Referat
Tratamentele termochimice se aplica cu scopul de a mari fie duritatea, fie rezistenta
la coroziune sau uzura a stratului superficial cu mentinerea plasticitatii tenacitatii
miezului . x1q14qs
Diviziunea in stare solida se bazeaza pe faptul ca atomii metalului isi
pot schimba pozitia lor de echilibru, trecand intre nodurile retelei cristaline,
iar de aici ei pot trece prin orice nod al retelei. In timpul tratamentului
termochimic se deosebesc doua faze succesive : in prima faza are loc reactia
dintre mediul inconjurator si suprafata piesei, iar in faza a doua, elementul
absorbit de suprafata piesei difuzeaza spre interior.
Rezultatele procesului de tratament termochimic depind de viteza reactiilor
de la suprafata piesei si de viteza cu care atomii elementelor care difuzeaza
se deplaseaza din stratul superficial spre interiorul piese. S-a observat ca
reactia cea mai activa a procesului are loc numai atunci cand elementul
care difuzeaza sa degaja in stare atomica ( atom active ). Tratamentele termochimice
se aplica in industrie, in cea mai mare masura aliajelor Fe-C si in special
otelurilor.
In functie de elementul care difuzeaza tratamentele termochimice se numesc :cementarea,
nitrurare, cianizare, etc.
Cementarea
Este tratamentul termochimic cu carbon aplicat otelurilor in general cu continut
mic de carbon, la o temperatura imediat superioara punctului Ac3, intr-un mediu
capabil sa cedeze carbon activ.
In vederea obtinerii unei piese cementate cu un miez tenace, cu 0,08-0,15%C.
Pentru piese mai mari in cazurile in care se cere o duritate mai mare ptr. miez,
continutul de C se mareste pana la 0,24%. Mediul care cedeaza elementul de difuziune,
carbonul se numeste mediul carburant si poate fi in stare solida sau gazoasa.
Cementarea in mediu solid - se produce intr-un mediu carburant (de ex. in carbune
de lemn ), in prezenta unor substante (carbonat de bariu, carbonat de sodiu
etc. care activeaza procesul de carburare. Prin reactia carbune si oxigenul
din aer, la temperaturi inalte se formeaza dioxidul de carbon (Co2), care
reactioneaza cu carbunele, reducandu-se la oxid de carbon (CO). In contact
cu suprafata metalului, oxidul de carbon se descompune in dioxid de carbon si
in carbon atomic; formand cementita, sau se dizolva in austenita.
Mediile carburante solide sunt alcatuite din carbuni de lemn sub forma de granule,
mai rar din carbuni de pamant (turba si cocs)sau carbune animal. Ptr.
accelerarea cementarii in mediu solid, se folosesc si anumite sub. Cu rol de
accelerator al procesului, numite carbonati ca :Na2CO3, BaCO3, care la incalzire
se descompun usor . Astfel se adauga doua reactii:
BaCo3+C?BaO+2CO
2Co?C+CO2
Intrucat carbonatul se reface (BaO+CO2?BaCO3), se considera ca acceleratorii
au rol catalitic.
Un mediu carburant se foloseste de mai multe ori, dar de fiecare data se adauga
15 -; 20 % carbune proaspat ,iar uneori si 4-55 carbonat de sodiu sau bariu.
Rezultatele operatiei de cementare depind de ; compozitia chimica a otelului
de cementat, compozitia mediului carburant temperatura si durata de cementare.
In cazul otelurilor cu continut mic de carbon, temperatura de cementare este
de 900-920 ?C.
Cementarea in mediu gazos -; se realizeaza prin trecerea unui gaz, din
care se poate degaja carbon in stare atomica, in spatiul in care se afla
piesele ce urmeaza a fi cementate. Ca medii de cementare se folosesc gaze naturale
si gaze preparate artificial ( gazul de iluminat, gazul de cocserie, gazele
cracare etc. ), care contin Co, CH4, CO2, N2, H2, in prezenta unei cantitati
insemnate de apa. Cel mai bun si mai ieftin este gazul metan. In acest
caz, carburarea are loc cand metanul s-a disociat in carbon atomic si
H2
CH4?2H2+C
Carbonul rezultat din descompunere trebuia sa difuzeze treptat in otel. Daca
degajarea carbonului este prea intensa si depaseste viteza de difuziune a acestui
hotel, pe suprafata piesei se depune carbon sub forma de negru de fum micsoreaza
contactul dintre piesa si faza gazoasa. Ptr. evitarea acestui neajuns, in practica
industriala se foloseste sistemul diluarii gazului metan care urmeaza sa fie
disociat. Diluarea se face fie cu propriile sale produse de ardere, fie cu alte
gaze mai purine bogate in carbon.
La cementarea cu gaze , temperatura este putin mai inalta decat
la cea cu mediu solid, si anume de 900 -; 950 ?C. Durata de mentinere la
aceasta temperatura ptr. difuziune nu este mica, dar luand in consideratie
timpul cu mult mai scurt decat in cazul cementarii in mediu solid.
Structura stratului cementat. Dupa tratamentul de carburare si recoacere, in
stratul cementat se pot deosebi trei zone :
-zona hipereutectoida, constituita din perlita si cementita in exces, cu un
continut de 1,o -1,2 % C ;
-zona eutectoida, formata numai din perlita ; urmeaza zonei hipereutectoide
;
-zona hipoeutectoida, compusa din perlita si ferita, constitue ultima zona a
stratului cementat.
Aceste zone nu trebuie sa prezinte delimitari precise ptr. a nu permite exfolierea
stratului cementat. Este necesar ca zona hipoeutectoida sa fie cat mai mare,
ptr. ca sa asigure o trecere treptata intre stratul cementat si miezul piesei.
Piesele cementate se supun tratamentului de calire dubla, cu scopul de a realiza
duritatea stratului cementat ( 600 -; 700 HB ). In acest scop, dupa cementare,
piesele se incalzesc deasupra punctului A (la temperatura de 900 -920
?C ), dupa care se efectueaza prima calire in ulei si a doua in apa de la temperatura
de 750 -; 770 ?C.
Nitrurarea
Este tratamentul termochimic cu azot aplicat otelurilor si fontelor cu o anumita
compozitie de chimica, la o temperatura de inferioara punctului Ac1, intr-o
atmosfera de amoniac sau in alt mediu capabil sa puna in libertate azot activ.
Acest tratament se aplica ptr. obtinerea uni strat superficial bogat in azot,
co scopul de a mari duritatea superficiala rezistenta la uzura, la oboseala
si la coroziune. Nitrurarea este precedata, dar nu este urmata de un alt tratament
termic.
Nitrurarea otelului (sau fontei )se poate efectua in mediu solid, lichid sau
gazos ; in toate cazurile, insa nitrurarea se datoreste azotului activ in stare
atomica. In industrie se foloseste frecvent nitrurarea in mediu gazos. Azotul
atomic se obtine prin disocierea amoniacului (NH3) la temperaturi de peste 500
?C.
Procesul de nitrurare consta din urmatoarele faze : disocierea amoniacului,
saturarea stratului superficial cu azot si difuziunea azotului in miez
2NH3?3H2+2N.
Azotul care se degaja rectioneaza cu fierul, formand nitruri. Racirea
de le temperatura de nitrurare se efectueaza in cuptor, asfel incit in hotel
nu se produc tensiuni interne.
Stratul nitrurat al otelurilor este foarte subtire , de numai cateva zecimi
de mm . Duritatea stratului nitrurat ajunge la valoarea cea mai mare ce se poate
obtine printr-un tratament termic sau termochimic. Structura straturilor nitrurate
este foarte diferita si depinde de conditiile de nitrurare (temperatura si timp
) si in special de compozitia chimica a otelului.
Cianizarea
Este tratamentul termochimic cu carbon si azot aplicat otelurilor prin incalzire
deasupra punctului Ac3, intr-un mediu lichid capabil sa cedeze azot activ. Prin
cianizare, la suprafata pieselor se obtine o duritate si o rezistenta la uzura
mari, mentinandu-se tenacitatea miezului. Se poate aplica diferitelor
oteluri, insa cele mai bune rezultate se obtin la cianizarea otelurilor crom
si crom nichel.
Cianizarea are loc dupa reactiile :
4NaCN+2O?4NaCN
4NaCNO?Na2CO3+CO+2N+2NaCN
Oxidul de carbon rezultat carbureaza superficial piesele de hotel, prin difuziunea
carbonului atomic in austenita, conform reactiei
2CO?CO2+C
Azotul in stare atomica difuzeaza si el stratul superficial, formand nitruri,
care contribuie la marirea duritatii stratului superficial. Cianizarea se executa
la temperaturi de 850 -1000 ?C, in cazul otelurilor de constructe si la 550
-; 575 ?C, in cazul sculelor executate din hotel rapid. Adancimea stratului
cianizat creste o data cu cresterea temperaturii si a duratei tratamentului.
Carbonitrurarea
Este tratamentul termochimic cu carbon si azot aplicat otelurilor prin incalzirea
deasupra sau eventual sub punctul Ac1, intr-un mediu gazos capabil sa cedeze
carbon si azot activ. Mediul gazos folosit este compus din 70 -; 75 % gaz
metan (sau alte gaze de carburare) si 25 -30 5 amoniac. Gazul metan se introduce
in cuptor direct din conducta retelei de gaze, iar amoniacul, din butelia de
amoniac.
Carbonitrurarea se poate executa la temperaturi joase (500 -; 600 ? C)
sau la temperaturi inalte (840 -; 860 ? C). Carbonitrurarea la temperaturi
joase se aplica otelurilor rapide, in vederea mariri durabilitatii sculelor.
Otelul rapid se supune carbonitrurarii timp de 0,5 -; 3 h, la temperaturi
de 510 -; 560 ? C. Adancimea stratului obtinut este de 0,02mm, iar duritatea
foarte ridicata. Carbonitrurarea la temperaturi inalte se aplica diferitelor
organe de masini, ca: arbori, roti dintate, tacheti etc.
Prin acest procedeu se realizeaza duritate mare si rezistenta buna la uzura
si la coroziune a stratului superficial.
Aluminizarea
Este tratamentul termochimic cu aluminiu, aplicat materialelor metalice feroase,
intru-un mediu capabil sa cedeze aluminiu activ. Astfel creste rezistenta la
temperaturi inalte a otelului, deoarece prin incalzire se formeaza
o pelicula de oxizi care impiedica oxidarea in adancime. Miezul pieselor din
hotel carbon obisnuit (cutii ptr. cementare, creuzete ptr. cianurare,gratare
de cazana etc.). Suprafata acestora se satureaza cu aluminiu pana la 10 -15
% pe o adancime de 0,4 -; 0,5mm.
Aluminizare se poate efectua in mediu solid (in pulberi) sau lichid (in bai
de aluminiu topit). Cel mai frecvent insa este folosit un amestec din pulberi,
compus din :43%Al, 49%, Al2O3 si 2%NH4C