1. CURS 9 CURS DE MATERIALE - I BODEA MARIUS TRATAMENTE TERMICE
UNIVERSITATEA TEHNICĂ
DIN CLUJ NAPOCA
FACULTATEA DE INGINERIA
MATERIALELOR SI A MEDIULUI
BODEA MARIUS
CURS DE MATERIALE - I
CURS 9
TRATAMENTE TERMICE

2. TRATAMENTE TERMICE: procedee tehnologice constând din încălziri, menţineri la anumite temperaturi şi răciri în anumite condiţii pentru îmbunătăţirea unor proprietăţi prin modificarea structurii.

5. Octahedral
site in BCC
Octahedral
sites in FCC
Carbonul pătrunde în interstiţiile octaedrice (atât în c.v.c. cât şi în c.f.c.) fiind constrâns de atomii de Fe din colţurile celulei elementare.
Solubilitatea atomilor de C în austenită (c.f.c.) este mai ridicată decât cea din ferită, deoarece spaţiile din interstiţiile octaedrice sunt mai mari în cazul austenitei comparativ cu cele ale feritei.
Tipuri de interstiţii, poziţia tetraedrală şi cea octaedrală
Carbon în Fe
Tetrahedral
site in BCC

6. Tipuri de interstiţii, poziţia tetraedrală şi cea octaedrală
Carbon în Fe

7. AUSTENITĂ
FERITĂ
MARTENSITĂ
În reţeaua tetragonală centrată, atomii de carbon tensionează celula să fie alungită în direcţia axei OZ (parametrul c).
În reţeaua c.v.c. (ferita) interstiţiul maxim are un diametru de 0,072 nm.

8. Efectul carbonului asupra duritatii martensitei
Transformarea Austenitei în Martensită.
Oţel carbon (0.8% C) răcit rapid din domeniul austenitic. Martensita se formează sub 220º C, se obţine o soluţie solidă (α – alfa) suprasaturată în carbon cu reţeaua cristalină puternic deformată.
Duritatea HRC

9. Adolf Fick, care stabileşte în 1855 relaţia de proporţionalitate directă între fluxul molar al unei substanţe S pe o anumită direcţie într-o soluţie şi gradientul de concentraţie al acelei substanţe pe direcţia respectivă, relaţie cunoscută sub numele de prima lege a lui Fick.
Coeficientul de proporţionalitate D poartă numele de coeficient de difuzie; unitatea de măsură în S.I. este m2 s-1 .

10. Ce se intimpla in timpul racirii rapide?
Diagrama fazelor ne indică doar fazele stabile care se formează la racirea lentă (condiţii de cvasi-echilibru).
Dacă răcirea aliajului este rapidă, diagramele de echilibru nu mai sunt valide şi se pot forma faze metastabile (faze rezultate în afara condiţiilor de echilibru, ex. răcire forţată)
În cazul oţelurilor, formarea feritei şi cementitei necesită procese de difuzie în care carbonul parăseşte faza alfa (ferita) şi formează zone de cementită. Dacă răcirea este prea rapidă pentru ca difuzia să se producă, atunci excesul de carbon rezultat din scăderea solubilităţii C în Fe distorsonează reţeaua rezultând o reţea tensionată (martensita) – reţea tetragonală.

11. Lege de tip Arrhenius
Variaţie exponenţială cu temperatura

12. DIAGRAME TRANSFORMARE TEMPERATURĂ TIMP
TTT
Analiza cineticii transformarilor prin curbe cinetice de transformare:
Exprima procentul transformat din structura functie de timp pentru o temperatura de mentinere izoterma.
Trasarea diagramei TTT din curbele cinetice pentru diverse temperaturi sub A1

13. Liniile diagramei TTT:
linia de inceput de transformare
linia de sfarsit de transformare
linia inceputului transformarii martensitice (la racire brusca)
Domeniile in diagrama TTT:
austenitic (la stanga liniei de inceput de transformare)
perlitic (la dreapta liniei de sfarsit de transformare, peste 500°C)
bainitic (la dreapta liniei de sfarsit de transformare, °C) de transformare (intre liniile de inceput si de sfarsit de transformare)
martensitic (+austenita reziduala)(sub Ms numai la racire continua)

14. DIAGRAME DE TRANSFORMARE IZOTERMĂ
DIAGRAME TTT
The transformation rate increases with decreasing temperature such that at ( 620°C) only about 3 s is required for the reaction to go to 50% completion.

16. 50% perlită grosolană + 50% martensită.
(a) Cool rapidly to 700°C , hold for 104 s, then quench to room temperature.
Răcire urmată de menţinere la 700°C for 104 s, cca. 50% din probă s-a transformat în perlită grosolană (de echilibru).
După răcirea bruscă la temperatura ambiantă, diferenţa de 50% din probă se transformă în martensită.
Structura finală:
50% perlită grosolană + 50% martensită.
Oţel eutectoid (0,8 % C)

17. Structura finală: 100% martensită
(d) Cool rapidly to 400°C, hold for 2 s, then quench to room temperature.
După răcirea la 400°C, menţinere pentru 2 s, curba de răcire nu intersectează nici o curbă de transformare, structura oţelului rămâne 100% austenită.
După răcirea bruscă la temperatura ambiantă, toată proba se transformă în martensită.
Structura finală: 100% martensită
Oţel eutectoid (0,8 % C)

18. 40% bainită + 60% martensită
(e) Cool rapidly to 400°C , hold for 20 s, then quench to room temperature.
După răcirea la 400°C, menţinere pentru 20 s, cca. 40% din probă va avea o structură bainitică.
După răcirea bruscă la temperatura ambiantă, diferenţa de 60% se transformă în martensită.
Structura finală:
40% bainită + 60% martensită
Oţel eutectoid (0,8 % C)

19. Structura finală: 100% bainită.
(f) Cool rapidly to 400°C, hold for 200 s, then quench to room temperature.
După răcirea la 400°C, menţinere pentru 200 s, proba va avea integral o structură bainitică.
După răcirea bruscă la temperatura ambiantă, nu se mai produc transformări structurale.
Structura finală: 100% bainită.
Oţel eutectoid (0,8 % C)

20. (g) Rapidly cool to 575°C , hold for 20 s, rapidly cool to 350°C , hold for 100 s, then quench to room temperature
După răcirea la 575°C, menţinere pentru 20 s, proba va avea integral o structură perlitică fină.
Secvenţa de răcire la 350°C, nu va mai produce alte transformări, deoarece austenita s-a transformat integral în perlită fină, în etapa anterioară.
Structura finală:
100% perlită fină.
Oţel eutectoid (0,8 % C)

21. Transformări izoterme: 100% perlită fină 100% martensită de revenire
50% perlită grosolană + 25% bainită + 25% martensită
Oţel eutectoid (0,8 % C)

22. DIAGRAME DE TRANSFORMARE LA RĂCIRE CONTINUĂ
Efectul mărimii de grăunte
Oţelurile cu granulaţie fină promovează formarea feritei şi perlitei la transformarea austenitei la răcire. Micşorarea granulaţiei, deplasează diagrama TTT spre stânga. Ca urmare, creşte viteza critică de călire cu scăderea granulaţiei.
Efectul carbonului
Creşterea % C deplasează diagramele de transformare spre dreapta (creşte călibilitatea, scade viteza critică de călire) şi micşorează temperatura Ms
Efectul elementelor de aliere
Creşterea % în elemente de aliere deplasează curbele de transformare spre dreapta, măresc călibilitatea, micşorează viteza critică şi modifică forma curbelor (S dublu, domeniul bainitic separat), controlul structurilor bainitice mai precis.
DIAGRAME DE TRANSFORMARE LA RĂCIRE CONTINUĂ

24. Viteze critice de călire
Alloying elements used to modify the critical cooling rate for martensite are:
►chromium,
► nickel,
► molybdenum
► manganese
► silicon
► tungsten

25. Other elements
(Cr, Ni, Mo, Si and W) may cause significant changes in the positions and shapes of the TTT curves:
Change transition temperature;
Shift the nose of the austenite-to-pearlite transformation to longer times;
Shift the pearlite and bainite noses to longer times (decrease critical cooling rate);
Form a separate bainite nose;