Prin tratament termic se înțelege ansamblul operațiilor tehnologice care constau în încălzirea și răcirea la anumite temperaturi cu anumite viteze de încălzire și răcire. Aceste tratamente termice se aplică în scopul obținerii proprietăților fizico-chimice dorite. Baza teoretică a tratamentelor termice o constituie transformările structurale în funcție de variația temperaturii. Tratamentele termice se pot clasifica după mai multe criterii. Astfel, după scopul urmărit și locul pe care îl ocupă în procesul de fabricație, se deosebesc:

• tratamente termice preliminare (primate sau intermediate) în care se includ diferite tipuri de recoacere. Aceste tratamente se aplică lingourilor, pieselor turnate, pieselor forjate, ansamblurilor sudate, laminatelor etc.;

• tratamente termice finale sau secundare care cuprind operațiunile de călire și de revenire. Se aplică diferitelor piese după prelucrări mecanice.

Tratamentele termice se mai poate clasifica după natura transformării:

• De călire

• De recoacere

• De revenire

• De normalizare

Călirea oțelului

Călirea reprezintă tratamentul termic realizat prin încălzirea oțelului deasupra punctului critic urmată de răcirea bruscă. Acest procedeu se realizeaza cu scopul de a obține proprietățile fizico – chimice dorite: duritate mare sau rezistență la abraziune. Pentru ca, de obicei, prin călire se dorește obținerea unei structuri martensitice, răcirea este efectuată cu viteza mai mare decat viteza critică de calire a respectivului oțel. În vederea obținerii acestei structuri sunt călite oteluri carbon și oteluri aliate în care carbonul depășește 0,15 – 0,20 %.

Apa, uleiul (mineral, sintetic sau vegetal) și aerul sunt mediile de călire cel mai des utilizate și acest mediu este ales în funcție de compoziția oțelului. Trebuie precizat că anumite oțeluri nu permit călirea în orice mediu, există riscul să nu obținem duritatea dorită pentru că fie se răcesc prea repede, fie nu se răcesc destul de repede.

Există două cerințe principale pe care trebuie sa le îndeplinească mediile de călire:

• Să ajute pătrunderea călirii cât mai adânc în interiorul piesei, dacă este posibil pe întreaga secțiune a acesteia.

• În timpul procedeului de călire să nu apară tensiuni interne care să ducă la deformarea sau fisurarea produsului.

Conținutul de carbon influențează temperatura de călire. Intervalul de timp în care piesa de oțel este supusă la temperatura de călire este necesar sa fie suficient de mare, pentru a favoriza completa dizolvare a carbonului în austenită. O structură de călire optimă este influențată atât de procedeele aplicate, mediile de încălzire și răcire, cât și de durata, viteza, temperatura încălzirii și viteza de răcire. Duritatea cea mai mare după călire o capătă oțelul cu cel mai mare conținut de carbon. Operațiunea de călire este în cele mai frecvențe cazuri una intermediară. Este recomandat înainte de călire supunerea unui tratament de normalizare. Deoarece oțelul călit devine casant, este necesară aplicarea tratamentului de revenire, în caz contrar avem o piesa din oțel dura, dar în același timp foarte fragila.

Recoacerea otelurilor

Recoacerea este tratamentul termic care constă în încălzirea produselor la temperaturi ridicate (care pot fi inferioare, superioare sau în intervalul de transformări în stare solidă), menținerea prelungită la aceasta temperatură (sau la temperaturile oscilantă într-un interval determinat), urmată de o racire suficient de lenta pentru realizarea unui anumit echilibru fizico-chimic și structural. Recoacerea se aplică fie pentru a corecta unele defecte provenite de la prelucrări ulterioare (turnare, deformare plastică), fie pentru a pregăti semifabricatele pentru prelucrări ulterioare, fie pentru a îndeplini ambele roluri simultan. În funcție de scopul urmărit recoacerea poate fi de: omogenizare, regenerare, recristalizare, înmuiere, detensionare, izoterma, de normalizare.

a. Recoacerea de omogenizare a produselor turnate. Structura pieselor turnate din materiale metalice se caracterizează printr-o puternică neomo­genitate chimică (segregatie), care se datorește faptului că răcirea are loc cu viteză mare iar procesele de difuzie nu au timp să se producă. Recoacerea de omogenizare se aplică cu precădere produselor turnate masive (lingouri și piese) din oțeluri complex aliate CrNiMo, CrMnSi, CrMnMo) și reduce fragilitatea la roșu în timpul laminării la cald.

b. Recoacerea de regenerare. Acest tratament termic se aplica aliajelor care prezintă transformări în stare solidă (polimorfe, eutectoide sau peritectice) în măsura sa pro­duce cristalizării de faza parțiale sau totale. Ca urmare a acestor transformări, la prelucrarea prin defor­mare plastică la cald pot apărea modificări structurale (cresterea granulatiei), care pot fi neconvena­bile prelucrărilor ulterioare sau fo­losirii produselor respective în ex­ploatare. În piesele turnate, granulația grosolană provine direct din solidificare, iar la oțelurile cu conținut scăzut de carbon se observă grăunți mari de ferită.

c. Recoacerea de regenerare sau completă constă în încălzirea otelurilor la temperaturi cu 30-50° C deasupra punctului Ac3 și menținerea de scurta durata. Răcirea se efectuează în cuptor astfel încât să se asigure o viteză de răcire de 50-100°C/h, sau pînă la temperatura de circa 600°C, racirea mai departe pina la temperature ambianta se face in aer liber. Pentru a se evita apariția tensiunilor termice, răcirea dirijată se continuă cu răcirea liberă în cuptoare până la circa 400°C și apoi în aer.

d. Recoacerea de normalizare. Normalizarea este tratamentul termic care constă în încălzirea oțelurilor pînă la o anumită temperatură urmată de răcire directă în aer linistit sau ventilat. Normalizarea oțelurilor se aplică pe scară largă în industrie atât ca trata­ment termic intermediar sau în combinație cu alte prelucrări sau tratamente termice cât și tratament termic final.

e. Recoacerea de recristalizare. Prin deformare plastică la temperaturi inferioare temperaturii de recristalizare a materialului metalic considerat, acesta trece într-o stare în afara de echilibrul structural și fizico-mecanic numită cruisare Prin recoacerea de recristalizare se urmărește eliminarea parțială sau totala a stării ecruisate a materialului, formarea unor grăunți noi nedeformați, și obținerea elasticitatii și tenacității inițiale. Concomitent se restabilesc și unele proprietăți fizice independente de gradul de tensionare al rețelei cristaline din interiorul blocurilor (de exemplu, rezistivitatea electrică). Recoacerea de recristalizare se aplică produselor din oțel sub formă de table, benzi, țevi, bare și sârme trase sau trefilate la rece, precum și pieselor ambutisate și matritate la rece. Temperatura de recristalizare a oțelurilor este influențată în mare măsură de conținutul de carbon și de elemente de aliere. Astfel, oțelurile carbon și slab aliate recristalizează la temperaturi de 400-500°C, În cazul oțelurilor cu grad de deformare neuniforme (sub 20%), recoacerea de recristalizare va fi precum dată de o normalizare la 900-950°C pentru obținerea unei granulariu fin.

f. Recoacerea de detensionare. Recoacerea de detensionare constă în încălzirea oțelului cu viteza mică pîna la temperaturi de 500-575°C, menținerea unui timp de 0,5-5 h, în funcție de material și de prelucrare anterioară, urmată de răcirea cu viteze mici 20-40°C/h pâna la 100-150°C, apoi răcirea în aer liber. Se supun detensionarii produsele din oțel după turnare, sudare, deformare plastică la rece, călire și prelucrare prin aschiere.

Prin normalizare se îmbunătățesc în mod simțitor caracteristicile mecanice ale oțelului cum sînt limita de curgere, rezistența de rupere la tracțiune, alungirea relativă gâtuirea și reziliența cât și caracteristicile mecanice. De menționat și faptul că tra­tamentul termic de normalizare este mai ieftin decât cel de recoacere, deoarece are un ciclu mai scurt și se execută mai ușor. Controlul calității tratamentelor termice de recoacere și normalizare se face prin verificarea durității ce trebuie să corespundă indicațiilor din STAS. Dacă normalizarea este tratamentul termic final, atunci se mai efectuează și controlul microstructurii și al proprietăților mecanice prevăzute în normele tehnice.

Revenirea oțelului

Revenirea constă prin încălzirea oțelului călit la o temperatura inferioara punctului critic, menținere și răcire în general în aer. Este un tratament termic final care fixează proprietățile de utilizare. Suprimă total sau parțial tensiunile interne apărute la călire. Diminuarea tensiunilor interne este mai intensă la temperaturi de revenire mai ridicate, durate de menținere mai mari și viteze de răcire mai lente. Răcirea în apa de la 600˚C introduce noi tensiuni interne. Răcirea în aer generează tensiuni de compresiune în stratul superficial de 7 ori mai mici, iar în ulei de 2,5 ori mai mici decât răcirea în apă. De aceea răcirea la revenire se face în aer, cu excepția otelurilor aliate susceptibile la fragilitate la revenire, care de la temperaturile 550-650˚C se răcesc rapid în apă. Proprietățile mecanice ale oțelurilor revenite depind de temperatura de revenire. Din acest punct de vedere, revenirea oțelurilor este de trei tipuri: joasă, medie și înaltă.

• Revenirea joasă constă în încălzire la 150-250˚C, timp de 1-2,5 ore. Are loc cu diminuarea tensiunilor interne. Crește rezistența, se îmbunătățesc tenacitatea și ductilitatea, fără o reducere sensibilă a durității. După călire și revenire joasă un oțel cu 0,6-1,3%C păstrează o duritate de 58-63HRC și rezistenta la uzura. Dacă miezul piesei nu este ductil, piesa nu suporta sarcini dinamice importante. Se aplica sculelor aschietoare și instrumentelor de masura și control din oteluri carbon și slab aliate, pieselor carburate sau călite superficial.

• Revenirea medie constă în încălzire la 350-450˚C. Structura rezultată este cu duritatea variind de la 40 la 50 HRC și limita de elasticitate ridicată. Răcirea de la 400-450˚C se face în apă, pentru a se forma în stratul superficial tensiuni de compresiune, care ridică rezistența la oboseală. Se aplică arcurilor și matrițelor de deformare la cald.

• Revenirea înaltă constă în încălzire la 550-650˚C, timp de 1-2ore. Oțelul capata structura care asigură cel mai bun raport între rezistenta, ductilitate și tenacitate.

Tratamentul termic alcătuit din călire urmată de revenire înaltă poartă denumirea de îmbunătățire. Se aplică oțelurilor de construcție cu conținut mediu de carbon (0,3-0,6%C), care necesită limita de elasticitate ridicată, rezistență la oboseală și tenacitate. Îmbunătățirea suprimă complet tensiunile reziduale de la calire. Comparativ cu starea recoapta se îmbunătățesc rezistența la tracțiune Rm, limita de elasticitate R, alungirea, tracțiunea la rupere, cât și reziliența.