É possível aumentar a dureza dos metais e suas ligas? Modos de resfriamento de metal

As tecnologias para conferir maior dureza a metais e ligas foram aprimoradas ao longo de muitos séculos. Equipamento moderno permite que o tratamento térmico seja realizado de forma a melhorar significativamente as propriedades dos produtos, mesmo de materiais baratos.

Têmpera (transformação martensítica)- a principal forma de dar maior dureza aos aços. Nesse processo, o produto é aquecido a uma temperatura tal que o ferro muda estrutura de cristal e pode ser adicionalmente saturado com carbono. Depois de segurar por um certo tempo, o aço é resfriado. Isso deve ser feito em alta velocidade para evitar a formação de formas intermediárias de ferro.
Como resultado da rápida transformação, é obtida uma solução sólida rica em carbono com uma estrutura cristalina distorcida. Ambos os fatores são responsáveis ​​por sua alta dureza (até HRC 65) e fragilidade.
A maioria dos aços carbono e ferramentas são aquecidos a uma temperatura de 800 a 900°C durante o endurecimento, mas os aços rápidos P9 e P18 são endurecidos a 1200-1300°C.

Microestrutura do aço rápido R6M5: a) condição fundida; b) após forjamento e recozimento;
c) após o endurecimento; d) após as férias. ×500.

Modos de endurecimento

• Resfriamento em um meio

O produto aquecido é baixado para um meio de resfriamento, onde permanece até o resfriamento completo. Este é o método de têmpera mais simples, mas só pode ser usado para aços com baixo teor de carbono (até 0,8%) ou para peças de formato simples . Essas limitações são devidas a tensões térmicas que ocorrem durante o resfriamento rápido - peças de formato complexo podem deformar ou até rachar.

• endurecimento escalonado

Com este método de endurecimento, o produto é resfriado a 250-300C em uma solução salina com um tempo de espera de 2-3 minutos para aliviar as tensões térmicas e, em seguida, o resfriamento ao ar é concluído. Isso evita o aparecimento de rachaduras ou empenamento das peças. A desvantagem desse método é uma taxa de resfriamento relativamente baixa, por isso é usado para peças pequenas (até 10 mm de diâmetro) feitas de carbono ou peças maiores feitas de ligas de aço, para as quais a taxa de endurecimento não é tão crítica.

• Endurecimento em dois ambientes

Começa com um resfriamento rápido em água e termina com um resfriamento lento em óleo. Normalmente, esse endurecimento é usado para produtos feitos de aços para ferramentas. A principal dificuldade está no cálculo do tempo de resfriamento no primeiro meio.

• Endurecimento da superfície (laser, correntes de alta frequência)

É usado para peças que precisam ser duras na superfície, mas possuem um núcleo viscoso, como dentes de engrenagens. Durante o endurecimento da superfície, a camada externa do metal é aquecida a valores supercríticos e depois resfriada no processo de remoção de calor (durante o endurecimento a laser) ou por um líquido que circula em um circuito indutor especial (durante o endurecimento por corrente de alta frequência)

Período de férias

O aço endurecido torna-se excessivamente quebradiço, o que é a principal desvantagem desse método de endurecimento. Para normalizar as propriedades estruturais, é realizado o revenimento - aquecimento a uma temperatura abaixo da transformação de fase, retenção e resfriamento lento. Durante o revenimento, ocorre um "cancelamento" parcial do endurecimento, o aço torna-se um pouco menos duro, porém mais dúctil. Existem férias baixas (150-200С, para ferramentas e peças com maior resistência ao desgaste), médias (300-400С, para molas) e altas (550-650, para peças altamente carregadas).

Tabela de temperaturas de revenimento e revenimento para aços

Tratamento térmico de metais não ferrosos

As ligas baseadas em outros metais não respondem ao endurecimento tão bem quanto os aços, mas sua dureza também pode ser aumentada pelo tratamento térmico. Normalmente, é usada uma combinação de têmpera e pré-recozimento (aquecimento acima do ponto de transformação com resfriamento lento).

• Os bronzes (ligas de cobre) são recozidos a uma temperatura logo abaixo do ponto de fusão e depois resfriados com água. A temperatura de endurecimento é de 750 a 950C, dependendo da composição da liga. Férias em 200-400C são realizadas dentro de 2-4 horas. Os valores de dureza mais altos, até HV300 (cerca de HRC 34), podem ser obtidos neste caso para produtos feitos de bronzes de berílio.
• A dureza da prata pode ser aumentada pelo recozimento a uma temperatura próxima ao seu ponto de fusão (vermelho opaco) seguido de têmpera.
• Várias ligas de níquel são recozidas a 700-1185C, uma faixa tão ampla é determinada pela variedade de suas composições. Soluções salinas são usadas para resfriamento, cujas partículas são removidas com água ou gases protetores que impedem a oxidação (nitrogênio seco, hidrogênio seco).

Equipamentos e materiais

Para aquecer o metal durante o tratamento térmico, são utilizados 4 tipos principais de fornos:
– banho de eletrodo de sal
- forno de câmara
– forno de queima contínua
- Forno a vácuo

Líquidos (água, óleo mineral, polímeros de água especiais (Termat), soluções salinas), ar e gases (nitrogênio, argônio) e até mesmo metais de baixo ponto de fusão são usados ​​como meios de resfriamento nos quais ocorre o resfriamento. A própria unidade, onde ocorre o resfriamento, é chamada de banho de têmpera e é um recipiente no qual ocorre a mistura laminar do líquido. Uma característica importante do banho de têmpera é a qualidade da remoção da camisa de vapor.

Envelhecimento e outros métodos de endurecimento

Envelhecimento- outro tipo de tratamento térmico que permite aumentar a dureza de ligas de alumínio, magnésio, titânio, níquel e alguns aços inoxidáveis, que são submetidos a pré-endurecimento sem transformação polimórfica. No processo de envelhecimento, a dureza e a resistência aumentam e a ductilidade diminui.

• Ligas de alumínio, por exemplo, duralumínio (4-5% de cobre) e ligas com adição de níquel e ferro, são mantidas por uma hora a uma temperatura de 100-180C
• As ligas de níquel são submetidas a envelhecimento em 2-3 estágios, que no total levam de 6 a 30 horas a temperaturas de 595 a 845C. Algumas ligas são pré-endurecidas a 790-1220C. As peças feitas de ligas de níquel são colocadas em recipientes adicionais para protegê-las do contato com o ar. Fornos elétricos são usados ​​para aquecimento, banhos de eletrodos de sal podem ser usados ​​para peças pequenas.
• Aços maraging (ligas de ferro sem carbono de alta liga) envelhecem por cerca de 3 horas a 480-500C após o pré-recozimento a 820C

Tratamento químico-térmico- saturação da camada superficial com elementos de liga,

• não metálicos: carbono (cementação) e nitrogênio (nitretação) são usados ​​para aumentar a resistência ao desgaste de joelhos, eixos, engrenagens feitas de aços de baixo carbono
• metal: por exemplo, silício (silício) e cromo ajudam a aumentar a resistência ao desgaste e à corrosão das peças

A cimentação e a nitretação são realizadas em fornos elétricos de cuba. Existem também unidades universais que permitem realizar toda a gama de trabalhos no tratamento termoquímico de produtos siderúrgicos.

O tratamento por pressão (endurecimento) é um aumento na dureza como resultado da deformação plástica em temperaturas relativamente baixas. Desta forma, os aços de baixo teor de carbono são endurecidos durante o forjamento a frio, assim como o cobre puro e o alumínio.

No processo de tratamento térmico, os produtos de aço podem sofrer transformações surpreendentes, adquirindo resistência ao desgaste e dureza muitas vezes maior que a do material original. A faixa de mudança na dureza de ligas não ferrosas durante o tratamento térmico é muito menor, mas suas propriedades únicas geralmente não requerem melhorias em larga escala.

Fornos de aquecimento. Para tratamento térmico, os fornos utilizados nas oficinas térmicas são divididos da seguinte forma.

1. Pelas características tecnológicas, universais para recozimento, normalização e revenimento, finalidade especial para aquecimento do mesmo tipo de peças.

2. De acordo com a temperatura aceita: baixa temperatura (até 600°С), temperatura média (até 1000°С) e alta temperatura (acima de 1000°С).

3. Pela natureza da carga e descarga: fornos com soleira fixa, com soleira bogie, elevador, tipo campânula, multi-câmaras.

4. De acordo com a fonte de calor: óleo, gás, elétrico Recentemente, fornos a gás e elétricos se tornaram comuns.

5. Fornos-banhos, chumbo, sal e outros. O aquecimento das peças em banhos de chumbo e sal é uniforme e mais rápido do que em fornos.

6. Instalações de aquecimento: para aquecer peças de HDTV, para aquecimento por eletrocontato, etc.

7. Dependendo do meio em que as peças são aquecidas, os fornos se distinguem com atmosfera de ar (oxidante) e com atmosfera controlada ou protetora (não oxidante). As atmosferas controladas são misturas de gases em que os gases se neutralizam durante o aquecimento e assim evitam a oxidação das peças.

A temperatura de aquecimento desempenha um papel dominante e para cada tipo de tratamento térmico, dependendo da composição química, é determinada a partir do diagrama de estado ferro-cementita (Fig. 6.3). Na prática, as temperaturas de aquecimento são selecionadas nas tabelas de referência.

O tempo de aquecimento (taxa de aquecimento) depende de muitos fatores: a composição química do aço, o tamanho e a forma dos produtos, a posição relativa do produto no forno, etc.

Quanto mais carbono e elementos de liga no aço, bem como quanto mais complexa a configuração do produto, mais lento deve ser o aquecimento. Durante o aquecimento rápido, devido à grande faixa de temperatura da superfície e do núcleo, surgem grandes tensões internas em produto, o que pode causar empenamento da peça e trincas.

Normalmente, os produtos são carregados em um forno aquecido a uma temperatura predeterminada. Neste caso, o tempo de aquecimento pode ser determinado pela fórmula do prof. AP Gulyaeva:

τ n \u003d 0,1K 1 K 2 K 3 D, min, (6,1)

onde D é o tamanho mínimo da seção máxima em mm;

K 1 - fator de forma, que possui os seguintes valores: para uma bola -1, para um cilindro -2, um paralelepípedo - 2,5, uma placa - 4;

K 2 - o coeficiente do ambiente, que quando aquecido no sal é 1, no chumbo - 0,5, no ambiente gasoso - 2,

K 3 - coeficiente de uniformidade de aquecimento (Tabela 6.1)

Fig.6.3. Zonas de temperatura para vários tipos de tratamento térmico

Tempo de espera. Com qualquer tipo de tratamento térmico, após o produto atingir a temperatura especificada, a exposição é necessária para que ocorram alterações estruturais completas. O tempo de retenção depende das dimensões das peças, do método de aquecimento, do tipo de aço e do tipo de tratamento térmico. A Tabela 6.2 mostra os dados para determinação do tempo de exposição para aços carbono.

O tempo total de aquecimento será determinado pela fórmula:

τ O = τ H + τ V (6.2)

onde τ H é o tempo de aquecimento em minutos; τ B - tempo de exposição em minutos.

Além do método de cálculo, dados experimentais são frequentemente usados. Assim, para 1 mm de seção transversal ou espessura de um produto feito de aços hipoeutetóides, a duração do aquecimento em fornos elétricos é considerada τ H = 45-75 s . A duração da exposição a uma determinada temperatura geralmente é tomada τ B \u003d (0,15 + 0,25) τ N. Para uma ferramenta de aço carbono (0,7-1,3% C), recomenda-se 1 mm da menor seção τ B \u003d 50-80 s, e de liga de aço τ V = 70-90 s.

taxa de refrigeração. Em cada tipo de tratamento térmico, o objetivo final é obter a estrutura adequada. Isso é obtido pela taxa de resfriamento, que é determinada pelo tipo de tratamento térmico. A Tabela 6.3 mostra os dados da taxa de resfriamento para vários tratamentos térmicos.

Tabela 6.1

Valores do coeficiente K 3 dependendo da localização dos produtos no forno de aquecimento

endurecimento do aço

O endurecimento do aço é uma operação de tratamento térmico, que consiste em aquecê-lo pelo menos acima do ponto crítico Ac1 (T.e. para austenita-ferrítico, austenítico ou austenita-cementita), retenção e posterior resfriamento em diversos meios de forma a obter produtos instáveis ​​da decomposição da austenita à temperatura ambiente e, consequentemente, aumentar a dureza e resistência.

Para aços carbono, o ponto Ac1 corresponde à linha do diagrama "ferro-cementita" e é 727 ° C. Devido ao fato de que o aquecimento abaixo desta temperatura não leva a uma mudança na estrutura inicial recozida do aço, subsequentes o resfriamento em qualquer velocidade também não altera a estrutura, nem as propriedades do aço. Portanto, tal operação não é endurecimento.

Na maioria dos casos, o objetivo principal do endurecimento - aumentar a dureza e a resistência - é alcançado pela transformação da austenita em uma das estruturas mais fortes - a martensita. Sua formação requer resfriamento rápido da temperatura de têmpera.

Escolha da temperatura de endurecimento.

Dependendo da temperatura de aquecimento, o endurecimento pode ser completo ou incompleto.

Se o aquecimento for realizado acima da linha GSE do diagrama (pontos acz e Acm), então a estrutura austenítica monofásica obtida neste caso se transforma em martensita pura ao resfriar a uma taxa maior que uma determinada taxa crítica. Tal endurecimento é chamado completo.

Com endurecimento incompleto, o aço é aquecido acima da linha PSK (ponto Ac1), mas abaixo da linha GSE. Neste caso, a estrutura austenita + ferrita é formada em aços hipoeutetóides, e austenita + cementita é formada em aços hipereutetóides. Neste caso, mesmo o resfriamento a uma taxa muito alta não pode fornecer uma estrutura puramente martensítica, pois as fases em excesso (ferrita ou cementita) permanecem inalteradas na estrutura. Como resultado, a estrutura martensita + ferrita é obtida em aços hipereutetóides e martensita + cementita em aços hipereutetóides.

A dureza da martensita, que é uma solução sólida supersaturada de carbono em ferro, depende do teor de carbono nela (Fig. 1). Em aços de médio e alto carbono, é 55...65 HRC ou 550...680HB.

A ferrita é uma das fases mais moles e fracas dos aços. Sua dureza não excede 80...100 HB. A cementita é uma fase muito sólida (cerca de 1000 HV ou mais de 700 HB). Portanto, a presença de excesso de ferrita na estrutura de aço endurecido reduz drasticamente sua dureza, enquanto a cementita contribui para uma maior dureza.

Arroz. 1 Dependência da dureza da martensita do teor de carbono no aço.

Assim, para os aços hipoeutetóides, é aconselhável realizar o endurecimento completo até a martensita pura, e para os aços hipereutetóides, é incompleto, que, além da martensita, retém certa quantidade de cementita na estrutura. Para o aço eutetóide, apenas o endurecimento total é possível.

Deve-se ter em mente que o aquecimento do aço durante o endurecimento a temperaturas que excedem significativamente os pontos críticos Ac3 e Acm não é desejável, pois pode levar a severa descarbonetação e oxidação da superfície das peças, engrossamento dos grãos de austenita e aumento no tensões internas. Como resultado, após o endurecimento de tais temperaturas, a dureza da superfície acaba sendo subestimada, observa-se um aumento da deformação da peça, a martensita resultante tem uma estrutura rugosa e maior fragilidade.

Tudo isso nos permite concluir que, dependendo da composição do aço, é aconselhável aquecê-lo para endurecimento a temperaturas situadas 30 ... 50 0С acima da linha GSK (Fig. 2)

Arroz. 2. Faixa de temperatura de aquecimento ideal para aços carbono.

Taxa de resfriamento durante a têmpera

A estrutura e as propriedades do aço endurecido dependem em grande parte não apenas da temperatura de aquecimento, mas também da taxa de resfriamento. A formação de estruturas de endurecimento se deve ao super-resfriamento da austenita abaixo da linha PSK, onde seu estado é instável. Ao aumentar a taxa de resfriamento, ele pode ser superresfriado a temperaturas muito baixas e transformado em várias estruturas com diferentes propriedades. A transformação da austenita super-resfriada pode ocorrer tanto com resfriamento contínuo quanto isotermicamente, durante a manutenção em temperaturas abaixo do ponto Ar1 (ou seja, abaixo da linha PSK).

A influência do grau de superresfriamento na estabilidade da austenita e na taxa de sua transformação em vários produtos é apresentada graficamente na forma de diagramas nas coordenadas temperatura-tempo. Como exemplo, considere tal diagrama para aço de composição eutetóide (Fig. 3). A decomposição isotérmica da austenita super-resfriada neste aço ocorre na faixa de temperatura de Ar1 (727 °C) a Mn (250 °C), onde Mn é a temperatura na qual se inicia a transformação martensítica. A transformação martensítica na maioria dos aços só pode ocorrer com resfriamento contínuo.

Fig.3 Diagrama de decomposição da austenita para aço de composição eutetóide.

O diagrama (ver Fig. 3) mostra duas linhas com a forma da letra "C", as chamadas "curvas C". Um deles (à esquerda) indica o tempo de início da decomposição da austenita super-resfriada em diferentes temperaturas, o outro (à direita) - o tempo do fim da decomposição. Na região localizada à esquerda da linha do início da decomposição, há austenita super-resfriada. Entre as curvas C há austenita e seus produtos de decaimento. Finalmente, à direita da linha final de decaimento, existem apenas produtos de transformação.

A transformação da austenita super-resfriada em temperaturas de Ar1 a 550 0C é chamada de perlítica. Se a austenita for super-resfriada a temperaturas de 550 ... Mn, sua transformação é chamada de intermediária.

Como resultado da transformação da perlita, são formadas estruturas lamelares do tipo perlita, que são misturas de ferrita-cementita de várias finuras. Com o aumento do grau de superresfriamento, de acordo com as leis gerais de cristalização, o número de centros aumenta. O tamanho dos cristais formados diminui, ou seja, a dispersão da mistura ferrita-cementita aumenta. Assim, se a transformação ocorre em temperaturas na faixa de Ar1...650°C, forma-se uma mistura grosseira de ferrita-cementita, que é chamada de perlita propriamente dita. A estrutura da perlita é estável, ou seja, inalterado ao longo do tempo à temperatura ambiente.

Todas as outras estruturas se formaram em temperaturas mais baixas, ou seja, durante o super-resfriamento da austenita, eles são classificados como metaestáveis. Assim, quando a austenita é super-resfriada a temperaturas de 650...590°C, ela se transforma em uma mistura fina de ferrita-cementita chamada sorbita.

Em temperaturas ainda mais baixas de 590 ... 550 ° C, forma-se trostita - uma mistura ferrita-cementita muito dispersa. Essas divisões das estruturas perlíticas são até certo ponto arbitrárias, uma vez que a finura das misturas aumenta monotonicamente com a diminuição da temperatura de transformação. Ao mesmo tempo, a dureza e a resistência dos aços aumentam. Portanto, a dureza da perlita no aço eutético é de 180 ... 22-HB (8 ... 19 HRC), sorbitol - 250 ... 350 HB (25 ... 38 HRC), trostita - 400 ... 450 HB (43 ...48HRC).

Após super-resfriamento da austenita a temperaturas de 550 ... MN, ela se decompõe com a formação de bainita. Essa transformação é chamada de intermediária, pois, ao contrário da perlita, ela ocorre parcialmente de acordo com o chamado mecanismo martensítico, levando à formação de uma mistura de cementita e ferrita um pouco supersaturada com carbono. A estrutura bainítica é caracterizada por alta dureza de 450...550 HB.

Fig.4 Diagrama do decaimento da austenita para os aços hipoeutetóide (a) e hipereutetóide (b).

Nos diagramas de decomposição da austenita para aços hipoeutetóides e hipereutetóides (Fig. 4.), há uma linha adicional mostrando o momento em que o excesso de cristais de ferrita ou cementita começa a precipitar a partir da austenita. O isolamento dessas estruturas em excesso ocorre apenas em ligeiros superresfriamentos. Com super-resfriamento significativo, a austenita se transforma sem separação preliminar de ferrita ou cementita, neste caso, o teor de carbono na mistura resultante difere do eutetóide.

No caso do resfriamento contínuo da austenita em taxas diferentes, sua transformação não se desenvolve a uma temperatura constante, mas em uma determinada faixa de temperatura. Para determinar as estruturas resultantes do resfriamento contínuo, plotamos as curvas de taxa de resfriamento de amostras de aço carbono eutetóide no diagrama de decomposição da austenita (Fig. 5.).

A partir deste diagrama pode ser visto que a uma taxa de resfriamento V1 muito baixa, que é fornecida pelo resfriamento junto com o forno (por exemplo, durante o recozimento), uma estrutura de perlita é obtida. A uma taxa de V2 (no ar), a transformação ocorre em temperaturas ligeiramente mais baixas. Uma estrutura perlita é formada, mas mais dispersa. Este tratamento é chamado de normalização e é amplamente utilizado para aços de baixo carbono (às vezes para aços de médio carbono) em vez de recozimento como amolecimento.

Fig.5. Curvas de decomposição da austenita durante resfriamento contínuo de aço eutetóide.

A uma taxa de V3 (resfriamento em óleo), a transformação da austenita ocorre em temperaturas que fornecem uma estrutura de sorbita e, às vezes, uma estrutura de cana.

Se a austenita for resfriada a uma taxa muito alta (V4), então ela é super resfriada a uma temperatura muito baixa, indicada nos diagramas como Mn. Abaixo desta temperatura, ocorre uma transformação martensítica sem difusão, levando à formação de uma estrutura martensítica. Para aços carbono, tal taxa de resfriamento é fornecida, por exemplo, por água

No caso geral, a taxa mínima de resfriamento na qual toda austenita é super-resfriada a uma temperatura Mn e se transforma em martensita é chamada de taxa crítica de têmpera. Na Fig.5, é designado como Vcr e é tangente à curva C. A taxa crítica de endurecimento é a característica tecnológica mais importante do aço. Determina a escolha do meio de resfriamento para obter uma estrutura martensítica.

O valor da taxa de endurecimento crítico depende da composição química do aço e de alguns outros fatores. Assim, por exemplo, em algumas ligas de aço, mesmo o resfriamento ao ar proporciona uma velocidade maior que a crítica.

Ao endurecer para martensita, deve-se levar em consideração que esta estrutura possui um grande volume específico e sua formação é acompanhada por um aumento perceptível no volume do produto endurecido e um aumento acentuado nas tensões internas, que por sua vez levam à deformação ou mesmo à formação de trincas. Tudo isso, combinado com o aumento da fragilidade da martensita, requer tratamento térmico adicional das peças endurecidas - a operação de revenimento.

Com o endurecimento, o aço adquire uma estrutura martensítica, muito dura (acima de 6000 HB) e quebradiça. A martensita é uma solução sólida supersaturada de carbono em α-Fe. A transformação da austenita em martensita é um processo sem difusão: após resfriamento rápido (a uma taxa de mais de 150 0 C/s), a rede cristalina de face centrada da austenita se transforma em uma rede α-Fe. Nesse caso, a difusão dos átomos de carbono não tem tempo de ocorrer e eles mantêm suas posições anteriores. Como resultado, um estado de estresse da rede cristalina é criado, o que leva a alta dureza e fragilidade do aço endurecido.

Para reduzir a fragilidade após o endurecimento, sempre é realizado o revenimento, com o qual as tensões internas diminuem e o aço adquire as propriedades físicas e mecânicas necessárias.

A têmpera do aço endurecido é realizada por aquecimento a uma temperatura abaixo dos pontos críticos Ac 1 , mantendo-se nessa temperatura e subseqüente resfriamento lento ou rápido. Resfriamento rápido em água é recomendado ao revenir ligas de aço para evitar a fragilidade do revenido. Os aços carbono são resfriados ao ar.

Distinga condicionalmente entre férias baixas, médias e altas. O revenido baixo é realizado quando aquecido até 200 __ 300 0 C. A estrutura resultante é martensita revenida, dureza acima de 5000 HB. Ferramentas de corte, calibres, etc. são submetidos a baixa têmpera.

O revenido médio é realizado quando aquecido de 300 a 500 0 C. Como resultado do revenimento médio, o aço adquire a estrutura de troostita revenida, que se caracteriza por uma dureza de cerca de 4.000 HB. A têmpera de troostita é usada no processamento de molas, molas de lâmina, matrizes, ferramentas de impacto, etc. Durante o aquecimento intermediário, estruturas de troosto-martensita ou troosto-sorbita são obtidas.

O revenido alto é produzido pelo aquecimento de 550-650 0 C. A estrutura resultante é o sorbitol de revenimento, a dureza é de cerca de 3.000 HB. Virabrequins, semi-eixos, bielas, parafusos de bielas e muitas outras peças de máquinas são submetidos a alta têmpera.

Assim, à medida que a temperatura de revenimento aumenta, as características de resistência diminuem, as características de ductilidade e resistência ao impacto aumentam. Para diferentes graus de aço, os valores dessas características serão diferentes, mas a tendência geral de sua mudança permanece a mesma. A melhor combinação de propriedades de resistência e ductilidade tem aço após endurecimento e alto revenido (estrutura sorbitol).

ordem de trabalho

O trabalho é realizado por um grupo de 10 a 12 pessoas. A cada dois alunos realizam normalização, têmpera, revenido e revenido da amostra de aço.

Determine a temperatura de endurecimento do aço usando a parte inferior do diagrama ferro-cementita. Para aços hipoeutetóides de médio carbono (graus 40, 45, 50), a temperatura normal de endurecimento é 30-50 0 C acima da linha GS, ou seja, Ac 3 + (30-50) 0 С.

Determine o tempo de aquecimento e retenção das amostras, usando os dados fornecidos na tabela. 5.2.

Determine a taxa de resfriamento em vários ambientes. Para fazer isso, use os meios de resfriamento mais comuns que resfriam em taxas diferentes: água (taxa de resfriamento 600 0 C/s) e óleo (taxa de resfriamento 150 0 C/s).

As amostras são colocadas em um forno aquecido à temperatura de endurecimento para aços deste tipo, e mantidas no forno pelo tempo necessário. Quando aquecido à temperatura de têmpera de amostras feitas de aço 40, a estrutura original de ferrita-perlita se transformará em uma estrutura de austenita.

Resfrie a amostra com água. Para isso, é necessário: a) transferir rapidamente a amostra com pinças para um banho de têmpera com água, a fim de evitar o resfriamento da amostra abaixo da temperatura Ac 3 e a obtenção de têmpera incompleta; b) Mova vigorosamente a amostra no banho para eliminar a camisa de vapor formada, que retarda o processo de resfriamento.

Limpe as amostras resfriadas em óleo com um pano, limpe ambas as extremidades com lixa. Determine a dureza de amostras endurecidas de acordo com HRC.

Determine a temperatura de revenimento do aço. Uma vez que a estrutura e as propriedades do aço mudam durante o revenimento e, em maior medida, quanto maior a temperatura de revenimento, diferentes temperaturas de revenimento de baixa (200 0 C) a alta (600 0 C) devem ser aplicadas.

Determine o tempo de exposição à temperatura de revenimento na taxa de 2-3 minutos por 1 mm de espessura da amostra e anote-o na coluna apropriada do protocolo.

Determine as condições de resfriamento. Normalmente, o resfriamento após o revenido é feito ao ar, mas pode ser resfriado tanto em água quanto em óleo, pois a taxa de resfriamento não afeta a dureza e a estrutura do aço. Para agilizar o trabalho, as amostras após o revenimento devem ser resfriadas em água.

Meça a dureza das amostras após cada tipo de revenido, registrando os resultados da medição em um log de trabalho e definindo o valor aproximado da resistência à tração deles de acordo com a dependência

12. No relatório, forneça um gráfico e todos os dados necessários do modo de tratamento térmico, dê o nome da microestrutura obtida e explique o efeito do tratamento térmico nas propriedades mecânicas do aço.

LAB #5

Ao contrário da água, a capacidade de resfriamento do óleo depende pouco da temperatura, e a taxa de resfriamento no óleo é muitas vezes menor do que na água. Portanto, a fim de reduzir as tensões e evitar a formação de trincas de endurecimento, o óleo mineral é usado para endurecer os aços-liga com menor condutividade térmica do que os aços carbono. Na ausência de óleo, utiliza-se água quente (80ºC).

Tabela 2.3 Taxa de resfriamento do aço.

Os principais métodos de têmpera do aço são o endurecimento em um resfriador, em dois ambientes, jato, auto-têmpera, escalonado e isotérmico.

Endurecimento em um refrigerador. A peça, aquecida à temperatura de têmpera, é imersa no líquido de têmpera, onde permanece até que esfrie completamente. Este método é usado para endurecer peças simples feitas de carbono e ligas de aço.

As peças de aço carbono são resfriadas em água e as peças de aços ligados são resfriadas em óleo; esse método também é usado no endurecimento mecanizado, quando as peças entram automaticamente no líquido de têmpera da unidade.

Aços de alto carbono são endurecidos com resfriamento, ou seja, a parte aquecida é mantida no ar por algum tempo antes de resfriar. Isso reduz tensões internas nas peças e elimina a formação de trincas.

Endurecimento em dois ambientes (ou endurecimento intermitente).

A peça é primeiro resfriada em um meio de resfriamento rápido - água e depois transferida para um meio de resfriamento lento - óleo; usado para endurecer ferramentas feitas de aço de alto carbono.

Endurecimento a jato. As peças aquecidas à temperatura de endurecimento são resfriadas com um jato de água. Este método é utilizado para endurecimento de superfícies internas, matrizes, matrizes e outras ferramentas, nas quais a superfície de trabalho deve ter uma estrutura de martensita. Com a têmpera por spray, nenhuma camisa de vapor é formada, o que proporciona uma temperabilidade mais profunda do que com a têmpera simples em água.

Endurecimento com auto-temperamento. As peças são mantidas em um meio de resfriamento não até que estejam completamente resfriadas, mas até um certo estágio para manter o calor no núcleo da peça necessário para o revenido.

Endurecimento escalonado. Com este método de endurecimento, as partes aquecidas são primeiro resfriadas a uma temperatura ligeiramente acima do ponto M n (em óleo quente ou sal fundido), depois de uma curta exposição a esta temperatura (antes do início das transformações intermediárias), elas são resfriadas ao ar . Na segunda etapa de resfriamento, o aço é endurecido.

Endurecimento isotérmico. As peças são aquecidas a uma temperatura predeterminada e resfriadas em ambiente isotérmico a 220º-350ºC, que é um pouco superior à temperatura do início da transformação martensítica. A exposição das peças no meio de têmpera deve ser suficiente para a transformação completa da austenita em troostita acicular. Isto é seguido por resfriamento a ar. Com endurecimento isotérmico, o tempo de espera é muito maior do que com endurecimento escalonado.

O endurecimento isotérmico elimina uma grande diferença nas taxas de resfriamento da superfície e do núcleo das peças, que é a principal causa da formação de tensões térmicas e trincas de endurecimento. Após o endurecimento isotérmico, as peças adquirem dureza alta ou média, alta tenacidade e boa resistência ao impacto. O endurecimento isotérmico em alguns casos elimina a operação de revenimento, o que reduz o ciclo de tratamento térmico em 35-40%.

O endurecimento isotérmico é aplicado a peças e ferramentas feitas de ligas de aço: 6XC, 9XC, 65G, KhVG, etc.

Endurecimento leve. Com este método de endurecimento, as peças são aquecidas em uma atmosfera neutra não oxidante ou em sais neutros fundidos. Com o endurecimento leve, as peças ou ferramentas são aquecidas em sais líquidos que não causam oxidação do metal, seguidas de seu resfriamento em álcalis cáusticos fundidos; em fornos de aquecimento com atmosfera gasosa protetora controlada, que permite regular a interação dos gases do forno com o aço durante o aquecimento; em fornos de endurecimento a vácuo (10 -1 -10 -4 mm Hg). Qualquer um desses processos pode produzir peças com uma superfície cinza clara e limpa.