) elementele de aliere sunt simbolizate astfel C-Cr; 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 în 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, în daN/mm2, având în 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 sfârsitul simbolizarii majuscula A, Ex: 60Si15A.
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 în 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, întârzie transformarile la revenire si maresc duritatea structurii de revenire. Titanul formeaza TiC care împiedica cresterea granulatiei la cementare si asigura o tenacitate ridicata.
În fig.12.2 se prezinta structura acestui otel, în stare recoapta, alcatuita din ferita si perlita cu granulatie fina.
Otelul 40BCr10 (0,4% C, 1% Cr, 0,002% B) este un otel de îmbunatatire, unde Cr si B au rolul de a mari rezistenta si calibilitatea otelului. În fig.12.3 se prezinta structura în stare recoapta. Se observa ca fata de otelul carbon cu 0,6% C, otelul aliat prezinta o cantitate mai mare de perlita(s-a deplasat punctul S la stânga) cu un grad ridicat de dispersie si deci cu rezistenta si duritate superioare. Calirea de la 8300C în apa, urmata de revenire înalta la 6000C asigura o structura sorbitica rezistenta si tenace.
Otelul 38 MoCrAl09 este un otel pentru nitrurare. În stare normalizata are structura formata din graunti izolati de ferita pe fond bainitic (fig.12.4). Tratamentul termic final consta din îmbunatatire pentru a asigura tenacitatea miezului si nitrurare pentru cresterea duritatii stratului superficial si a rezistentei la uzura. Elementele de aliere formeaza nitruri în 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 în Mn (sub 1,7% ) în scopul cresterii rezistentei si tenacitatii fara a înrautati 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. În stare normalizata are structura formata din ferita poliedrica si perlita (fig.12.11). Se observa rolul V în finisarea granulatiei.
Otelul 51Si17 A (STAS 795-80) este un otel de arcuri în foi sau elicoidale pentru solicitari medii. Elasticitatea este asigurata de alierea cu Si si tratamentul termic final care consta în calire de la 8700C în ulei urmata de revenire medie la 4500C. În 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 în 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 determinând stabilitatea martensitei la revenire si cresterea duritatii.
Prin forjare eutecticul se farâmiteaza si dupa recoacere de înmuiere la 8300C structura otelului contine perlita fina si carburi uniform distribuite (fig.12.10). În aceasta stare otelul este prelucrabil prin aschiere - HBmax=200.
Pentru a se asigura rezistenta la uzura otelul C120 se supune în final calirii la 9500C în 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 (pâna 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, înconjurate 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 înmuiere 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 în 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 înmuiere. 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, în poliedre nu se observa martensita sau austenita reziduala.
Prin revenire joasa multipla la 550-5800C are loc transformarea martensitei de calire în martensita de revenire cu precipitarea dispersa a carburilor în exces din austenita reziduala si transformarea acesteia într-o martensita foarte fina (hardenita). Aceasta structura asigura duritate (63-65 HRC) si termostabilitate pâna la 5500C.
Nr.
proba
Marca otel
Compozitie chimica
Stare
Structura
Constit. Struct.
Influenta elem.de aliere
21TiMnCr12
0,21%C
1,2%Cr
Recopt
Perlita
Ferita
Cr si Mn:
Cresc Rm, HB,calibilit.
Ti: finiseaza structura
|
