CEMENTAREA IN ATMOSFERA CONTROLATA A UNOR OTELURI ALIATE SI [611541]

CEMENTAREA IN ATMOSFERA CONTROLATA A UNOR OTELURI ALIATE SI
NEALIATE

CUPRINS

1. Prefata …………………………………………………………
2. Definitia si obiectivele tratamentelor termochimice ……….
3. Tratamente termochimice . Cementarea ……………………………
3.1
3.2
3.3
4. Oteluri pent ru carburare ……………………………………………..
4.1 Influenta compozitiei chimice asupra continutului superficial in carbon
4.2 Influenta compozitiei chimice asupra stratului carburat
4.3 Influenta compozitiei chimice asupra structurii stratului si a duritatii
4.4 Variante de oteluri pentru carburare
5. Procedee de carburare …………………………………………………
5.1 Carburarea in mediu solid
5.2 Carburarea in mediu gazos
5.2.1 Carburarea in gaz natural
5.2.2 Carburarea in atmosfere controlate
5.2.3 Carburarea prin gazeificarea mediilor lichide
5.3 Carburarea ionica (in plasma)
5.4 Carburarea in vid (la presiuni joase)
6. Partea experimentala ………………………………………………….
7. Concluzii ……………………………………………………………….
8. Bibliografie……………………………………………………………..

Lista figurilor
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.

Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.
Fig.

Lista tabelelor
Tab.
Tab.
Tab.

Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.
Tab.

1. Prefata

Tratamentele termice si termochimice ocupa un rol foarte important in industrii, mai ales cu
precadere in industria constructoare de masini. Eficienta tratamentelor se ref lecta prin marirea
durabilitatii si sigurantei in exploatare, micsorarea greutatii subansamblelor dar si altele.
Prima data cand s -au carburat instrumente, cu multi ani de zile in urma , procedeul f olosit
pentru obtinerea a fost mediul solid, format din ca rbuni de mangan. Aceste procedee de
carburare au cunoscut o crestere in timpul celui de -al doilea razboi mondial , iar la sfarsitul
acestuia a u capatat o extindere foarte mare.
Dintre tratamentele termochimice, cel mai des intalnit si raspandit tratament este cementarea
cu carbon denumita si carburare, urmata de cementarea cu azot denumita nitrurare.
Carburarea se aplica tuturor produselor din aliaje feroase cu scopul imbunatatirii rezistentei la
solicitari alternante si uzare.

2 Defini tia si obiectivele tratamentelor termochimice

Tratamentele termochimice sunt procedee de prelucrare la cald care constau din
incalzirea in medii active chimic, la temperature si durate astfel stabilite, incat sa
se realizeze modificari ale compozitiei chi mice pe anumite adancimi de la
suprafata produsului metalic, iar prin raciri pana la temperature ordinara sau prin
aplicarea unui tratament termic ulterior, modificari ale structurii si starii de
tensiuni corespunzatoare caracteristicilor mecanice, fizice si chimice prescrise
straturilor superficiale si zonelor interioare.
Se folosesc pe scara tot mai larga in productie ca mijloc de imbunatatire a
caracteristicilor mecanice sau fizico -chimice ale straturilor superficiale ale
pieselor sau sculelor.
Obiective le
In timpul functionarii piesele si sculele sunt supuse unor solicitari complexe
mecanice, fizice si chimice. Solicitarile mecanice statice si dinamice au rezultate
care de regula sunt de intindere in straturile superficiale, atingand valori maxime
in zon a in imediata apropiere a suprafetei. Solicitarile la uzare afecteaza de
asemenea straturile superficiale ale pieselor si sculelor. Solicitarile termice pot
afecta piesa sau scula in ansamblu sau in mod diferential straturile superficiale
cand contactul c u sursa de incalzire este de scurta durata sau cand aceasta rezulta
prin frecare. La interactiunile chimice intre scule sau piese si mediul in care
acestea functioneaza in exploatare participa matterialul metalic din straturile
superficiale…………………………….

4 Tratamente termochimice. Cementarea

Procesul de introducere a unor atomi in straturile superficiale ale pieselor se
numeste cementare. Aceasta denumire este folosita si pentru procesele de
imbogatire a straturilor superficiale cu atomi de metal e (Al,Zn,V,Ti),
semimetale (Si) sau nemetale (B, C, Se, N).
Astfel, tratamentele termochimice pot fi denumite in functie de elementele de
difuzie cementare cu carbon (C), cu azot (N), cu bor (B), cu zinc (Zn).

4.Oteluri pentru ca rburare

In practica pentru tratamentele termice de cementare cu carbon se folosesc oteluri care au
un continut de carbon scazut, cuprins intre 0,1 – 0,3% C. Se utilizeaza aceste oteluri, deoarece
dupa tratamentele termice ulterioare se obtin structuri cu proprietati bune in exploatare, adica
un miez tenace si o suprafata cu duritate ridicata.
Otelurile specifice pentru carburare se impart in 2 mari categorii:
-oteluri nealiate
-oteluri aliate

4.1 Influenta compozitiei chimice asupra continutului superficial in carbon
Cromul, vanadiul, molibdenul, wolframul maresc concentratia carbonului in stratul
superficial. Nichelul si siliciul micsoreaza concentratia carbonului.

4.2 Influenta compozitiei chimice asupra stratului carburat
Grosimea stratului depinde in principal de conditiile de carburare. Ea variaza in functie de
calitatea materialului.
Compoziti chimica a otelului influenteaza asupra grosimii stratului carburat

5.Procedee de carburare

Inaintea procedeelor de carbura re, oricare ar fi acestea, piesele care urmeaza a fi tratate
trebuie sa fie supuse un or operatii de degresare -spalare , pentru indepartarea spanului ramas si
a uleiului care se afla pe suprafata probelor. Prezenta substantelor uleioase, sau a murdariei pe
suprafata pieselor impiedica procesele ce carburare, creandu -se conditii pentru formarea asa
numitelor ,, pete moi “. De obicei concentratia baii de degresare trebuie sa fie peste ~3% si
cea a baii de spalare sub 0.8 -1%, in cazul in care exista doua bai se parate, iar in cazul in care
exista o singura baie de degresare -spalare concentratia trebuie sa fie 1.5 -2.5%. Dupa operatiile
de degresare -spalare, piesele trebuiesc suflate foarte bine cu aer cald, acestea fiind acum
pregatite pentru operatia de carburar e.

5.1 Carburarea in mediul solid
Este cel mai vechi procedeu de carburare, in prezent fiind folosit rar din cauza duratei de timp
foarte lungi.
Carburarea in mediu solid se face la temperaturi cuprinse intre 825 -925 °C, intr -o cutie in care
piesele si am estecul granulat (mangal, cocs), alaturi de un activator (carbonati alcalino –
pamantosi). Din aceste combinatii rezulta oxidul de carbon, care prin procesele de adsorbtie si
difuzie duce la formarea straturilor carburate. Cutia este confectionata din otel r efractar pentru
o rezistenta mai buna si indelungata. Carbonul din mediul donor reactioneaza si cu oxigenul
prezent in cutie dar si cu cel continut de activator, formand bioxid de carbon. La temperaturi
mari bioxidul de carbon reactioneaza cu carbonul din mediul de carburare si astfel se
formeaza oxidul de carbon :
C + O2 < -> CO2
CO2 + C < -> 2CO
2CO < -> (C) + CO2
Simbolul (C) este carbonul care difuzeaza sub forma de atomi in piesa. La suprafata piesei are
loc reactia de echilibru Boudouuard. Aceasta nu se opreste deoarece bioxidul de carbon se
regenereaza. Dupa terminarea procesului de carburare, cutiile sunt scoase din cuptor si sunt
lasate sa se raceasca in aer.
Avantaje ale procesului de carburare in mediu solid:
– cutiile se pot incarca in orice tip de cu ptor, fara a fi necesara o constructie speciala
– procedeu convenabil la aplicarea pieselor unicat sau de serie mica
– posibilitatea cementarii pieselor cu forma complexa
Dezavantaje:
– nu se poa te regla potentialul de carbon

–
– imposibilitatea aplicarii calirii directe dupa cementare
– consum de energie termica ridicat
O varianta a carburarii in mediu solid este cea de inlocuire a amestecului uscat cu a unui
amestec pastos. Acesta se depune intr -un strat subtire pe piesa, dupa care se carbureaza apoi
se usuca. Pa sta se prepara din substante solide care contin carbon si lianti organici ca
activatori. Grosimea stratului de pasta care se pune pe piese trebuie sa fie de circa 7 -8 ori mai
mare decat adancimea stratului dorit a fi obtinut.
Carburarea in paste este supe rioara carburarii in mediu solid granulat, formandu -se straturi
mai mari la durate mai mici de mentinere.

Tabel 1. Comparatie intre diferite proceee de cementare cu carbon in mediu solid
Durata, in h 2,0 2,5 3,0 4,0
Adancimea
de
carburare in
mm la
carb urarea
in: Mediu solid
granulat la
910°C 0,15 0,20 0,25 0,35
Pasta la
950°C 0,80 0,90 1,00 –
Pasta la
1050°C 1,20 1,40 1,60 2,00

5.2 Carburarea in mediul gazos
Acest tip de procedeu este cel mai raspandit datorita avantajelor multiple pe care le pre zinta,
fata de procedeul de carburare in mediu gazos sau lichid. Piesele se incalzesc rapid pana la
temperatura de cementare, ceea ce duce la reducerea duratei procesului. Procedeul prezinta un
control foarte bun al parametrilor procesului si piesele pot f i calite direct dupa cementare.
Mediile de carburare care se folosesc in acest procedeu sunt hidrocarburi gazoase saturate si
oxid de carbon. Aceste medii de carburare se impart in trei grupe principale:
– medii naturale utilizate fara prelucrari, introdu -se direct in cuptor (gaz natural, gaz de
sonda)
– medii produse prin disocierea termica a unor hidrocarburi lichide introdu -se in spatiul
de carburare
– atmosfere controlate formate din endogaz (folosit ca gaz de support) cu adaosuri de
hidrocarburi saturate (g az metan, sau propan ca gaze active)
Gazele pentru carburare sunt oxidul de carbon (CO) si hidrocarburile saturate (CnH2n+2) si
nesaturate (CnH2n).

La carburarea in gaz se pot folosi doua regimuri principale: 1) regim cu debit constant pe
toata durata trat amentului, sau regim obisnuit 2) regim cu debit diferit (in trepte), treapta de
saturare si treapta de difuzie. In lucrarea de fata s -a folosit regimul de lucru obisnuit cu debit
constant, introducerea gazului facandu -se in momentul atingerii temperaturii de cementare
(890°C). Stabilirea consumului optim de gaz depinde de : temperatura cuptorului, marimea
sarjei, greutatea sarjei, dimensiunile cuptorului, tipul atmosferei de carburare. Daca
alimentarea cu gaz pentru activarea procesului este mai scazuta, se obtine un strat mai mic ,
iar daca alimentarea este mai mare, apare pe piese negrul de fum. Dezavantaj al acestui regim
obisnuit este acela ca adsorbtia carbonului de catre piesa nu este constanta, acesta scazand pe
masura imbogatirii otelului cu carbon. In cazul regimului in trepte in prima parte se lucreaza
cu un potential mult mai mare, producandu -se suprasaturarea, iar in partea a doua se lucreaza
cu un potential mai mic, dar care sa nu decarbureze stratul, aceasta parte fiind caracterizata de
catre dif uzia carbonului din strat. Aplicarea acestui regim conduce la scurtarea duratelor de
carburare.

BIBLIOGRAFIE

1. T.Dulamita, E.Florian – Tratamente termice si termochimice, Editura Didactica si
Pedagogica, Bucur esti, 1982
2. T.Dulamita – Producerea si utilizarea atmosferelor controlate pentru tratamente
termice, Editura Tehnica, Bucuresti, 1976
3. H.Vermesan, A.Munteanu, G. Vermesan, G.Negrea –Carburarea ,Risoprint, Cluj –
Napoca, 2001
4. N. Popescu, M. Cojocaru – Cementar ea otelurilor prin instilarea lichidelor organice,
Editura Fair Partners, 2005