TRATAMENTE TERMOCHIMICE

TRATAMENTE TERMOCHIMICE

1. GENERALITATI

Tratamentele termochimice se deosebesc de celelalte tratamente termice prin aceea ca, in afara modificarilor structurale, au loc modificari ale compozitiei chimice in stratul de suprafata a pieselor, ca urmare a imbogatirii prin difuziune cu un anumit element.

Functie de elementul de imbogatire utilizat se disting mai multe tipuri de tratamente termochimice : carburare (C), nitrurare (N), cianizare (CN), alitare (Al), cromizare (Cr), silicizare (Si), sulfizare (S) etc.

2. CARBURAREA

Carburarea este tratamentul termochimic prin care are loc imbogatirea cu carbon a stratului de suprafata a pieselor executate din oteluri cu continut redus de carbon.

Carburarea se realizeaza cu incalzirea pieselor peste A₃ intr-un mediu capabil sa cedeze carbon, iar dupa obtinerea unei grosimi carburate cerute, se aplica o calire si o revenire. Se obtin astfel piese care vor prezenta o suprafata cu duritate ridicata, iar miezul ramanand tenace, piesa va avea si o rezistenta ridicata la oboseala.

Pentru obtinerea unor piese care sa prezinte o buna rezistenta la solicitari dinamice si rezistenta mare la uzura manifestata de suprafata lor, se recomanda ca materialul de baza sa aiba un continut de carbon de  0,080,15%.

Functie de mediul utilizat, carburarea poate fi in mediu solid, lichid sau gazos.

a. Carburarea in mediu solid se produce intr-un mediu carburant format din carbune de lemn, carbune animal in prezenta unor acceleratori constituiti din carbonat de bariu, carbonat de sodiu etc.

Piesele pentru carburare se aseaza in cutii metalice la un interval de 1020mm impreuna cu materialul carburant. Cutiile se etantsaza si apoi se incalzesc la 900950°C. La aceasta temperatura, o parte din carbune va arde in prezenta oxigenului din atmosfera cutiei de carburare dupa reactia :

C + O₂ = CO₂, (7.7)

dar pentru ca mediul este puternic carburant :

CO₂ + C = 2 CO. (7.8)

in acelasi timp datorita temperaturii ridicate, acceleratorii din mediul utilizat vor disocia :

BaCO₃ = BaO + CO2; (7.9)

CO₂ + C = 2 CO,

obtinandu-se o atmosfera bogata in oxid de carbon. Aceasta componenta a atmosferei gazoase in contact cu suprafata pieselor se va descompune in bioxid de carbon si carbon atomic depus pe suprafata metalica :

2 CO = CO₂ + C (7.10)

Carbonul liber este absorbit de austenita si difuzeaza spre interiorul piesei. Se apreciaza ca viteza de difuziune este de 0,10,15 mm/ora la 900°C. Functie de grosimea stratului de carburat, de obicei circa 1 2 mm si viteza de difuziune, se stabileste durata de mentinere la temperatura de incalzire.

b. Carburarea in mediu lichid se aplica la circa 850°C in saruri topite bogate in carbon. Sarurile disociaza, iar carbonul activ rezultat este absorbit de austenita si difuzeaza spre interiorul piesei. Cele mai utilizate amestecuri de saruri sunt : 7683% Na₂CO₃, 1114% NaCl, 610% SiC sau 7076% Na₂CO₃, 912% NaCl, 69% SiC. Durata de mentinere este de 45 ore pentru un milimetru a stratului cementat.

c. Carburarea in mediu gazos se realizeaza la 850°C in cuptoare cu atmosfera controlata si cu generatoare de mediu carburant. In aceste generatoare, gaze combustibile ca metanul, propanul etc. sunt arse partial, uscate si filtrate pentru obtinerea unui mediu format dintr-un amestec de o compozitie asemanatoare cu urmatoarea atmosfera: 2025% hidrocarburi, 1015% CO, 6070% H₂, 0,5% CO₂ si restul N₂.

Atmosfera carburanta este introdusa apoi in cuptorul de carburare in care se afla stivuite piesele, iar componenta acesteia CO va pune in libertate carbonul atomic care va difuza in suprafata metalica.

Cantitatea de carbon care se formeaza va trebui sa fie in concordanta cu capacitatea de absorbtie a metalului, in caz contrar, fie ca piesa se acopera cu un strat de negru de fum incetinind procesul de carburare, fie ca se va produce o decarburare a pieselor.

Durata de mentinere se stabileste in functie de grosimea stratului carburat si viteza de difuziune, care in acest caz este de circa 0,15 mm/ora. Structura de suprafata a unei piese carburate este formata din trei zone caracteristice otelurilor : hipereutectoida la suprafata, eutectoida si hipoeutectoida care exista in profunzimea carburata, iar sub acestea materialul de baza.

3. NITRURAREA OTELURILOR

Nitrurarea este un tratament termochimic de imbogatire a stratului de suprafata a pieselor cu azot pentru a se obtine in aceasta sectiune nitruri. Se practica acest tratament otelurilor slab aliate cu Ti, W, Mo, Mn, Cr, Al etc., deoarece nitrurile acestora prezinta o stabilitate termica ridicata ; de asemenea, pentru ca nitrurile formate favorizeaza manifestarea unei duritati ridicate (63 HRC) de catre suprafata pieselor.

Instalatiile utilizate se compun dintr-un cuptor de tratament cu atmosfera controlata si un generator de gaz in care amoniacul este disociat dupa reactia:

NH₃ = 11/2 H₂ +N,  (7.10)

cu formarea azotului activ.

Piesele calite si rectificate se incalzesc la 500600°C intr-o atmosfera de amoniac disociat. Azotul aflat in stare atomica in atmosfera cuptorului va fi absorbit de materialul metalic al pieselor cu formarea de nitruri.

Adancimea de nitrurare poate ajunge la 0,20,3 mm, iar la o viteza de difuziune de 0,01 mm/ora, durata de mentinere este de circa 30 ore.

Se recomanda ca racirea sa se faca in cuptor in atmosfera de nitrurare.

Prin nitrurare se obtine o crestere a rezistentei la uzura, la oboseala si la coroziune.