• Cuprins
• Introducere
• Capitolul 1
• Capitolul 2
• Capitolul 3
• Capitolul 4
• Capitolul 5
• Capitolul 6
• Capitolul 7
• Bibliografie
|
Articol 1
Articol 2
Articol 3
|
Articol 4
Articol 5
Articol 6
|
Articol 7
Articol 8
Articol 9
|
![](decorations/home.png) |
![back](figuri/back.gif)
|
CAPITOLUL 1
|
![next](figuri/next.gif)
|
Stadiul actual al cercetarilor privind
comportarea la
coroziune a otelurilor inoxidabile supuse deformarii plastice si
nitrurarii ionice.
|
1.1.
|
|
1.2.
|
|
1.3.
|
|
1.4.
|
|
1.4. Concluzii
1
|
Din studiul
literaturii de
specialitate rezulta clar ca una din
directiile de cercetare îndomeniul otelurilor inoxidabile
austenitice
este stabilirea unor tehnologii de ingineriasuprafetelor care sa
asigure proprietati tribologice corespunzatoare conditiilor de
solicitare si opastrare sau chiar o crestere a rezistentei la
coroziune. Dupa cum s-a vazut în paragraful 1.2exista un numar
mare de
tehnologii de ingineria suprafetelor care sa duca la acest deziderat.
Încadrul tezei se vor analiza nitrurarea ionica, deformarea
plastica
precum si unele rezultatereferitoare la depunerea de straturi de TiN
prin PVD si depunerea de staniu.
|
2
|
Dintre procedeele de
nitrurare cele mai utilizate la otelurile
inoxidabile sunt nitrurareaionica si nitrurarea în gaz (amoniac).
În
cazul nitrurarii în gaz, la aceste oteluri din cauzacontinutului
ridicat de crom sunt necesare tratamente preliminare pentru
îndepartarea peliculei deoxid de la suprafata, care
împiedica
patrunderea azotului. Pelicula de oxid se poate îndepartaprin
decaparea
otelului cu acizi, prin sablarea cu nisip sau în procesul de
nitrurare
prinintroducerea unor substante chimice în incinta de nitrurare.
La
nitrurarea ionica nu sunt necesareaceste operatii deoarece stratul
pasiv este distrus în timpul etapei de pulverizare catodica.
Continutul ridicat de Cr la otelurile inoxidabile
favorizeaza
obtinerea de duritati ridicatedupa nitrurare: 1000 la 1600 HV. În
practica si în special pentru considerente economice(cineticii
lente de
nitrurare) se limiteaza adâncimea de nitrurare la valori cuprinse
între
0,01 si 0,3 mm.
Tratamentul de nitrurare necesita multe
precautiuni
pentru ca el
poate duce pentru anumitecategorii de oteluri la aparitia
sensibilitatii la fragilitate. De altfel, asa cum s-a vazut,
înmajoritatea cazurilor, nitrurarea duce la deteriorarea
comportarii
materialului la coroziune caurmare a precipitarii nitrurilor de crom.
Prezenta în cantitati mari a elementelor de
aliere
în aceste oteluri
face aproape imposibilrealizarea straturilor de combinatie de grosime
notabila. Pe de alta parte, bunele proprietati derezistenta la
deformare la cald a acestor oteluri favorizeaza aparitia tensiunilor
remanenteimportante (dificultati de relaxare în timpul
tratamentului)
si uneori aparitia de fisuri sau deexfolieri de structuri. Din acest
punct de vedere conditiile de nitrurare si tratamentele prealabilesunt
de mare importanta.
Dupa operatiile de prelucrare la cald, (sudura,
deformare plastica,
tratamentele termice) auloc fenomene de oxidare superficiala a
otelurilor inoxidabile. Calamina (arsura) formata dupaaceste operatii
trebuie complet eliminata înainte de nitrurare. Sablarea si
durificarea
cu jet dealice se vor evita pe cât posibil la otelurile
inoxidabile
deoarece acestea în loc sa eliminecalamina o încrusteaza
în suprafata.
Se recomanda în general decaparea acida. Înainte dedecapare
este
indicat sa se aplice o degresare îngrijita urmata de o buna
spalare.
Printre marcile de oteluri care se pot nitrura
mentionam
în special
pe cele austenitice , pecele cu durificare prin precipitare si pe cele
martensitice.
Pentru otelurile austenitice, doua procedee de
nitrurare
pot fi luate în considerare.
- procedeele clasice de nitrurare: adica acelea
care se
efectueaza
în conditii care conducîn timpul tratamentului la
precipitarea
nitrurilor de crom care va avea ca efect ocomportare necorespunzatoare
la coroziune. Aceste procedee de nitrurare sunt cele maiutilizate
pentru cazurile unde piesele sunt putin solicitate din punct de vedere
a coroziuniisi foarte solicitate la uzura;
- procedee speciale de nitrurare care permit -
actionând asupra temperaturii de tratament(în general sub
400oC)
si a aportului de azot - evitarea precipitarii nitrurilor de crom
siastfel posibilitatea conservarii rezistentei la coroziune.
Exista mai multe procedee brevetate, dintre care
mentionam: HARDINOX
si NIVOX.Structura dupa aceste procedee de nitrurare consta dinr-o
solutie solida de austenita suprasaturataîn azot în care
atomii de azot
se repartizeaza într-un mod dezordonat în locurile
octoedrice.Aceasta
austenita cu azot comporta macle de origine termomecanica. Straturile
realizateindustrial au o grosime redusa (câteva sutimi de mm).
|
3
|
În timpul
nitrurarii
ionice, asa cum rezulta din cercetarile
efectuate, de un numar foarte mare de cercetatori, au loc schimbari
importante ale structurii. Aceasta structura este complexa si
înca
insuficient analizata si explicata [132, 133, 193, 195].
Prin difractie cu raze X s-au pus în
evidenta
unele faze care compun stratul si substratul .
Structura care rezulta este puternic influentata
de
temperatura. La temperaturi sub 650oC
se formeaza un strat dur (1600HV în cazul otelului 18-10)
constituit din
5 substraturi diferite a caror cinetica de crestere este controlata de
difuzia azotului în ferita. Peste 650oC structura
stratuluieste mai simpla - 3 substraturi, iar formarea lor este
controlata de difuzia azotului în austenita.
Nitrurarea în gaz a otelului 304 duce la
obtinerea
unui singur
strat, în care uneori se pot afla precipitate de nitruri cu
dimensiuni
mai mici de 0,1 μm. Continutul de azot scade exponential cu cresterea
stratului. La nitrurarea în plasma, se formeaza doua straturi, un
strat
aproape de suprafata în care concentratia de azot este constanta
si în
care se afla precipitate de nitruri de crom CrN (tip B1) cu
dimensiunile
de 1-2 μm. În al doilea strat, concentratia de azot
scadeexponential cu
cresterea grosimii. Grosimea stratului al doilea, la nitrurarea
în
plasma este mai mica decât grosimea stratului echivalent la
nitrurarea
în gaz. În cele doua straturi obtinute la nitrurarea
în plasma,
coeficientii de difuzie sunt diferiti. Se poate scrie ca D2
>D1>Db în care D1si D2
reprezinta coeficientii de difuzie în cele doua straturi, iar Db
este coeficientul de difuzie al materialului de baza. Comportarea
diferita a otelului 304 la cele doua procedee de nitrurare se poate
explica prin vitezele mai mari de difuzie a N si Cr la nitrurarea
în
plasma, poate din cauza“slabirii” retelei metalice de catre hidrogenul
prezent în cantitati mai mari la nitrurarea ionica.
Duritatea mare a stratului nitrurat este
determinata de
prezenta
nitrurii de crom CrN care este maxima în zona a doua, mai putin
în zona
unu si nu se afla deloc în zona a treia.
Din studiul literaturii de specialitate a rezultat
ca
diminuarea
rezistentei la coroziune poare fi explicata prin unul din urmatorele
mecanisme:
- formarea si dispersia nitrurii de crom;
- formarea si dispersia fazei γ';
- formareaaa unui strat duplex constituit din γ'
-
(Fe,Cr,Ni)4N si austenita bogata în azot cufoarte
putina nitrura de crom CrN.
Dupa acesti cercetatori, conditiile de nitrurare
trebuie
astfel
alese încât sa se formeze un stratduplex constituit din γ'
-(Fe,Cr,Ni)4N
si austenita bogata în azot cu foarte putina nitrura de crom CrN.
O astfel de structura duplex asigura o scadere foarte mica a
rezistentei
la coroziune.
Alti cercetatori , printre care ALEXEEVA [17]
arata ca
faza γ' este responsabila de scaderea rezistentei la coroziune.
În alte lucrari se precizeaza ca temperatura
de
nitrurare si
compozitia atmosferei de nitruraresunt responsabile de cresterea sau
scaderea rezistentei la coroziune, fara a se preciza structura optima
[210, 20, 72, 110].
Din cele aratate mai sus , precum si din alte
lucrari
rezulta ca
înca nu s-a ajuns la un regim optim de nitrurare, care sa asigure
bune
proprietati tribologice cu pastrarea unei rezistente la coroziune
acceptabile.
Exista unele brevete în acest domeniu, dar
ele
sunt secrete si nu se cunosc parametriitehnologici.
Toate aceste observatii ne arata ca sunt
înca
necesare studii si
cercetari în acest domeniu de mare importanta pentru domeniile
unde se
utilizeaza otelurile inoxidabile (industria nucleara în special)
pentru
a se stabili structura optima care rezulta dupa nitrurare.
|
4
|
Transformarea
martensitica
la suprafata probelor nitrurate nu este înca elucidata. S-a uemis
doua mecanisme:
- formarea nitrurii de crom CrN reduce
concentratia de
crom dizolvat
în matricea otelului inoxidabil. Schimbarea concentratiei de crom
duce
la deplasarea diagarmei SCHAEFFLER astfel ca la anumite valori devine
stabila martensita;
- formarea nitrurii de crom CrN duce si la
aparitia
tensiunilor
interne în stratul nitrurat datorita maririi volumului; aceste
tensiuni
pot stimula transformarea austenitei în martensita.
|
5
|
În ce priveste
influenta deformarii plastice asupra proceselor
care au loc la nitrurare, cu toate ca s-au facut unele cercetari
în
acest sens, mai exista multe contradictii si neclaritati.
Aceste contradictii si neclaritati existente
în
unele lucrari [232,
111, 36, 76, 116] pot fi explicate tinând seama de durata de
refacere a
structurii ecruisate. Aceste aspecte au fost prezentate în
lucrarile
[232, 77].
|
6
|
Deformarea plastica
are o
mare importanta în procesele care au
loc la tehnologiile de ingineria suprafetelor. O parte din aceste
fenomene sunt cunoscute însa o alta parte sunt contradictorii sau
nestudiate suficient.
În ce priveste deformarea plastica adesea
sau
confundat otelurile
inoxidabile stabile (care ramân austenitice dupa ecruisare) cu
otelurile
inoxidabile metastabile (care devin austenito-martensitice dupa
ecruisare). În sfârsit, chiar în absenta unor
solicitari exterioare un
material este supus la tensiuni de compresiune numite tensiuni
remanente, care apar datorita diverselor operatii termo-mecanice la
care
sunt supuse semifabricatele pentru a le transforma în produse
finite.
Iata de ce în cadrul acestei teze ne
propunem sa
analizam influenta
deformarii plastice asupra comportarii la coroziune a otelurilor
inoxidabile.
|
7
|
În numerosele
studii
referitoare la coroziunea otelurilor
inoxidabile austenitice care aufost publicate în ultimii treizeci
de
ani, caracteristicile mecanice ale suprafetei au fost rareoriluate
în
considerare.
Suprafata materialului este adesea caracterizata
prin
starea sa
microgeometrica si compozitiachimica a straturilor superficiale.
În
schimb, exceptie facând densitatea, carcateristicile mecanicecum
sunt
deformarea plastica, tensiunile remanente, anizotropia datorate
texturii au fost rareoridefinite cu precizie.
|
8
|
Rugozitatea
suprafetei
influenteaza fenomenele de coroziune în
sensul ca aceasta are loc atât pe vârfurile
microneregularitatilor cât
si în adâncimea lor prin formarea unei multitudini de
microfisuri. În
acest caz combaterea coroziunii se poate realiza cel mai eficient prin
tehnologiide rulare, când are loc netezirea defectelor de
suprafata cum
sunt rizurile, zgârieturile, loviturile s.a. Dupa 2-3 treceri
asemenea
defecte sunt înlaturate aproape “complet” si ca urmare se
reduc considerabil sursele de coroziune de pe suprafata. Tehnologiile
de
rulare necorespunzatoare (cum ar fi prea multe treceri sau forte de
deformare exagerate) pot determina aparitia de microfisuri sau chiar
exfolieri ca urmare a rularii, care devin noi surse de coroziune si
concentrari de tensiune, ceea ce duce la scaderea rezistentei la
coroziune.
Daca asemenea cercetari s-au facut mai ales pe
metale,
oteluri
nealiate, slab si mediu aliate, consideram ca sunt necesare cercetari
mai ample pe otelurile inoxidabile austenitice.
|
9
|
Tensiunile remanente
pot
exista în suprafata ca rezultat al unei
deformari plastice neomogene (de exemplu, aparuta în urma
prelucrarii),
sau apar indirect, din cauza efectelor termice sau modificarilor
volumetrice asociate cu transformarile de faza. Se pot produce
deasemenea schimbari locale în compozitie. Tensiunile remanente
superficiale ale epruvetelor de încercare la coroziune
influenteaza
asupra duratei pâna la rupere.
|
10
|
Studiile efectuate
de o
serie de cercetatori privind efectele
diferitelor tehnologii de nitrurare a otelurilor inoxidabile
austenitice
asupra rezistentei lor la coroziune prezinta o mare dispersie a
rezultatelor. Aceasta nu a permis stabilirea unei corelatii între
structura straturilor nitrurate si rezistenta lor la coroziune. S-a
constatat ca în urma aplicarii diferitelor tehnologii de
nitrurare
otelurilor inoxidabile, rezistenta lor la coroziune scade, comportarea
cea mai buna având-o otelurile nitrurate în plasma.
Studii aprofundate, au aratat ca nitrurarea
otelurilor
inoxidabile
diminueaza rezistenta la coroziune daca în timpul tratamentului
are loc
precipitarea nitrurilor si carburilor de crom.
Precipitarea nitrurilor de crom nu are loc sub
temperaturi de 300 0C, însa este favorizata de
temperaturi cuprinse între 450-8500C,
fapt pentru care prin tehnologiile clasice de nitrurare datorita
precipitarii nitrurilor si carburilor de crom la marginea grauntilor,
scade rezistenta la coroziune a otelului prin aparitia de cupluri
galvanice între carburile formate si zonele limitrofe marginei
grauntilor unde concentratia în crom a scazut sub limita de
pasivare.
Exista unele tehnologii brevetate care se pare ca
asigura o buna
rezistenta la coroziune. Aceste tehnologii sunt secrete si înca
nu se
cunosc parametrii lor (temperatura, durata,compozitia atmosferei s.a.).
|
11
|
Având în
vedere complexitatea fenomenelor care apar la
deformarea plastica aotelurilor inoxidabile precum si la transformarea
austenitei în martensita (de natura termica si/saumecanica) se
impune o
analiza teoretica, pe baza teoriei dislocatiilor, a acestor fenomene
pentrua întelege si a explica rezultatele experimentale, care asa
cum
s-a vazut sunt înca contradictorii.
|
12
|
Tinând seama
de
importanta care se acorda în prezent problemelor
de modelare si optimizare se va prezenta în cadrul tezei si unele
aspecte legate de modelarea nitrurarii ionice a otelurilor inoxidabile
austenitice. De fapt acest aspect este studiat în literatura de
specialitate, dar sunt înca probleme legate de stabilirea
programului optim de modelare.
|
|
|