Influenta compozitiei chimice asupra indicatorilor de prelucrabilitate – partea I

Influenţa compoziţiei chimice asupra indicatorilor de prelucrabilitate

Compoziţia chimică este decisivă pentru diferitele proprietăţi ale aliajelor feroase. Poate avea o influenţă decisivă asupra structurii, asupra proprietăţilor fizico‐mecanice care influenţează direct prelucrabilitatea unui material. Numeroase studii efectuate în diverse centre de cercetare și dezvoltare au demonstrat dificultatea stabilirii unei relaţii exacte între fiecare component al aliajului de fier și indicatorii de procesabilitate, deoarece fiecare adăugare la structura lor modifică diferitele caracteristici ale fontei și oţelului, nu numai prin efectul aliajului dar și prin influenţarea vitezei cu care au loc transformările din structura feroaliajelor.

Cu alte cuvinte, o anumită proprietate a fontei sau a oţelului este rezultatul nu numai al prezenţei unui singur element, ci și al corelaţiei dintre diferite elemente din compoziţia chimică și chiar modul de obţinere a acestuia (turnare, tratament termic , tratamente mecanice), acel aliaj.

Figură 1 Structura moleculară a carbonului

Figura 1 Structura moleculară a carbonului

Prin prelucrarea unui număr mare de date din testele din ultimii ani și, bine înţeles, cu ajutorul software‐ului de simulare și a literaturii de specialitate, s‐a încercat stabilirea unei relaţii de de pendenţă între prelucrabilitatea și proprietăţile diferitelor elemente ale feroaliajelor.Din punctul de vedere al oţelului inoxidabil și al oţelurilor refractare,se poate observa că s‐a exercitat o influenţă puternică, în afară decarbon, aluminiu, titan și siliciu; într‐o măsură mai mică, prelucrabilitatea oţelului depinde de conţinutul de molibden, cobalt, mangan, crom și tungsten. Se poate spune că nichelul, niobiul și borul nu au o influenţă specială asupra capacităţii oţelurilor de a susţine instrumentul de tăiere.O scădere a prelucrabilităţii are loc prin creșterea conţinutului de carbon, aluminiu și titan, o explicaţie exactă a acestui fenomen este dată de formarea fazelor dispersate, care se stabilizează ca soluţii dure în aliaj. Un alt motiv pentru scăderea prelucrabilităţii unui material aliat sunt elementele de aliere (molibden, tungsten, în procente mai maride 2 ... 3%) care diferă de restul oţelurilor prin tipul de reţea cristalină și valorile razei atomice.

Figură 2 Structură cubică centrată pe corp(BCC- feritice)

Figura 2 Structură cubică centrată pe corp(BCC- feritice)

În general, putem spune că elementele care formează carburi (vanadiu, wolfram și tungsten) reduc prelucrarea datorită durităţii crescute a materialului. O situaţie similară poate apărea cu acele elemente care formează soluţii solide în ferită (siliciu și chiar nichel). Presupunând că există elemente care pot forma carburi și, de asemenea, se pot dizolva în ferită, efectele menţionate anterior se însumează.

Influenţa CARBONULUI

Este clar că printre elementele din compoziţia chimică a aliajelor de fier, carbonul joacă cel mai important rol. Variaţia conţinutului de carbon duce la modificări semnificative ale proprietăţilor fizice, mecanice și tehnologice ale fontei și oţelului. În cazul oţelurilor, gradul de prelucrare prin așchiere (măsurat prin uzura sculei de așchiat) este puternic influenţat de variaţia conţinutului de carbon. Diagrama din Figura 3 arată o scădere a vitezei de așchiere odată cu creșterea conţinutului de carbon.

Figură 3 Structură cubică cu fețe centrate( FCC - austenitice)

Figura 3 Structură cubică cu fețe centrate( FCC - austenitice)

În stare liberă sub formă de grafit.

Figură 4 Structură hexagonală – Grafitul

Figura 4 Structură hexagonală – Grafitul

În stare legată, sub formă de cementită,

Figură 5 Structura cementitei

Figura5 Structura cementitei

De obicei, carbonul din fontă este cuprins între 2,6 ... 3,2%. Diferitele stări în care carbonul poate fi găsit în fontă face imposibilă stabilirea unei relaţii analitice a dependenţei de prelucrare prin reducerea conţinutului de carbon. În fonta aliată, carbonul legat, atât sub formă de carburi ale elementelor de aliere, cât și sub formă de cementită, duce la o intensificare a uzurii sculelor, care are un efect negativ asupra prelucrării prin așchiere. De exemplu, cu fonta 12CrMn, uzura rapidă a sculei cu un conţinut de carbon mai mare de 3% se datorează în principal carburilor de crom (Cr7C3).

Figura 6 Influenţa conţinutului de carbon asupra indicatorului de prelucrabilitate la

Figura 6 Influenţa conţinutului de carbon asupra indicatorului de prelucrabilitate la

Influența SULFULUI

Influenţa prezenţei sulfului asupra unor proprietăţi fizico‐mecanice, dar și asupra indicatorilor de prelucrabilitate prin tăiere, în principiu, se crede că sulful afectează favorabil indicatorii de prelucrabilitate prin așchiere, dar contribuie la înrăutăţirea proprietăţilor, cum ar fi rezistenţa la rupere, elasticitatea, sudabilitatea, rezistenţa la coroziune și plasticitatea fierbinte.

Figură 7 Structura moleculară a sulfului

Figura 7 Structura moleculară a sulfului

Este cunoscut efectul fragilităţii exercitate asupra formării așchiilor prin prezenţa sulfului. Un alt rol este de a lubrifia suprafaţa dintre așchie și sculă, ceea ce duce direct la forţe de frecare reduse, efort de tăiere redus și, desigur, o creștere a durabilităţii sculei. Sulful poate fi prezent în oţel într‐un raport între 0,15 și 0,30% (valori orientative). O cantitate de sulf în aceste limite, în cazul oţelului inoxidabil, face posibilă creșterea vitezei de tăiere și mărunţirea așchiilor cu ușurinţă. Se poate arăta, de asemenea, că un oţel inoxidabil pentru mașinile automate este în general dificil de prelucrat, dar poate fi așchiat în condiţii mai bune decât oţelul inoxidabil obișnuit, tocmai datorită prezenţei adaosuri precum sulful și plumbul. Utilizarea adaosurilor de sulf se poate dovedi a avea efecte benefice asupra materialelor cu o prelucrare slabă, cum ar fi oţelul inoxidabil austenitic și martensitic. În acest caz, un conţinut de sulf de 0,1% cu un conţinut de mangan de 0,05% a făcut posibilă creșterea prelucrabilităţii cu 30 ... 40%.

În următorul articol vom prezenta influenţa elementelor însoţitoare precum: fosfor, mangan, azot, hidrogen și oxigen.  

Până atunci vă urăm: AȘCHII MĂRUNTE!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *