-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
1/58
Aceasta este versiunea html a fiierului http://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.doc.Google genereaz automat versiuni html ale documentelor cutate pe Web.
CUPRINSOBIECTIVELE GENERALE SI SPECIFICE ALE PROIECTULUI 2
OBIECTIVELE FAZEI DE EXECUTIE..3
REZUMATUL FAZEI.4
INTRODUCERE ....6
1 Costul i disponibilitatea materialelor ...7
2 Materiale utilizate n industria de autoturisme ..9
3 Proprietile materialelor metalice13
3.1 Proprieti fizice...17
3.2 Proprieti chimice...18
3.3Proprieti mecanice...19
3.4Ruperea materialelor metalice.29
3.5Proprieti tehnologice.263.6Proprieti de exploatare..28
4 Oeluri utilizate n industria auto..33
5 Fonte utilizate n industria auto...40
6 Tratamente termochimice 43
4.1 Carburarea ..43
4.2 Carbonitrurarea ..44
7 Dezvoltri de materiale utilizate in industria auto ..48
8 Prelucrarea termoelectrochimic a metalelor i aliajelor50
9 Concluzii .55
Bibliografie ..57
http://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.dochttp://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.dochttp://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.dochttp://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.dochttp://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.doc -
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
2/58
Obiectivele generale si specifice ale proiectuluiObiectivele generale:- Elaborarea unor procedee de tratamente si acoperiri ale suprafatelor materialelor metalice, utilizatein industria de automobile- Elaborarea unui model functional de caracterizare a suprafetelor in vederea optimizarii tehnologiilorde tratamente si acoperiri ale suprafatelor materialelor metalice- Proiectarea unei instalatii pilot de tratamente si/sau acoperiri ale suprafatelor materialelor metalice
Obiectivele generale ale proiectului vizeaz n principal colaborarea ntre colective de experi ce iidesfoar activitatea n domenii complementare, dezvoltarea parteneriatului instituional ntreuniversiti institute de cercetare industrie, crearea unor clustere tiinifice i tehnologice integratecare s permit cresterea competenei tehnologice i promovarea transferului de cunotine itehnologii n domeniul materialelor metalice cu proprietati de suprafata controlate, crearea de produse,
procese i tehnologii curate, optimizarea procedeelor de procesare a materialelor de interes,dezvoltarea de noi produse i procese cu nalt valoare adugat, dezvoltarea de noi direcii tiinifice
pe tematica abordat n vederea racordrii cercetrilor din cadrul prezentului proiect la tematicaeuropean/mondial de cercetare (Eureka, NATO, FP7) ceea ce va duce la cresterea competitivitatiiRomaniei in domeniul cercetarii materialelor. Proiectul propus, face parte dintr-un domeniuinterdisciplinar, imbinind activiti de cercetare tiinifica i tehnica specifice tiinei si ingineriei
suprafetelor, ingineriei mecanice, interactiei radiatiilor cu substanta, respectiv tehnicilor decaracterizare fizico-chimica a suprafetelor, ceea ce confer temei un grad deosebit de complexitate, inecesit un nalt grad de competen a participanilor, aliniind tema la cercetrile europene dindomeniu i o direcioneaz pe tematici specifice mai multor platforme tehnologice europene(EUMAT, PT4 etc.)Obiectivele specifice ale proiectului sunt: optimizarea tratamentelor termoelectrochimice decementare, asistate in plasma electrochimica, a tratamentelor de suprafata a componentelor metaliceutilizand fascicule ionice, fascicule de electroni, descarcari in plasma si radiatie LASER si aacoperirilor suprafetelor materialelor metalice cu staturi protectoare la coroziune si ultradure prindepunere laser pulsata, magnetron sputtering, procedee electrochimice si chimice.Pentru a realiza obiectivele specifice, activitatile propuse se pot grupa astfel:
Activitati de clasificare a materialelor metalice utilizate in industria de automobile, in functiede propietatile functionale ale suprafetelor acestora.
Activitati de elaborare a procedeelor, tehnologiilor de laborator si metodologiilor pentru procesarea si caracterizarea suprafetelor materialelor metalice utilizate in industria deautomobile.
Activitati de realizare si experimentare a tehnologiilor de laborator si optimizarea acestoraprin caracterizarea proprietatilor suprafetelor.
Elaborarea documentatiei tehnico-economica si a documentatiei tehnice pentru selectareatehnologiilor de procesare a suprafetelor materialelor metalice.
Proiectarea unei instalatii pilot in vederea realizarii transferului tehnologic
Activitatile de cercetare vor fi corelate cu evolutia, tendintele si rezultatele viitoare obtinute decomunitatea stiintifica internationala.
Obiectivele fazei de executie
a) Identificarea componentelor metalice supuse la coroziune si uzurab) Elaborarea unui caiet de sarcini privind cerintele de rezistenta la coroziune, uzura si cerintele dedesign a componentelor metalice utilizate in productia de automobile.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
3/58
Rezumatul fazei
Industria constructoare de autovehicule este unul dintre cei mai importani consumatori demateriale i n special de materiale metalice din economie. Concurena din acest domeniu, progresultehnic i exigenele impuse autovehiculelor necesit cunoaterea proprietilor materialelor,dezvoltarea de noi materiale, tratamente i tehnologii de prelucrare n scopul asigurrii cerinelor deexploatare, fiabilitii, cerinelor estetice cu costuri minime. Oelurile utilizate pentru organe aflate nmicare relativ i n contact cu alte organe trebuie s asigure caracteristici de tenacitate ridicata pentru
miez n timp ce zonele superficiale, tratate termic sau termochimic trebuie s asigure o bun rezistenla uzare.Scopul acestei lucrri este acela de a prezenta pricipalele categorii de materiale, proprietile i
utilizrile acestora i n special caracterizarea oelurilor i tratamentele termice i termochimiceaplicate pentru piese din industria auto.
n etapa actual de dezvoltare a economiei mondiale bazat pe legile economiei de pia,alegerea i utilizarea corect a materialelor i proceselor de prelucrare a acestora trebuie s se facconform rigorilor tiinifice, pentru a rspunde unor exigene din ce n ce mai mari. n proiectare,alegerea optim a materialelor se face n funcie de scop, de condiiile de utilizare, de solicitrileexistente, de procesele de prelucrare, de mrimea seriei fabricate, de perspectivele de fabricaie, deforma dimensiunile rolul i performanele produselor, de reglementrile oficiale i nu n ultimul rnd,
de preul de cost.Principalele categorii de materiale utilizate industria de automobile sunt: metale si aliaje,
materiale compozite, materiale ceramice, polimeri, materiale textile, fluide auto (lubrifianti).Proprietile, factorii de cost i disponibilitate care caracterizeaz materialele sunt:- proprietati intrinseci: proprietati ale suprafetei, proprietati mecanice ale volumului, proprietati
nemecanice ale volumului;- proprietati atribuite: cost si disponibilitate, proprietati tehnologice, proprietati estetice.
Proprietatile fizice ale materialelor sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice subaciunea unor fenomene fizice: gravitaie,cmp termic, electric, magnetic, etc. Proprietatile chimicesunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub aciunea agenilor atmosferici, chimici,electrochimici i la temperaturi nalte. Proprietatile mecanice determin comportarea materialelormetalice la aciunea solicitrilor mecanice, statice i dinamice de ntindere, compresiune, ncovoiere,forfecare, rsucire, penetrare etc. Din punct de vedere al alegerii i utilizrii materialelor metalice
pentru industria construciilor metalice i cea constructoare de maini, instalaii, echipamente i utilaje,aceste proprieti au rol preponderent, ntruct ele determin comportarea materialelor metalice n
procesele de prelucrare i mai ales n exploatare. Proprietatile tehnologice caracterizeaz capacitateade prelucrare i modul de comportare a materialelor metalice la diferite procese tehnologice de
prelucrare la cald sau la rece. Cele mai importante proprieti tehnologice sunt: turnabilitatea,deformabilitatea plastic, sudabilitatea, achiabilitatea, clibilitatea, susceptibilitatea la supranclzire,susceptibilitatea la deformare i fisurare.
Oelurile sunt materiale de baz n industria constructoare de autovehicule, pentru c au un pre
de cost relativ mic, prelucrare tehnologic uoar, gam larg de utilizri , proprieti multiple iposibiliti de reciclare.Proprietile oelurilor depind de compoziia i structura lor, de gradul de dispersie al fazelor,
de procedeele de prelucrare aplicate i de tratamentele termice. Astfel rezistena la traciune variaz dela 30daN/mm2 pn la 250daN/mm2, alungirea pn la 50%, duritatea de la 80 la 650 HB i reziliena
pn la 300 J/cm2.Clasificarea otelurilor dupa principalele clase de calitate:
- oteluri nealiate: oteluri de calitate nealiate, oteluri speciale nealiate;- oteluri inoxidabile: se clasifica dupa continutul de Ni (mai mic de 2,5% si egal sau superior de 2.5%);- alte oteluri aliate: oteluri de calitate aliate, oteluri speciale aliate;- oteluri pentru autoturisme sunt oeluri carbon de calitate superioar care prezint urmtoarele
caracteristici generale:materialul nu se calmeaz cu titan; la oelurile resulfurate coninutul de sulftrebuie s fie max. 0,02% -0,025%. Caracteristici tehnologice: plasticitate pentru produse forjate,refulare la cald la 1/3 din nlimea iniial, clibilitate. Caracteristici metalografice: macroscopice -
punctajul pentru intensitatea segregaiei 1-3; microscopice mrimea gruntelui austenitic punctaj 5-8;
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
4/58
omogenitatea feritei i perlitei, produsele cu structur controlat pentru uzinare tip A,B; incluziuninemetalice punctaj max. 3,5 pentru fiecare tip.
Principalele tipuri de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto se pot clasifica astfel:- dup tipul de grafit: fonte cu grafit lamelar si fonte cu grafit nodular;- dup utilizare: fonte de uz general; fonte pentru utilizri specifice, adaptate unor familii de piese.
Tipurile de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto sunt definite de : tipul de grafit;natura matricei; caracteristicile mecanice obinute pe epruvete; caracteristicile corespunztoare pe
piese; compoziia chimic.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
5/58
INTRODUCERE
Industria constructoare de autovehicule este unul dintre cei mai importani consumatori de
materiale i n special de materiale metalice din economie. Concurena din acest domeniu, progresul
tehnic i exigenele impuse autovehiculelor necesit cunoaterea proprietilor materialelor,
dezvoltarea de noi materiale, tratamente i tehnologii de prelucrare n scopul asigurrii cerinelor de
exploatare, fiabilitii, cerinelor estetice cu costuri minime. De exemplu pentru tabla din oel pentru
caroserii din punctul de vedere al prelucrrii prin ambutisare trebuie asigurate caracteristici de
deformabilitate plastic ridicat, din punctul de vedere al regulamentelor privind securitatea
pasagerilor trebuie asigurate caracteristici de rezisten mecanic ct mai ridicat iar din punctul de
vedere al utilizatorului o rezisten la coroziune bun la un pre ct mai mic. Oelurile utilizate pentru
organe aflate n micare relativ i n contact cu alte organe trebuie s asigure caracteristici de
tenacitate ridicata pentru miez n timp ce zonele superficiale, tratate termic sau termochimic trebuie s
asigure o bun rezisten la uzare.
Creterea numrului de vehicule fabricate i implicit a celor scoase din uz impune asigurarea
reciclrii acestora prin msuri luate nc din faza de concepie privind demontarea i trierea uoar pe
categorii a materialelor i limitarea sau interzicerea utilizrii de materiale periculoase ca plumbul,
cadmiul, mercurul, cromul hexavalent.
Scopul acestei lucrri este acela de a prezenta pricipalele categorii de materiale , proprietile
i utilizrile acestora i n special caracterizarea oelurilor i tratamentele termice i termochimice
aplicate pentru piese din industria auto.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
6/58
Capitolul 1. Costul si disponibilitatea materialelor
Societatea omeneasc se confrunt la ora actual cu o acut penurie de materiale metalice
tradiionale. Viitorul omenirii n acest domeniu va fi asigurat de gsirea materialului teoretic :
densitate =1,2g/cm3 ;
rezistena la rupere Rm=30 000 N/mm2 ;
refractar temperatur de utilizare Tu= 3 000oC ;
rezistent la coroziune ca ceramica;
conductibilitate electric similar metalelor ;
proprieti optice similare fibrelor optice;
superplastic;
resurse apropiate de cele ale siliciului
Pn atunci omul prospecteaz alte surse de materiale metalice, dect cele tradiionale,( minereuri din subsolul Terrei ) : oceanul planetar, cosmos ( titan pe lun ), mbogirea minereurilor
srace cu ajutorul bacteriilor ( cultura de Fero Oxidants care irig zcminte foarte srace de cupru din
Utah SUA permite extragerea zilnic a 320 t de cupru ) ; exploatarea magmei ( forajul de la
Gravberg Suedia ); reciclarea materialelor metalice.
n etapa actual de dezvoltare a economiei mondiale bazat pe legile economiei de pia,
alegerea i utilizarea corect a materialelor i proceselor de prelucrare a acestora trebuie s se fac
conform rigorilor tiinifice , pentru a rspunde unor exigene din ce n ce mai mari.
n proiectare, alegerea optim a materialelor se face n funcie de scop, de condiiile de
utilizare, de solicitrile existente, de procesele de prelucrare, de mrimea seriei fabricate, de
perspectivele de fabricaie, de forma dimensiunile rolul i performanele produselor, de reglementrile
oficiale i nu n ultimul rnd, de preul de cost.
n permanen, n alegerea i utilizarea materialelor, trebuie s se in seama de principiul de
baz al ingineriei valorii i anume : obinerea de maximum de performane cu minimum de costuri.
n procesul de producie, este interzis nlocuirea unui material prevzut n documentaia
tehnic cu altul fr acordul proiectantului. Orice tendin de a prevedea materiale cu caracteristici
superioare cerinelor minime este duntoare din punct de vedere economic.
n general, nu exist materiale metalice unice destinate unor scopuri unice. Din acest motiv ,
alegerea materialelor i proceselor metalurgice de prelucrare a acestora, este o etap dificil dar foarte
important pentru performanele i costul produsului.
Alegerea are la baz experiena n realizarea de produse similare, promovarea de materiale ieftine i
uor de procurat, valorificare maxim a proprietilor tehnologice astfel nct s se compenseze
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
7/58
eventualele caracteristici mecanice mai sczute ale materialelor folosite, dotarea i experiena
tehnologic a uzinei care va fabrica produsul.
Ponderea principal n industria constructoare de autoturisme o au materialele metalice.
Prognozele arat c pn n anul 2050 oelul va fi principalul material folosit n industria mondial.
Rezult de aici importana care trebuie acordat cunoaterii proprietilor oelurilor i prelucrrii
metalurgice a acestora n scopul obinerii maximului de caracteristici de exploatare a acestor materiale.
Capitolul 2 Materiale utilizate n industria auto
Principalele categorii de materiale utilizate industria de automobile sunt:
MATERIALE TEXTILEFLUIDE AUTOLUBRIFIANI
MATERIALE
CERAMICE
POLIMERI
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
8/58
MATERIALE COMPOZITE
METALE I ALIAJE
Categorii de materiale i utilizri specifice n industria auto:
Nr.crt. Materialul Utilizri Pondere pe auto% din greutate
Obs.
A Metale i aliaje A1 Aliaje feroase
Oeluri carbon Caroserii 30-40Oeluri aliate Pinioane, arbori,
coroane cutii de vitezeTransmisii, suspensii,direcie, organe deasamblare
20-30
Fonte albeFonte pestrie Axe cu cameFonte cenuii Carter cilindrii,
cilindri, arbore cotit,discuri tamburi defrn
4-8
Fonte maleabileA2 Aliaje neferoase
uoare
Aluminiu siliciu,Aluminiucupru
Pistoane, chiulas,etrier,Cartere cutii de viteze
2-3
A3 Aliaje neferoase grele Pe baz de cupru,
bronzuri,alame
Cupru
Lagre, buciInstalaie electric
1
Cu baz de Plumb,staniu, stibiu
Cuzinei
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
9/58
Nr.crt. Materialul Utilizri Pondere pe auto
% din greutate
Obs.
B Materiale ceramice
Pe baz de oxid de aluminiuPe baz de bioxid de siliciu,
sticle i silicai
Parbriz, lunet, geamuri
laterale
2-4
C Polimeri Polietilena de joas i de
nalt densitate
Tubulaturi de climatizare,
vase de degazare
1
Polipropilena (modificat cu
EPDM)
Bare paraoc, panouri de ui,
plane bord
1-2
Poliamide Capace de roi, aeratoare,
canalizaii de benzin
1
Cauciuc Pneuri, chedere, garnituri,
simeringuri, covoare
2-4
Spume poliuretanice Matlasuri scaune 1Spume semirigide Plana bord, parasolare, 0.5Spume rigide Eleron 0,5
D Fluide auto Lichid de frn Lichid hidraulic n sistemul
de frnare
0,5l/auto
Lichid antigel Lichid de racire motor 6l/auto Amestec1:1cu H2O
Lubrifiani Ungere motor, cutie de
viteze, diferenial
5-8l/auto
Unsori Mecanisme, caset direcie,
rotule,
1kg/auto
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
10/58
Exemplu de repartiie a materialelor pe caroserie n funcie de caracteristicile mecanice, pentru a
crete securitatea pasagerilor.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
11/58
Capitolul 3 Proprietile materialelor metalice
Proprietile, factorii de cost i disponibilitate care caracterizeaz materialele sunt:
PROPRIETI
INTRINSECI ATRIBUTE
COST I DISPONIBILITATEPROPRIETI ALE SUPRAFEEIPROPRIETI ESTETICEPROPRIETI TEHNOLOGICEPROPRIETI NEMECANICE ALE VOLUMULUIPROPRIETI MECANICE ALE VOLUMULUI
3.1 Proprieti fizice
Sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub aciunea unor fenomene fizice:
gravitaie,cmp termic, electric, magnetic etc.Ele au importan deosebit la alegerea i utilizarea
materialelor metalice n domeniile speciale: electrotehnic , electronic, aerospaial,nuclear etc.
Ele determin comportarea materialelor metalice la turnare, deformare plastic(n special n etapa de
nclzire),tratamente termice i termochimice.a) Densitatea reprezint masa unitii de volum a unui corp omogen, msurat n kg/m3
(g/cm3).
Pentru metale, densitatea variaz cu temperatura, iar pentru aliaje, variaz att cu temperatura,
ct i cu compoziia chimic.De exemplu, pentru oeluri care conin 0,11,3 %C, densitatea este:
=7,871-0,32 T-0,025 C,unde:
T este temperatura n oC, iar C este coninutul de carbon n procente de mas.
Cel mai uor material este litiul ( =0,534 g/cm3
), iar cele mai grele sunt iridiul i osmiul ( =22,5respectiv 22,6 g/cm3), urmate n ordine descresctoare de Pt (21,45), Re (20,5), Au (19,32), W (19,30),
V (18,7) etc.
b) Temperatura de fuziune este temperatura la care un metal pur trece din starea de agregare
solid n stare lichid.
Este o constant fizic, spre deosebire de temperatura de solidificare, care depinde de
suprarcire, fiind cu att mai sczut pentru unul i acelai metal, cu ct viteza de rcire este mai mare.
Aliajele metalice, cu excepia eutecticelor i compuilor chimici,se topesc ntr-un interval detemperaturi.Cel mai uor fuzibil metal este Hg(-38,87 oC) i cel mai greu fuzibil este W (3410
oC).
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
12/58
c) Cldura specific este cantitatea de cldur necesar creterii temperaturii masei de 1 kg
cu 1 oC. Se msoar n cal/g oC sau J/kg K.
Este dat de relaia Cp= Q/ T, n care Q este cantitatea de cldur furnizat mesei
de 1 kg, iar T este saltul de temperatur (la o presiune constant).Cldura specific a metalelor cu
greutate atomic mai mare este mai mic (de exemplu, uraniul are Cp=109,3 J/kg K), iar litiul are
Cp=4171,6J/kg K).
d) Conductibilitatea termic este proprietatea metalelor de a conduce i transmite cldura cu
ajutorul electronilor liberi(gaz electronic). Se msoar n cal/cm oC sau W/m K. Practic, este
independent de temperatur,deoarece cu creterea temperaturii crete energia termic a electronilor
liberi, dar accelerarea lor va fi frnat de creterea reelei de ioni din metal, dat de cretereaamplitudinii de vibraie a ionilor.S-a constatat totui scderea conductivitii termice cu temperatura,
excepie fcnd oelurile bogat aliate cu crom, nichel i mangan.
Coeficientul de conductibilitate termic este dat de relaia:
=-dQ ,
n care dQeste cantitate de cldur care trece prin suprafaa dS n timpul dt, la un gradient de
temperatur T/ X pe direcia X de transmitere a cldurii.Cu ct coeficientul de conductivitate termic este mai mare , cu att transmiterea cldurii se
face mai rapid.aceast transmitere nu poate fi instantanee, deoarece este frnat de cldur i
densitate(cu ct produsul Cp este mai mare, cu att cldura se va transmite mai greu).Astfel, viteza
de uniformizare a temperaturii ntr-un corp la nclzirea sau rcirea lui este dat de difuziunea termic:
a= ,[m2/h].Cea mai mic conductivitate o au bismutul i mercurul cu 0,02 cal/cm oC, iar cea mai mare o are
argintul, cu 1,0 cal/cm oC, urmat n ordine descresctoare de Cu(0,94), Al(0,53)
W (0,48), Mg i Be (0,38) etc.
e) Cldura latent de topire este cantitatea de cldur necesar pentru topirea masei de 1
kg, msurat n J/kg sau cal/g.Ea este aceeai cu cldura latent de solidificare,fiind necesar pentru
distrugerea, respectiv, refacerea aspectului cristalin al metalelor (trecerea de la ordinea ndeprtat la
ordinea apropiat i invers).Cea mai mare cldur latent de topire o are siliciul(395,6 cal/g),iar cea mai mic o are mercurul
(2,8 cal/g).
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
13/58
f) Dilatarea termic este propietatea materialelor metalice de a-i modifica (mri)
dimensiunile la variaia (creterea) temperaturii. Este inversul contraciei i se exprim n grd-1.
Dilatarea liniar se exprim cu relaia:
l=l0(l+ T),
n care l este lungimea final, cnd temperatura a crescut cu T,l0 este lungimea iniial iar este
coeficientul de dilatare liniar.Dintre metale,cel mai mic coeficient l are wolframul (2,4 10-6 oC-1),iar
cel mai mare l are cesiul (98 10-6 oC-1).Aliajul metalic cu cel mai mic coeficient de dilatare (de 8 ori
mai mic dect fierul) este Invarul(36%Ni +64%Fe) cu 1,4 10-6 oC-1.
g) Conductibilitatea electric este proprietatea metalelor metalice de a conduce curentul
electric prin intermediul elctronilor liberi.Se caracterizeaz prin mrimea denumit conductivitateelectric =l/R S,m-1 -1(m/ mm2),unde l este lungimea sectorului;S-seciunea lui,iar R- rezistena
electric.Conductivitatea electric este inversul rezistivitii =1, ea scade continuu cu creterea
temperaturii,cauza fiind frnarea deplasrii electronilor liberi prin ciocnirea lor de ionii din reeaua
cristalin, tot mai dezordonat la temperaturi tot mai mari.La scderea temperaturii,conductivitatea
electric crete, putnd aprea supraconductivitatea ( ~0),n preajma lui 0 K la unele metale
(plumb).La aceste temperaturi, vibraia ionilor din reeaua cristalin este foarte mic, iar electronii
liberi se pot deplasa practic fr a fi frnai.Metalele au ntotdeauna conductivitatea electric mai maredect aliajele metalice, care n general sunt rezistoare. Alierea i ecruisarea micoreaz ntotdeauna
conductivitatea electric.Valoarea coeficientului de temperatur al rezistivitii, =
,mparte materialele n general n conductoare ( >0) i dielectrici (
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
14/58
-susceptibilitatea magnetic, exprimat prin relaia:
K=
Materialele care au susceptibilitatea negativ sau permeabilitatea subunitar sunt
diamagnetice ; ele disperseaz liniile de for magnetic , nu se magnetizeaz i sunt respinse de
cmpul magnetic. Din aceasta categorie fac parte zincul, cuprul, rubidiul, bismutul, argintul, etc.
Materialele care au susceptibilitatea pozitiv i mic , K=10-210-6 Gs/Oe i permeabilitatea
unitar i puin supraunitar sunt paramagnetice; ele conduc liniile de for
magnetic mai bine dect vidul i sunt puin atrase de cmpul magnetic. Exemple: aluminiul,
manganul, cromul, wolframul, titanul,molibdenul, vanadiul, niobiul, cesiul.
Materialele care au susceptibilitatea pozitiv i mare , K=10105Gs/Oe i permeabilitatea
foarte mare sunt feromagnetice- fierul, nichelul, cobaltul, gadoliniul; ele se magnetizeaz uor pn la
saturaie , n cmpuri magnetice slabe, fiind puternic atrase de acestea. Aceste materiale prin nclzire
la anumite temperaturi puncte Curie- devin paramagnetice: Fe la 770oC, Ni la 372oC, Co la 1131oC.
Permeabilitatea magnetic cea mai mare o are permalloyul, 75%Ni-25%Fe, 100000Gs/Oe; Ni
i oelul cu Si au 10 000Gs/Oe, iar fierul are 5 000Gs/Oe.
i) Fora termoelectromotoareeste caracteristica a dou metale, aliaje sau semiconductoare
diferite , sub form de fire sudate la un capt ( punctul cald ), de a natere unei tensiuni electrice n
circuitul deschis sau unui curent electric n circuitul nchis, adic de a transforma energia caloric n
energie electric- efectul Seebeck. St la baza construirii termocuplurilor.
j) Coloraiareprezint capacitatea materialelor metalice de aabsorbi i de areflecta selectiv
lungimile de und din spectrul vizibil. Lungimea de und reflectat va da culoarea (cuprul- rou,
alama, bronzul aurul- galbene). Majoritatea metalelor i aliajelor reflect aproape ntregul spectru
luminos , iar culoarea lor este alb sau gri.
k) Luciul metalicexprim capacitatea materialelor metalice cu suprafee lustruite i curate de
areflecta imaginea ca n oglind. Proprietatea este legat de caracterul opac al materialelor metalice;
luciul metalic se estompeaz sau dispare n timp datorit oxidrii. Materialele metalice cu cel mai bul
luciu sunt aurul, argintul, staniul, aluminiul, nichelul, cuprul, cromul, plumbul, alama, bronzul; frluciu este fonta cenuie.
3.2 Proprieti chimice
Sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub aciunea agenilor atmosferici,
chimici, electrochimici i la temperaturi nalte.Au o mare importan n alegerea i utilizarea
materialelor metalice, n industria chimic, alimentar, medical, nuclear, i aerospaial.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
15/58
Majoritatea materialelor metalice sunt instabile termodinamic fa de oxigen, ap, soluii de
acizi, baze i sruri.Proprietile chimice sunt: rezistena la coroziune i refractaritatea.
a) Rezistena la coroziune,sau stabilitatea chimic, este proprietatea materialelor metalice de
a se opune aciunii distructive a agenilor atmosferici i chimici, denumit coroziune.
Cnd mediul corosiv este un electrolit (mediul cu ioni disociai capabili s primeasc ioni de
metal ),coroziunea este un proces electrochimic.Coroziunea se manifest prin reducerea n greutate,
modificarea structurii, compoziiei chimice, dimensiunilor, culorii suprafeei i proprietilor fizice,
mecanice i tehnologice ale materialelor metalice.
Practic toate materialele metalice n prezena oxigenului se oxideaz, ns rezistena lor la
oxidare i la coroziune depinde de calitile peliculeide oxizi format la suprafa. Cnd pelicula de
oxizi este compact, subire i aderent la masa metalului aceasta izoleaz metalul de agentul corosiv,
iar rezistena la coroziune a acestuia este mare (cazul platinei, iridiului, aurului, cuprului, argintului,
wolframului, zincului, plumbului, nichelului, cromului, molibdenului, titanului, etc., care n mod
natural nu corodeaz). Fenomenul se numete pasivizarea metalelor.Cnd pelicula de oxizi este
poroas i neaderent la masa meterialului, aceasta permite contactul permanent dintre material i
agentul chimic, iar fenomenul de coroziune continu pn la distrugerea complet a materialului, cum
este cazul fierului i a aliajelor obinuite ale acestuia cu carbonul-oelurile i fontele.
Rezistena la coroziune se apreciaz prin viteza de corodare Vcor = m/S t,[g/m2 s] sau
penetraia p =Vcor/g, [mm/s] unde m este pierderea de mas;S-suprafaa;t-timpul; g-densitatea.
Un metal are o rezisten la o coroziune electrochimic n contact cu un electrolit (chiar aer
atmosferic ) cu att mai mare cu ct potenialul electrochimic este mai accentuat pozitiv (ndeprtat)
fa de un alt metal electronegativ sau tot electropozitiv cu care va forma macro sau micro elemente
galvanice locale.Acelai fenomen apare i la aliajele metalice eterogene din punct de vedere structural
(polifazice) sau mecanic (ecruisate, clite, sudate) n contact cu un electrolit.
Coroziunea poate fi micorat prin evitarea contactului metal electropozitiv-metal
electronegativ (de exemplu aluminiul lng cupru sau oel aliat, bronzul lng oel etc.),prin aliere (de
exemplu, oelurile aliate cu peste 12%Cr,5-25%Ni, aliate cu molibden, cupru etc., aliajele de Cu-Al,
Cu-Be, Cu-Zn etc.)sau prin protecie anticorosiv: galvanizare, metalizare, placare, tratamente
termochimice, vopsire, lcuire etc.
b) Refractaritateasau stabilitatea chimic la cald este proprietatea complex a metalelor i a
aliajelor de a-i pstra rezistena mecanic, n special fluajul, de a nu se oxida puternic (formnd tunder
sau arsur) i de a nu crete inacceptabil n volum n condiii de temperaturi nalte.Pentru aceasta, este
necesar ca n masa materialelor metalice s nu se produc transformri secundare care pot micora
rezistena mecanic i de asemenea pot forma pelicule subiri continue, compacte i aderente de oxizipe suprafaa lor (cum este cazul wolframului, tantalului, titanului, molibdenului, nichelului, oelurilor
i fontelor aliate cu crom, aluminiului, siliciului,
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
16/58
cobaltului, nichelului, molibdenului).Aceste materiale metalice se numesc refractare sau termostabile,
ele sunt caracterizate prin limit de fluaj mare i rezisten de durat la temperaturi nalte.
3.3 Proprieti mecanice
Aceste proprieti determin comportarea materialelor metalice la aciunea solicitrilormecanice, statice i dinamice de ntindere, compresiune, ncovoiere, forfecare, rsucire, penetrare etc.
Din punct de vedere al alegerii i utilizrii materialelor metalice pentru industria construciilor
metalice i cea constructoare de maini, instalaii, echipamente i utilaje, aceste proprieti au rol
preponderent, ntruct ele determin comportarea materialelor metalice n procesele de prelucrare i
mai ales n exploatare.
Aceste proprieti sunt:rezistena mecanic, elasticitatea, plasticitatea, tenacitatea, duritatea,
ecruisarea, fragilitatea, curgerea, fluajul, reziliena, rezistena la oboseal, relaxarea plastic i
revenirea elastic.
a) Rezistena mecanic reprezint proprietatea materialelor metalice de a se opune deformrii
i ruperii sub aciunea unor solicitri (fore) interne sau externe.Rezistena la rupere este cea mai
important proprietate a materialelor mecanice, fiind definit ca tensiunea care corespunde valorii
maxime a sarcinii(forei) pentru care, capacitatea de deformare se epuizeaz i materialele se rup i
este dat de relaia:
Rm = Fmax /So,[Mpa(daN/mm2)],
n care Fmax este fora maxim i So este seciunea iniial a epruvetei.
Sub aciunea solicitrilor exterioare, n masa corpurilor metalice, iau natere tensiuni (eforturi )
care se opun deformrii i ruperii.
Totalitatea acestor tensiuni care acioneaz pe unitatea de suprafa se numete efort
unitar = F/S. Efortul unitar ntr-o suprafa a crei normal face unghiul cu direcia
solicitrii F se va descompune n dou componente:una normal n= cos i una tangenial
cuprins n suprafa
=( /2) sin2 . Sub aciunea solicitrilor externe ( fore de traciune, compresiune, rsucire, etc.) sau
interne ( tensiuni remanenete de la tratamentele termice, de la deformrile la rece, etc.), materialele
metalice se deformeaz i n final se rup. Deformaiile specifice pot fi liniare ( modificarea lungimii
corpurilor): = (Lf i Li fiind lungimile final i iniial ale
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
17/58
corpului) i unghiulare modificarea unghiurilor dintre diferitele elemente liniare ale corpului.
Deformaiile liniare i unghiulare pot fi elastice i plastice. Comportarea unei epruvete asupra creia
acioneaz axial o for static F este dat de curba caracteristic tensiune-deformaie care pentru un
material plastic are forma prezentat n diagrama urmatoare :
Pe curb se observ o poriune liniar, unde materialul are o comportare elastic, i este zona n care
deformaia are un caracter nepermanent unde acioneaz legea lui Hooke: =E , E fiind modulul lui
Young.
In diagrama urmatoare se observa portiunea liniara pe care este valabila legea lui Hooke .
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
18/58
Alte caracteristici importante pentru caracterizarea materialelor cu plasticitate ridicata sunt :
- coeficientul de anizotropie plastica ( r)
- coeficientul de ecruisare (n)
Coeficientul de anizotropie plastica ( r) se defineste ca raportul dintre deformatiile reale pe inaltime
si pe grosime ale unei epruvete supuse la tractiune monoaxiala : r = b / a
unde : a este deformatia reala pe grosime
b este deformatia reala pe latimeCoeficientul de ecruisare (n) este definit ca fiind exponentul deformatiei reale in ecuatia matematica
ce da relatia dintre tensiunea reala si deformatia naturala in timpul aplicarii unei forte monoaxiale :
= K n
unde : este tensiunea reala instantanee dupa aplicarea fortei F
este deformatia reala instantanee dupa aplicarea fortei F,
Keste coeficientul de rezistenta , [N/mm2]
este deformatia reala instantanee dupa aplicarea fortei F
= ln (L / L0 ) , sau sub forma logaritmica : ln = ln K + nln
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
19/58
Curbele caracteristice pentru acelai material depind puternic de gradul de deformare al
materialului .Diagramele urmatoare marcate de la 1 la 10, sunt efectuate pe acelasi tip de material ,
tabla FeP04 cu diferite grade de deformare initiala . Se observa cu cresterea gradului de deformare, o
crestere accentuata a caracteristicilor de rezistenta , Rp0.2 si Rm si o scadere a alungirii .
Specimen name S0 Rp 0,2 Rm A n-value r-value
Nr mm N/mm N/mm %
1 5% alung. Initiala 15.66 248.31 324.20 34.67 0.17 1.94
2 10% alung. initiala 15.65 288.54 332.10 34.82 0.13
3 15% alung. initiala 15.43 330.54 357.56 29.88 0.10
4 20% alung. initiala 15.04 357.40 378.87 28.74 -
5 25% alung. initiala 14.86 355.39 373.61 16.61 -
6 30% alung. initiala 14.67 372.91 - 1.16 -
7 35% alung. initiala 14.47 398.64 412.27 2.90 -
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
20/58
Specimen name S0 Rp 0,2 Rm A n-value r-value
Nr mm N/mm N/mm %
8 36% alung. initiala 14.27 397.07 - 0.52 -
9 40% alung. initiala 13.40 - 426.04 0.19 -
10 43% alung. initiala 12.12 469.31 - 1.84 -
Pentru cteva materiale uzuale curbele tensiune deformaie sunt prezentate n diagramele urmatoare :
Rm
[N/mm2]A [%]
20.7 2.0
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
21/58
Aliaj de aluminiu AS9U3
Fonta cu grafit nodular Fgn
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
22/58
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
23/58
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
24/58
Diameter d0 S0 Rp 0,2 Rm A E-Modulusmm mm N/mm N/mm % kN/mm
10 78.54 386.57 603.15 13.69 165.1
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
25/58
Otel 20M5 tratat termic - clire 875 C , apa
Rm , [daN/mm2]
A5, [%]
146.1 7.45147.7 8.37
b) Elasticitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma sub aciunea
solicitrilor interne i externe i de a reveni la forma i dimensiunile iniiale dup eliminarea
solicitrilor. Limita elastic este tensiunea corespunztoare unei deformaii specifice permanente foartemici de 0,001-0,03%. Pentru oeluri 0,02%. n cadrul limitei elastice, se consider proporionalitatea
dintre efort-deformaie dat de legea lui Hooke, E i G fiind modulele de elasticitate longitudinal
respectiv transversal.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
26/58
Raportul dintre deformaia n direcie transversal i cea n direcie longitudinal este
coeficientul lui Poisson cu valoarea de 0,33 pentru materialele metalice policristaline.
Modulul de elasticitate longitudinal E caracterizeaz forele de legtur interatomice i este o msur a
rigiditii materialelor metalice. Cel mai rigid metal este cesiul cu E=56 000 daN/mm 2, apoi wolframul
cu E=42 000 daN/mm2, iar cel mai puin rigid este plumbul cu
E=1 800 daN/mm2. Oelurile au E= 21 000daN/mm2. Aliajul dur sinterizat cu 94%WC i 6%Co are
E=70 000daN/mm2.
Un material metalic se apreciaz din punct de vedere elastic nu numai dup valoarea
modulului de elasticitate ci i dup capacitatea de aabsorbi energie : Ue= c /2= c2 /(2E). Deci
materialele pentru arcuri trebuie s aib limita de curgere mare i modulul de elasticitate mic. Clirea
urmat de revenire medie i ecruisare n cazul oelurilor au tocmai acest rol.
c) Plasticitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma la volum constant fr
apariia de fisuri. Se caracterizeaz prin alungirea la rupere A n= 100%. n domeniul deformrii
plastice, pn la apariia gtuirii este valabil relaia =K n, unde K este coeficient de rezisten i n
coeficientul de ecruisare. Foarte plastice sunt: plumbul, cuprul, aluminiul, aurul, argintul, nichelul,
fierul, oelul moale, toate fiind materiale cristalizate n sistemul c.f.c.
Superplasticitatea unor materiale metalice este capacitatea acestora de a se deforma plastic
foarte mult i uniform fr s se rup. Aceste materiale prezint alungiri mai mari de 2 000%.
Materialele superplastice prezint sensibilitate mare la viteza de deformare. ntre limita de curgere i
viteza de deformare exist relaia: c = K(d /dt)m, unde K este o constant iar m un coeficient de
sensibilitate la viteza de deformare cu valori de 0,2-0,3 pentru materiale plastice i cu valori de 0,6-0,9
pentru materiale superplastice.
Condiiile n care un aliaj metalic este superplastic sunt:
- gruni foarte mici, sub 0,01mm, vitez de deformare mic i temperatur mare, 0,7-
0,8Tt;
- prezint transformri cu difuzie n stare solid- superplastice imediat sub temperatura
de transformare;
- prezint transformare martensitic- sunt superplastice n timpul transformrii.
Exemple de aliaje metalice superplastice:
- Zn-Al cu 22%Al, la 200-260oC, cu 0,001-0,002mm mrimea gruntelui i coeficientul
de sensibilitate m=0,5;
- Al-Cu cu 33% Cu la 440-500oC, cu 0,001-0,002mm mrimea gruntelui i m=0,9;
- aliaje complexe de Al cu 1,2-1,9%Cu, 1,9-2,6%Mg, 5,2-6,2%Zn;- aliaje de titan cu 5,6-6,5%Al, 3,5-4,5%V.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
27/58
d) Tenacitatea este proprietatea materialelor metalice de a absorbi energie prin deformare
plastic, adic de ase deforma mult nainte de rupere. Implic att rezisten mecanic ridicat ct i
plasticitate. Tenacitatea se determin n general prin ncercarea de rezilien care este o ncercare
dinamic de ncovoiere prin oc i se exprim prin energia absorbit pentru ruperea epruvetei dintr-o
singur lovitur raportat la seciunea epruvetei cu cresttur.. Sunt tenace cuprul, aluminiul, oelul
moale
e) Fragilitatea este proprietatea materialelor metalice de a se rupe brusc sub aciunea
solicitrilor, fr a suferi deformaii plastice. Fragilitatea este o caracteristic relativ, ea fiind funcie
de temperatur. Materiale care sunt fragile la temperatura ambiant devin plastice la temperaturi nalte.
n general sunt fragile fonta alb, fonta cenuie, oelurile clite
f) Fluajul, este proprietatea materialelor metalice de a se deforma lent, continuu i progresiv n
timp, sub aciunea unei sarcini constante. Limita tehnic de fluaj este tensiunea constant maxim
pentru care la temperatura de lucru ( 450-500 oC), dup un timp t nu se depete o anumit deformaie
specific.
g) Duritatea reprezint rezistena opus de materiale la ptrunderea n suprafaa lor a unui
penetrator. Este proprietatea care se determin cel mai rapid i cel mai frecvent n practica industrial,
evideniind starea de tratament termic sau termochimic, posibilitatea prelucrrii prin achiere .
n funcie de metodele de ncercare, sarcin, forma penetratorului, mod de exprimare sunt mai multe
tipuri de duritate:
- Brinell- HB-
- Rockwell- HRC, HRB, HRA
- Vickers HV, cu microsarcini sau cu sarcini uzuale,
- Shore, pentru cauciuc.
Pentru oeluri ntre duritatea Brinell i rezistena la rupere este valabil corelaia Rm=0,35HB.
h) Rezistena la oboseal este proprietatea materialelor metalice de a rezista la solicitri
repetate i variabile n timp. Se apreciaz prin tensiunea maxim pe care o poate suporta materialul la
un numr foarte mare 106-108 solicitri ciclice fr s se rup. Se determin pe curbe Whler.
Rezistena la oboseal este puternic influenat de calitatea suprafeei, de calitatea materialului, de
starea de tratament termic sau termochimic, de starea de tensiuni interne, de natura solicitrii variabile.
Determinarea rezistentei la oboseala pentru Arbore planetar prin curba Wohler : Frecvena : 30 Hz
Lungimea braului levierului : 242 mm
Masa echivalent a braului : 13,450 daN
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
28/58
Masina de incercat la oboseala Baldwin
Nr.
Marcaj
Momentul dencovoiere ,
(daN/m)
F dinamic( libre)
Amplitudine(mm)
Nr. cicluri
Observaii
1 24 60 534 1,375 10 000 000 Fr rupere2 30 62 553 1,500 10 000 000 Fr rupere3 27 65 579 1,550 4 033 000 Cu rupere4 25 70 625 1,600 10 000 000 Fr rupere5 21 75 668 1,700 2 000 000 Cu rupere6 12 80 713 1,875 1 410 000 Cu rupere
7 29 85 759 2,125 109 000 Cu rupere8 13 90 802 2,250 82 000 Cu rupere9 17 95 848 2,250 98 000 Cu rupere
10 9 100 893 2,625 30 000 Cu rupere
i) Ecruisarea este proprietatea materialelor metalice de a-i mri rezistena mecanic i
duritatea prin deformare plastic la rece. Acestea cresc, deoarece pe msur ce crete gradul de
deformare posibilitile de deformare prin alunecare i maclare se epuizeaz, densitatea de dislocaii,
inclusiv barierele care se opun deplasrii dislocaiilor , crete. Prin ecruisare crete fragilitatea. Din alt
punct de vedere ecruisarea superficial, care provoac tensiuni de compresiune n materiale are un
efect favorabil asupra rezistenei la oboseal. Ecruisarea se elimin prin nclzirea materialelor
metalice, peste pragul de recristalizare,( recoacerea de recristalizare).
3.4 Ruperea materialelor metalice
Ruperea reprezint fenomenul de fragmentare a unui corp solid sub aciunea unor tensiuni
externe sau interne. n exploatarea pieselor de autovehicule, importan deosebit prezint caracterul
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
29/58
ruperii care poate fi ductil (tenace) sau fragil ( casant). Factorii care influeneaz caracterul ruperii
sunt:
- condiiile de solicitare
- proprietile materialelor metalice
Caracterul ruperii, ductil sau fragil pentru acelai material metalic este n funcie de temperatur.
Orice material metalic prezint o temperatur de tranziie ductil-fragil. Cu ct temperatura de tranziie
este mai sczut cu att materialul metalic respectiv este mai tenace i invers.
Dup aspectul casurii ruperile se clasific n:
- ruperi ductile
- ruperi fragile
- ruperi la oboseal.
3.5 Proprieti tehnologice
Aceste proprieti caracterizeaz capacitatea de prelucrare i modul de comportare a
materialelor metalice la diferite procese tehnologice de prelucrare la cald sau la rece. Cele mai
importante proprieti tehnologice sunt: turnabilitatea, deformabilitatea plastic, sudabilitatea,
achiabilitatea, clibilitatea, susceptibilitatea la supranclzire, susceptibilitatea la deformare i
fisurare.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
30/58
a) Deformabilitatea plastic este proprietatea materialelor metalice de a-i modifica
uor i remanent forma i dimensiunile la volum constant fr a se fisura sub aciunea solicitrilor
exterioare, la cald sau la rece. Importan practic deosebit prezint forjabilitatea oelurilor mediu
aliate utilizate pentru pinioane, arbori de cutii de viteze, pentru biele de motor, etc. deformare la
temperaturi nalte i ambutisabilitatea specific tablelor pentru realizarea pieselor de caroserie.
b) Sudabilitatea este aptitudinea materialelor metalice de ase mbina nedemontabil
prin nclzire local pn la stare plastic sau topire, cu sau fr adaos de alte materiale i cu sau fr
presiune mecanic. Sudabilitatea este influenat de compoziia chimic, de conductibilitatea termic,
de viteza de rcire dup sudare, de parametrii de sudare.
Sudabilitatea oelurilor poate fi calificat n funcie de compoziia chimic i de grosimea
oelului ca:
- bun necondiionat;
- bun condiionat;
- posibil;
- necorespunztoare.
c) Achiabilitatea este capacitatea materialelor metalice pde aputea fi prelucrate prin
achiere, cu consum ct mai redus de scule i energie. Achiabilitatea este o proprietate complex care
depinde de factori de material de tipul i materialul sculei i de condiiile de achiere.
d) Clibilitatea este proprietatea materialelor metalice n special a oelurilor de a
realiza o anumit duritate prin clire pe o anumit adncime a materialului. Depinde de compoziia
chimic, de mrimea gruntelui, de viteza de rcire. n mod curent clibilitatea oelurilor se determin
prin metoda clirii frontale - Jominy.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
31/58
Temperatura de austenitizare : 875 0C , calire apa
HRC
mm Nr. 1 Nr. 21.5 45 44,53 44 435 41 417 39 389 37 3711
33 3413 31 3215 30 31
e) Susceptibilitatea la deformare i fisurare se manifest n timpul nclzirii i
rcirii materialelor metalice pentru tratamente termice i termochimice i este cauzat de aciunea
tensiunilor interne de natur termic i structural. n cazul oelurilor crete cu coninutul de carbon i
elemente de aliere, cu viteza de rcire. Cunoaterea deformarii pieselor este foarte important
deoarece prelucrarea danturilor pinioanelor (i alte piese) se face nainte de tratamentul termochimic
iar deformarea i mai ales deformarea neuniform conduce la funcionare necorespunztoare apieselor .
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
32/58
3.6 Proprieti de exploatare
a) Rezistena la uzare este proprietatea materialelor metalice de a rezista la solicitri
superficiale prin frecare sau eroziune.
Tipurile de uzur pot fi:
-
aderen-gripare- transfer mecanic
- oboseala suprafeei-pitting
- uzur prin fluaj,
- uzur prin abraziune
- mbtrnire sau degradare de origine termic
- uzur prin coroziune de contact.
Rezistena la uzare a materialelor metalice depinde de: compoziia chimic, structura metalografic,
calitatea suprafeelor, duritate, viteza relativ, presiunea de contact, calitatea ungerii, condiiile de
exploatare.
b) Designul produselor reprezint totalitatea nsuirilor estetice , aspect, textur, senzaie
de confort, care fac produsul plcut, atractiv. Are importan deosebit n n industria
autoturismelor. De asemenea st la baza uzurii morale a produselor i este determinat
de linia modei la un moment dat.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
33/58
Capitolul 4 Oeluri
Oelurile sunt aliaje ale fierului cu carbonul, care conin pna la aproximativ 2,11%C i alte
elemente nsoitoare i de aliere.
Oelurile sunt materiale de baz n industria constructoare de autovehicule, pentru c au un
pre de cost relativ mic, prelucrare tehnologic uoar, gam larg de utilizri , proprieti multiple i
posibiliti de reciclare.
Proprietile oelurilor depind de compoziia i structura lor, de gradul de dispersie al fazelor,
de procedeele de prelucrare aplicate i de tratamentele termice. Astfel rezistena la traciune variaz de
la 30daN/mm2 pn la 250daN/mm2, alungirea pn la 50%, duritatea de la 80 la 650 HB i reziliena
pn la 300 J/cm2.
Reglnd compoziia chimic, prin adugare de elemente de aliere, se pot obine structuri
feritice, austenitice,martensitice, austenito-feritice cu proprietile corespunztoare lor.
Influena elementelor nsoitoare i de aliere asupra structurii i proprietilor
oelurilor
Dintre elementele din compoziia oelurilor se consider elemente nsoitoare: S,P,N,O i
elemente de aliere: C, Si, Mn, Cr, W, Al, Cu, Ni, V, Ti, Nb, etc. Mn i Si n proporii mici sunt
elemente nsoitoare n oelurile carbon.n anexa 1 este descris influena principalelor elemente nsoitoare i de aliere asupra structurii i
proprietilor oelurilor.
n tabelele 4 i 5 am prezentat efectul elementelor de aliere aupra proprietilor :
- cretere , - cretere puternic
- reducere , -reducere puternic
-constant
- nu este caracteristic
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
34/58
INFLUENA ELEMENTELOR DE ALIERE ASUPRA
PROPRIETILOR OELURILOR Tabel 4
N
r.
crt.
PROPRIET
ATE /
ELEMENT
DE
ALIERE
CARACTERISTICI MECANICE
DURI
TATE
REZISTE
N
LA
RUPERE
LIMIT
A DE
CURG
ERE
ALUNG
IRE
GTUI
RE
REZILIE
NA
ELASTICI
TATE
REZISTE
NA LA
TEMP.
RIDICAT
E
1 SILICIU
2 MANGAN
oel perlitic
3 MANGAN
oel
austenitic
4 CROM
5 NICHEL
oel perlitic
6 NICHEL
oel
austenitic
7 ALUMINI
U
8 WOLFRA
M
9 VANADIU
1
0
COBALT
1
1
MOLIBDE
N
1
2
CUPRU
1
3
SULF
1
4
FOSFOR
Tabel 5N CARACTERISTICI TEHNOLOGICE
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
35/58
r.
cr
t.
PROPRIET
ATE
ELEMENT
DE ALIERE
ACHI
ABILI-
TATEA
CAPACITA
TEA DE
FORJARE
VITEZ
A DE
RCI
RE
FORMA
RE DE
CARBU
RI
FORMA
RE DE
UNDE
R
REZISTE
NA LA
UZUR
REZISTE
NA LA
COROZIU
NE
CAPACITA
TEA DE
NITRURA
RE
1 SILICIU
2 MANGAN
oel perlitic
3 MANGAN
oel
austenitic
4 CROM
5 NICHEL
oel perlitic
6 NICHEL
oel
austenitic
7 ALUMINIU
8 WOLFRAM
9 VANADIU
1
0
COBALT
1
1
MOLIBDE
N
1
2
CUPRU
1
3
SULF
1
4
FOSFOR
Clasificarea oelurilor dup compoziia chimic (Conform normei europene EN 10020) :
- oeluri nealiate: oeluri care nu conin elemente de aliere peste valorile prezentate n tabelul 6
- oeluri inoxidabile: oeluri care conin minim 10,5% Cr imaxim 1,2% C.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
36/58
- oeluri aliate: oeluri care nu se ncadreaz la clasa inoxidabile i care conin cel puin un element
de aliere cu valoare mai mare ca cea din tabelul 1.
Tabelul 6 : Limita ntre oelurile nealiate i oelurile aliate (coninut % n mas)Element Coninut
limit
Element Coninut
limitAluminiu 0,30 Plumb 0,40Bor 0,008 Seleniu 0,10Bismut 0,10 Siliciu 0,60Cobalt 0,30 Telur 0,10Crom 0,30 Titan 0,05Cupru 0,40 Vanadiu 0,10Mangan 1,65 Wolfram 0,30Molibden 0,08 Zirconiu 0,05
Nichel 0,30 Altele (exceptnd C, P, S i N ) luate individual 0,10Niobiu 0,06Tabelul 61.2. Clasificare dup principalele clase de calitate1.2.1. Oeluri nealiate
Sunt prevzute 2 clase de calitate:
1.2.1.1. Oeluri de calitate nealiate
Sunt oeluri pentru care, n general, exist de exemplu exigene pentru proprieti specifice de
tenacitate, mrime de grunte, i/sau de deformabilitate.
Exemple :
Calitatea ambutisrii tablelor laminate la rece sau la cald.
Oelurile de construcie de uz general.
Srm pentru trefilare.
1.2.1.2. Oeluri speciale nealiate
Acestea sunt mrci de oeluri care prezint n raport cu oelurile de calitate o mai mare
puritate, n special pentru incluziunile nemetalice.
n cea mai mare msur, ele sunt destinate unui tratament de clire i revenire sau unui tratament de
clire superficial i se caracterizeaz printr-o comportare bun la acest tratament.Respectarea strict a compoziiei chimice condiiile particulare de elaborare i control le confer
proprieti mbuntite permindu-le s rspund la exigene severe. Asocierea acestor proprieti n
general n limite restrnse, conduce la obinerea unor valori ridicate sau bine delimitate pentru limita
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
37/58
de elasticitate sau clibilitate i confer aptitudini de deformare la rece, de sudabilitate sau de
tenacitate.
Exemple :
Oeluri pentru tratamente termice.
Oeluri de cementare.
Oeluri cu reziliena garantat la -50 C, superioar la 27 J.
...1.2.2. Oeluri inoxidabile :
a) se clasific dup coninutul n nichel :
. nichel mai mic de 2,5 %,
. nichel egal sau superior la 2,5 %
b) caracteristici principale :
. rezistena la coroziune,
. rezistena la oxidare la cald,
. rezistena la fluaj.
1.2.3. Alte oeluri aliate
1.2.3.1. Oeluri de calitate aliate
Oelurile de calitate aliate sunt oeluri pentru care exist, de exemplu exigene de tenacitate, de mrime
de grunte, i/sau de deformabilitate.
Oelurile de calitate aliate nu sunt, n general destinate unui tratament de mbuntire sau unui
tratament de clire superficial.
Exemple:
Oeluri cu grunte fin sudabile, pentru construcii,
Oeluri cu grunte fin pentru evi,
Oeluri aliate numai cu cupru,
Oeluri cu proprieti magnetice.
1.2.3.2. Oeluri speciale aliate :
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
38/58
Oelurile speciale aliate, altele dect oelurile inoxidabile, sunt caracterizate prin compoziia
chimic precis, prin condiii particulare de elaborare i de control care le confer proprieti
mbuntite, specificate de obicei n limite restrnse.
Exemple :
Oeluri pentru construcii mecanice.
Oeluri pentru recipiente sub presiune.
Oeluri pentru rulmeni.
Oeluri de scule.
1.2.4 Oeluri pentru autoturisme
Sunt oeluri carbon de calitate superioar care prezint urmtoarele caracteristici generale:
Material
nu se calmeaz cu titan;
- la oelurile resulfurate coninutul de suf trebuie s fie : - max. 0,02% -0,025%
Caracteristici tehnologice:
- plasticitate pentru produse forjate refulare la cald la 1/3 din nlimea iniial
- clibilitate
Caracteristici metalografice:
- macroscopice - punctajul pentru intensitatea segregaiei 1-3
- microscopice mrimea gruntelui austenitic punctaj 5-8
- omogenitatea feritei i perlitei, produsele cu structur controlat pentru uzinare tip A,B
- incluziuni nemetalice punctaj max. 3,5 pentru fiecare tip.
MRCI, DOMENII DE APLICARE, TRATAMENT TERMIC SAU TERMOCHIMIC
Tabelul 7
Nr.Crt Marca oelului STAS/CAIET DESARCINI
Principalele domenii de utilizare Tratament termic /termochimic
1 13MoCr11 STAS 11500/2-90 Pivoi suspensii, rotule de direcie Carburare/clire ulei2 17MoCr11 STAS 11500/2-90 Coroane dinate pentru cutii de
vitez, tripode transmisii, pinioane,portfuzete, fuzete roi, cremaliere ipinioanele cremalierelor
Carburare/clire ulei
3 19MoCr11 STAS 11500/2-90 Pinioane de atac pentru cutii devitez, diverse axe
Carburare/clire ulei
4 28MoCr11 STAS 11500/2-90 Arbore lalea pentru transmisii, Carbonitrurare, clire
ulei5 31MoCr11 STAS 11500/2-90 Trenuri pentru cutii de vitez,
pinioane, arboriCarbonitrurare, clireulei
6 32Cr10 STAS 11500/2-90 Prezoane pentru roi, axe, capetecremalier, pinioane pentru cutii de
Carbonitrurare, clireulei
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
39/58
vitez8 33MoCr11 STAS 11500/2-90 Arbore cotit, pinioane, biele, butuci
pentru roi, piese diverse forjateCarbonitrurare, clireulei
9 34MoCrNi40 STAS 11500/2-90 Supape admisie mbuntire10 37Cr5 STAS 11500/2-90 Biele motor, capace biele, fuzete mbuntire11 37Cr10 STAS 11500/2-90 Butuci pentru roi, axe i pinioane
balador pentru cutii de vitez, pivoisuspensii, rotule direcie
mbuntire
12 OLC38 STAS 11500/2-90 Coroane demaror pentru motor mbuntire13 OLC38B STAS 11500/2-90 Axe bra pentru puni mbuntire14 OLC43 STAS 11500/2-90 Tachei motor, corp rotul
suspensie, lalea transmisie,mbuntire
15 60CrMnSi17A STAS 11500/2-90 Arcuri suspensie, bare antiruliu Clire ulei , revenireaer
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
40/58
Capitolul 5 Fonte utilizate n industria auto
Principalele tipuri de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto se pot clasifica astfel:
- Dup tipul de grafit: - fonte cu grafit lamelar
- - fonte cu grafit nodular
- Dup utilizare - fonte de uz general
- - fonte pentru utilizri specifice, adaptate unor familii de piese.
Principalele tipuri de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto sunt definite de :
- tipul de grafit;
- natura matricei
- caracteristicile mecanice obinute pe epruvete
- caracteristicile corespunztoare pe piese
- compoziia chimic
Caracteristici metalurgice
Compoziia chimic . Pentru fontele cu grafit lamelar de uz curent compoziia chimic este
informativ. Coninutul in sulf i fosfor este ns impus.
Pentru fontele cu grafit lamelar specifice compoziia chimic este imperativ.
Carbonul echivalent se determin cu relaia Ceq.= C+(Si+P)/3.
Un carbon echivalent ridicat conduce la :
- grafit grosier- caracteristici mecanice sczute
Un carbon echivalent sczut conduce la :
- risc de apariie a cementitei favoriznd fragilitate i dificulti de prelucrare.
Caracteristicile mecanice pe epruvete turnate sunt specificate pentru diferitele tipuri de fonte.
Se determin:
- duritatea;
- rezistena la rupere;- alungirea (pentru fontele cu grafit nodular)
- rezistena la ncovoiere
- reziliena (pentru fontele cu grafit nodular).
Caracteristici pe piese:
Din punct de vedere al structurii metalografice , grafitul i matricea de baz sunt impuse.
Pentru grafit se determin :
- forma, de la lamelar, forme intermediare, grafit de recoacere i nodular;
- distribuia, omogen, n rozet, neomogen, interdendritic;
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
41/58
- dimensiunea lamelelor, n mm;
- mrimea i distribuia grafitului nodular;
Pentru structur se determin:
- masa de baz, ferita, perlita, sorbita;
- procentul de faze;
- cementita liber, eutecticul fosforos.
Fonte cu grafit lamelar de uz general
Se utilizeaz pentru carter cilindrii, capace palier, volant. Masa de baz este perlitic cu ferit pna la
15%. Duritatea este n funcie de grosimea peretului variind ntre 170 i 255 HB, iar rezistena la
rupere ntre 180-250N/mm2.
Fonte cu grafit lamelar pentru utilizri specifice
n aceast categorie intr fonta pentru arbori cu came, clit superficial cu rcitori, fontele de frecare
pentru discuri i tamburi de frn, fontele de frecare turnate centrifugal pentru cmi cilindru, fonte
cu nalt rezisten la cald, bainitice, pentru scaune de supap,etc.
Caracteristicile specifice pentru aceste categorii de fonte se obin prin reglarea compoziiei chimice,
prin prezena elementelor de aliere ca Cr, Mo, Cu, W, prin tratamente termice aplicate pieselor.
Caracteristicile mecanice sunt superioare fontelor de uz general.
Fontele maleabile , feritice, perlitice sau sorbitice se utilizeaz pentru cutii diferenial, butuci,tamburi,
prezentnd caracteristici mecanice ridicate, apropiate de oeluri: rezistena la rupere de la 340-
640N/mm2 i alungire de 10-3%.
Fonte cu grafit nodular se utilizeaz pentru piese cu caracteristici deosebite ca arbori cotii, furci
pentru cutii de viteze, piese care au i tratamente superficiale.
Acestea prezint grafit nodular peste 85%, structur perlitic,cu ferit sub 25%, caracteristici mecanice
ridicate ( duritate 241-285 HB), rezistena la rupere peste 740N/mm 2. Ofer posibilitatea unei clirisuperficiale prin inducie cu duritate peste 48HRC.
Alte categorii speciale de fonte cu gratit nodular sunt:
- feritice, cu duritate 190-240HB, aliate cu Si, Mo, utilizate pentru colectori evacuare.
- austenitice, aliate cu nichel 20-35%, utilizate pentru colectori de evacuare.
Exemplu de font cu grafit nodularGS53 (Aplicaie)
Analiza chimic
Elemente [%] C Si Mn S P Mo CalitateImpus
min. 3,20 3,80 0,00 0,00 0,00 0,40 GS53max. 3,60 4,20 0,50 0,02 0,05 0,60
Obinut 3,20 4,05 0,42 0,016 0,04 0,60 GS53
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
42/58
ncercri mecaniceIncercarea de duritate HB5/750
Impus 190 241 HBObinut 241 241 241
Analiza metalograficStructura
Impus Grafit sferoidal A+B > 85% ; C+D+E < 15% admis Ferita, perlita < 20%, carburi in retea < 5%
Obinut grafit sferoidal A + B (foto 3,x100 - anexa)pe fond de ferita + perlita +aprox. 5-10 %, fara carburi (foto 4, x200-anexa)
Grafit, x 100 Structura, x 250
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
43/58
Capitolul 6 Tratamente termochimice
Tratamentele termochimice de difuzie sunt procedeee de prelucrare la cald care constau n
nclziri n medii active chimic la temperaturi i cu durate astfel stabilite, nct s se realizeze
modificri ale compoziiei chimice i structurii superficiale a produsului metalic prin aportul i difuzia
unuia sau mai multor elemente chimice pornind de la suprafaa lor, iar prin rciri pn la temperatura
mediului ambiant sau prin aplicarea unui tratament termic ulterior, s se realizeze o durificaresuperficial asociat cu o stare de tensiuni reziduale de compresie corespunztor caracteristicilor
mecanice, fizice i chimice prescrise straturilor superficiale i zonelor nvecinate.
Scopul tratamentelor termochimice este de a produce o durificare superficial asociat cu
tensiuni de compresiune n stratul superficial conferind o bun rezisten la uzare i la gripare,
rezisten la coroziune, rezisten la oboseal, fiabilitate, aspect comercial.
Tratamentele termochimice constau n introducerea pieselor de tratat ntr-un spaiu nchis n
care se gsete mediul de cementare ( solid, lichid sau gazos), capabil , la temperatura de lucru sfurnizeze atomi activi i meninerea piesei n acest mediu pe durata necesar pentru realizarea grosimii
i a compoziiei dorite pentru stratul tratat. Urmeaz rcirea piesei, de obicei clire.
Tratamentele termochimice se clasific n funcie de elementul care difuzeaz.
Dintre tratamentele cu larg utilizare n industria auto menionm:
- carburarea mbogirea cu carbon;
- carbonitrurarea mbogirea cu carbon i azot;
- nitrurarea - mbogirea cu azot.
Carburarea este tratamentul termochimic care const n mbogirea cu carbon a stratului superficial
al pieselor de oel cu coninut iniial de carbon de obicei sub 0,25-0,30%. Ea se realizeaz la
temperaturi situate n domeniul austenitic, n mediu gazos ( solid sau lichid), bogat n carbon, n
scopun creterii procentului de carbon n sratul superficial pn la 0,8-1,1%, pe o grosime de la 0,5 la
maxim 3mm, n funcie de grosimea pieselor. Prin clirea aplicat dup cementare se obine n sratul
superficial martensit cu duritate ridicat, peste 58HRC. Duritatea scade de la exterior spre interior,
miezul rmnnd tenace, 30-35HRC. Se aplic pieselor supuse la solicitri complexe, uzare, oboseal,oc.
Carbonitrurarea este tratamentul termochimic care const n mbogirea simultan n C i N a
stratului superficial al pieselor din oel sau font cu scopul creterii rezistenei la uzare i oboseal, a
creterii fiabilitii i durabilitii pieselor de maini. Tratamentul se poate executa n
bi de sruri i se numete cianizare sau n atmosfer gazoas cnd se numete carbonitrurare.
Carbonitrurarea se poate efectua la temperatur joas, 500-700oC sau la temperatur nalt 840- 930oC.n industria auto cea mai larg aplicare prezint carbonitrurarea de temperatur nalt.
n funcie de exigenele cerute pieselor se disting dou categorii:
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
44/58
- Piese cu exigene privind duritatea superficial i rezisten la anduran;
- Piese care nu au dect exigene de duritate superficial.
Definirea i proprietile straturilor carburate sau carbonitrurate, clite, aplicate pieselor cu
exigene privind duritatea superficial i andurana
Adncimea convenional
Adncimea convenional Ec a unui strat tratat este definit ca fiind distana de la suprafa pn la
un punct unde duritatea HV0,5 este de :
- 650HV pentru oeluri cu coninutul iniial de carbon peste 0,20%;
- 550HV pentru oeluri cu coninutul de carbon iniial sub 0,20%.
Ele se simbolizeaz E650, respectiv E550.
Adncimea total
Adncimea total a unui strat carburat sau carbonitrurat este definit ca toat zona mbogit n
carbon i n azot. Ea se simbolizeaz cu Et.
Structura
Zona preponderent martensitic trebuie s aib o adncime cuprins ntre 65-75% din Et. Pentru
oeluri cu clibilitate redus zona martensitic trebuie s fie superioar la 50% din E t.
Austenita rezidual vizibil cu microscopul optic nu trebuie s fie prezent pe o adncime mai mare de
30% din Et, sau 50% din Ec.
Duritatea
Duritatea superficial a straturilor mbogite i tratate se determin cu o sarcin de 196,1N (HV20)
i trebuie s fie ntre 680-900 HV.
Microduritatea n strat se determin prin filiaie de duritate cu sarcin HV0,5, efectuat din 0,1 n
0,1mm .
Exemple de utilizare:
Clasa de adncime Tratamenttermochimic
Exemple Specificaii
A- mic Carbonitrurare Piese supuse la oc ioboseal
E650=0,20,05mmEt 0,45mm
B- mare Carbonitrurare Piese solicitate puternic la E650=0,350,10mm
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
45/58
oboseal i mai puin la oc Et 0,45mmC- foarte mare Carbonitrurare Piese care se rectific dup
tratament i sunt supuse lapresiuni mari de contact
E650=0,50,10mmEt 0,85mm
D- mic Carburare Piese de mici dimensiuni,puternic solicitate
E550=0,750,15mmEt 1,2mm
E-mare Carburare Piese de mari dimensiuniputernic solicitate
E550=1,000,20mmEt 1,4mm
F- Foarte mare Carburare Piese care se rectific duptratament i sunt supuse la
presiuni mari de contact
E550=1,20,20mmEt 1,7mm
Definirea i proprietile straturilor carburate sau carbonitrurate, clite, aplicate pieselor cu
exigene privind numai duritatea superficial
n general pentru aceste piese adncimea total a stratului mbogit este inferioar la 0,25mm.
Duritatea superficial HV10 trebuie s fie superioar sau egal cu 650.
Profilul optim de carbon i de azot pentru oelul 27MoCr10 sau 27MC5[ 23 ]
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
46/58
Continut, %Adncime mm
Fig. 10
Exemplu de caracteristici de tratament termochimic- carbonitrurare clire n ulei - obinute pe oelul
27MoCr10 (Aplicaie)
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
47/58
Incercarea de duritate superficiala , HV20 Incercarea de duritate HV50
Impus 680 900 HV20 372 535 HV50Obtinut 1 810 802 388 389
2 802 795 408 409
Filiatie de duritate (vezi diagrama)
Impus E650 : 0.25 0.45
Obtinut
mm 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45rampa
779 757 757 736 724 681 652 629 585
caneluri
802 802 802 802 779 716 670 642 610
Analiza metalografica
Adancime strat , [mm] Structura
Impus Et = 0,35 0,6
Obtinutrampa caneluri strat miez0.40 0.40 martensita bainita
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
48/58
Capitolul 7 Dezvoltri de materiale pentru industria auto
Familii de oel pentru table de ambutisare i mecanisme de durificare1. Oeluri moi durificare prin ecruisare
2. Oeluri refosforate- durificare prin soluie solid
3. Oeluri dispersoide- durificare structural
4. Oeluri cu carbon mangan, oeluri Dual Phases , oeluri TRIP, oeluri Complexex Phases,
oeluri pentru tratament termic(20MnB5)- tratamente termomecanice i termice
De la 1 la 4 cresc rezistena mecanic Rm i limita de elasticitate Re.
Faze i constitueni specifici acestor oeluri:
- ferita = soluie solid de carbon n fier ( cubic centrat)
- austenita= soluie solid de carbon n fier ( cubic cu fee centrate)
- ferita =soluie solid de carbon n fier ( cubic centrat)- cementita=carbura de fier, Fe3C
- perlita = eutectoid (ferit i cementit)
n funcie de compoziia chimic, modul de elaborare i modul de recoacere structura oelurilor
laminate la rece poate fi :
Monofazic - ferit i precipitri de carburi pentru oeluri cu carbon sub 0,5%;
Bifazic - ferit i perlit pentru carbon 0,1%
Oeluri cu limit nalt de elasticitate
DP- ( Dual Phase) prezint structur format din ferit i martensit
TRIP- ( Transform Induce Plasticity )- prezint structur format din ferit, bainit, austenit
metastabil i martensit.
CP- ( Complexe Phase)- Prezint n structur martensit, bainit superioar, i bainit +ferit.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
49/58
Oeluri pentru tratament termic ( 20MnB5)- prezint n stare recoapt o structur ferito-perlitic, cu
proprieti bune de plasticitate, iar n stare clit structur martensitic cu proprieti foarte bune de
rezisten mecanic.
n diagrama urmtoare se prezint domeniul de caracteristici mecanice de rezisten i alungire
specific acestor mrci de oel.
Marci conventionaleCP (TT)DPTRIPOteluriC-Mn
Fig.11
Capitolul 8 Prelucrarea termoelectrochimic a metalelor i aliajelor
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
50/58
Trecerea unui curent electric printr-o celul electrochimic, n care aria suprafeei anodului esteconsiderabil mai mic dect a catodului, este descris de caracteristica volt-amperic prezentat nfigura 1:
Figura 8.1: Caracteristicile volt-amperic (a) i tensiune-temperatur (b) ale unei celule cu suprafa
mic a anodului
Pentru valori mici ale tensiunii, trecerea curentului electric prin volumul celulei este descris de
legea lui Ohm, iar procesele la electrozi de legile lui Faraday (poriunea AB), fr apariia unorefecte optice sau acustice. Creterea tensiunii duce la nclzirea electrolitului, n special n zona dinfaa anodului, deoarece n ea este concentrat aproape ntreaga rezisten electric a celulei
electrolitice. n concordan cu acest efect, temperatura anodului crete i atinge valoarea den punctul B (figura 1, b).Uneori, linia punctat de pe poriunea AB (figura 1, a) nu este liniar datorit modificrii rezistivitiielectrice a soluiei cu creterea temperaturii acesteia.
Pe poriunea BC are loc regimul de ntreruperi a curentului electric. Trecerea curentului princelul are loc n impulsuri, datorit faptului c nveliul de vapori, care nconjoar anodul, secondenseaz periodic dup care se formeaz din nou. Caracterul n impulsuri al fenomenului nu
permite descrierea proceselor din sistem cu ajutorul valorilor efective ale intensitii curentului itensiunii electrice. Din aceast cauz, segmentele verticale de pe caracteristica volt-amperic nregiunea ntreruperilor (figura 1, a) au un caracter convenional. Cauza distrugerii nveliului o
constituie strpungerea electric a vaporilor, care produce o destindere brusc a lor, urmat decondensarea acestora.
Temperatura anodului pentru acest domeniu al tensiunilor este egal cu . Descrcrile nscnteie creeaz o iluminare cu ntreruperi, iar apariia i dispariia nveliului sunt nsoite de zgomoti pocnituri.
n punctul nveliul de vapori i gaze devine stabil, prin el trece un curent staionar
avnd pulsaii mici. Temperatura anodului crete brusc. Poriunea reprezint regimul de nclzirela temperatur nalt sau, simplu, regimul de nclzire. Iluminarea galben a nveliului de vapori igaze este aproape stabil, iar procesul este nsoit de un zumzet uor. Caracteristica volt-amperic are
un caracter descresctor (figura 1, a), deoarece grosimea nveliului crete cu creterea tensiunii, iarrezistena electric a lui crete. Caracteristica volt-amperic prezint un maxim la .Pentru valori mai mici ale tensiunii, creterea temperaturii anodului se explic prin creterea puterii
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
51/58
degajate n nveliul de vapori i gaze. Temperatura anodului n intervalul se regleazcu ajutorul tensiunii, fapt care permite efectuarea clirii, a cementrii sau a nitrurrii.
n punctul , temperatura anodului scade brusc, iar intensitatea curentului electric practic nuse modific. Culoarea iluminrii capt o nuan de albastru i spectrul ei conine liniile hidrogenului,oxigenului i ale metalelor alcaline, dac acestea sunt prezente n soluie. Se poate presupune c pe
poriunea n nveli apar descrcri electrice, nsoite de mprtierea electrolitului care rceteanodul. Probabil, descrcri slabe apar nc de pe poriunea . Prin aciunea acestora se explic
scderea mic a temperaturii anodului dinaintea punctului .
Calirea i prelucrarea termochimic a materialelor pe baz de fierMetodele nclzirii rapide, inclusiv nclzirea catodic i anodic n electrolii, posed o serie
de avantaje din punct de vedere al folosirii lor pentru prelucrarea termic i termochimic. Se reduceconsiderabil timpul de nclzire al piesei pn la temperatura necesar, ceea ce micoreaz considerabildurata total a procesului. Se uureaz prelucrarea continu-succesiv a evilor, benzilor, srmelor ialtor produse. Apare posibilitatea automatizrii procesului de ntrire i includerea lui n fluxul total al
prelucrrii produsului. O particularitate important a nclzirii rapide o constituie micorareadimensiunilor grunilor oelurilor austenitice.
Compoziiile electroliilor pentru saturarea oelurilor cu azot i carbon:
Majoritatea compoziiilor electroliilor a fost elaborat pentru saturarea oelurilor cu azot icarbon. Ca dizolvani, alturi de ap se folosesc glicerin, formamid i alte substane organice. Att
pentru nclzirea anodic, ct i pentru cea catodic, este necesar o conductibilitate electric suficientde mare a electrolitului, care se obine prin prezena n soluii a componentelor corespunztoare.Electroliii destinai pentru prelucrarea termochimic trebuie s conin substane care s asigure
prezena componentelor de saturare n nveliul de vapori i gaze. ntr-o serie de cazuri, n soluiiexist diferite adaosuri care mbuntesc diferite proprieti ale electrolitului.
Clasificarea componentelor soluiei are un caracter convenional, deoarece unii compui careconin carbon pot asigura o conductibilitate electric suficient de mare a electrolitului. Exist, deasemenea, substane care pot servi att ca surse de azot, ct i ca surse de carbon, n funcie decondiiile de nclzire. Discutm componentele electroliilor folosii pentru saturarea separat saucomun cu azot i cu carbon (tabelele 1 i 2).Tabelul 8.1. Soluiile apoase pentru saturarea oelurilor cu azot i carbon, n cazul nclzirii catodice
Componentele care asigurconductibilitatea electric a
electrolitului
Componentele care conincarbon
Componentele care conin azot
Acid azotic, acid clorhidric,acetat de potasiu, hidroxid
de potasiu,carbonat de potasiu,carbonat de sodiu, sticllichid, clorur de sodiu,
clorur de amoniu
Aceton, alcool metilic,alcool polivinilic, alcool
etilic, etilenglicol, grafit(praf de crbune)
Amoniac, metilamin,nitrozometil, formamid
Tabelul 8.2. Soluiile apoase pentru saturarea oelurilor cu azot i carbon, n cazul nclzirii anodice
Componentele care
asigurconductibilitatea
electric a electrolitului
Componentele care
conin carbon
Componentele care
conin azot
Adaosuri
Acid azotic, acidclorhidric, hidroxid de
sodiu, carbonat de sodiu,azotat de sodiu, azotatde amoniu, fluoroborat
Aceton, glicerin,glucoz
Amoniac, azotat deamoniu
Amestec de eteri aialcoolilor cetilic i
srearinic cu glicol depolietilen, care
conine 100 mol de
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
52/58
de amoniu, clorur deamoniu,
oxid de etilen nconcentraie de 0,1-0,5
%oxanol TS-100,
sintanol TSE-20,stearocs-920, alcool
izoamilic primar,emulgator T-2
Cementarea materialelor pe baz de fier
Compoziia de faz a oelurilor cementate cu coninut sczut de carbon este determinat de
potenialul carbonului al nveliului de vapori i gaze i de condiiile de rcire a piesei. Dup rcirea nsoluie, stratul de suprafa poate conine o plas de cementit, martensit i austenit rezidual. Larcirea n aer se fixeaz perlita cu gruni mari, cu o grani brusc de trecere spre zona ferito-perlitic.
Conform datelor analizelor chimice i prin difracie cu radiaii X, la suprafaa priidin statul carburat i clit au fost observate cementita (carbura de fier), martensita cu o concentraie de
carbon 0,75-0,78 % i austenita rezidual. Dup revenire ( , 2 ore), concentraia carbonului nmartensit. Zona de tranziie conine martensit cu gruni aciculari de dimensiuni mici, care trece nmartensit tenace cu coninut sczut de carbon.
Structura prii din strat necarburat a fierului electrolitic, dup o nclzire mai mare dect
temperatura transformrii de faz, adic mai mare dect , i meninere ulterioar, s-a transformatdin fire n gruni. Grunii cei mai mici au aprut la grania cu partea din strat carburat. S-a observat
difuzia carbonului din metalul de baz n stratul depus la adncimea de , fapt care a dus lamrunirea i recristalizarea grunilor la aceast grani. Structura gruni de ferit nconjurai demartensita cu coninut sczut de carbon. Dup clire, grania dintre metalul de baz i fierul electroliticaproape c nu apare la metalografie, ceea ce nseamn creterea adeziunii stratului.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
53/58
Proprietile straturilor cementateCementarea termoelectrochimic asigur o rezisten la uzur mai mare a materialelor pe baz
de fier, dect cementarea gazoas. O serie de oeluri (S15C, SCM21, SNC21), dup cementarea
catodic la n soluie de 25% aceton n acetat de potasiu, au fost ncercate la uzur dupschema frecrii frontale uscate. Intensitatea uzurii oelurilor care au fost cementate catodic este deaproximativ dou ori mai mic comparativ cu proba de control netratat. Avantajul cementrii catodicefa de cementarea gazoas se explic prin creterea duritii de suprafa (940 HV) n prezena unui
strat mai tenace.O rezisten la uzur mai mare n comparaie cu cementarea gazoas d i cementarea anodic
la ntrirea oelurilor carbon. mbuntirea proprietilor antifriciune dup cementarea anodiccomparativ cu cementarea gazoas, se explic prin structura mai dispers a perlitei i, de asemenea,
prin pstrarea plasticitii suportului feritic.
Azotarea oelurilor cu coninut sczut de carbon
Nitro-clirea oelurilor cu coninut mediu de carbon:
Formarea zonei de suprafa cu nitruri i a substratului clit poate fi realizat cu ajutorulnitrurrii gazoase sau prin nitro-cementare n cuptoare, a nitrurrii ionice n descrcare luminescent, anitrurrii lichide n topituri de sruri, cu clire ulterioar efectuat prin nclzire suplimentar cucureni de inducie sau fr aceasta, direct de la temperatura de saturaie.
Avantajele nitrurrii termo-electrochimice sunt semnificative la tratamentul de scurt durat,timp de cteva minute, care permite s se obin straturi cu coninut mic de azot de grosimi pn la
.Creterea temperaturii de nitrurare d posibilitatea de a crete puin duritatea de suprafa a
oelurilor cu coninut mediu de carbon, datorit creterii concentraiei azotului n martensit. Saturarearapid cu azot permite s se evite mrirea particulelor de nitruri i distrugerea coerenei acestora cumatricea, ceea ce duce la micorarea duritii n cazul nitrurrilor tradiionale n cuptoare. Creterea
duratei meninerii izoterme duce la creterea duritii de suprafa, ceea ce se explic prin cretereaconcentraiei azotului n zonele cu nitruri i martensit. Pentru durate mai mari de saturare duritatearmne constant.
Nitro-clirea oelului cu coninut mediu de carbon 45 duce la creterea limitei rezistenei.Efectuarea mbuntirii nainte de nitro-clire d aceleai structuri, dar cu creterea limitei rezisteneicu 10% pentru o micorare a valorilor alungirii relative cu 30%. De asemenea, se observ o influen
pozitiv a nitrurrii asupra rezistenei la oboseal a oelurilor. Nitrurarea gazoas de durat permite sse mreasc limita rezistenei la oboseal a oelului 45 cu 50%, pentru o grosime a stratului de 0,35-0,45 mm, iar cea de scurt durat timp de 3 ore cu 36%. Suprapunerea nitrurrii cu clirea creeaz
posibiliti suplimentare de cretere a rezistenei la oboseal a oelurilor cu coninut mediu de carbon.Nitro-clirea anodic asigur creterea rezistenei la oboseal comparativ cu oelul normalizat,
pentru toate regimurile studiate de tratament. Creterea maxim a rezistenei la oboseal se obine lanitrurarea n soluie care conine 11% clorur de amoniu i 11% nitrat de amoniu, la , cu rcireaulterioar n aceeai soluie.
Formarea austenitei azotoase n stratul de difuziune la suprapunerea nitrurrii cu clirea, ducela micorarea temperaturii transformrii martensitice a oelurilor i la ntrzierea acestei transformri nvolumele de la suprafa. Formarea martensitei la suprafa are loc n condiiile aciunii tensiunilor
produse de transformarea martensitic din miezul probei. O astfel de succesiune atransformrilor de faz creeaz tensiuni de comprimare n zona de la suprafa.
Nitro-clirea anodic a oelurilor cu coninut mediu de carbon crete, de asemenea, rezistena lauzur.
Studiul cineticii uzurii probelor dup nitro-clire a artat c, la nceput, are loc rodarea(ajustarea prin funcionare), formarea profilului de lucru al pistelor de frecare i a structurilorsecundare pe suprafa. Aceasta duce la micorarea vitezei de uzur i la atingerea momentului uzuriistabile. Pe msura uzurii prin frecare a stratului ntrit i descoperirea miezului, viteza de uzur crete.Durata uzurii stabile depinde de valoarea sarcinii i de grosimea stratului ntrit.
-
8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE
54/58
Nitro-clirea oelului cu coninut mediu de carbon d posibilitatea de localizare a proceselor defrecare n straturile subiri de suprafa. Structura obinut prin ntrire conine faza solid (martensitaazotat) i un strat subire de nitruri de fier cu austenit rezidual la suprafa. Duritatea nalt amartensitei permite s se evite deformaia plastic a straturilor de sub suprafa. Zona cu nitruri de lasuprafa are o plasticitate suficient i este bun pentru prelucrare. Rezistena maxim la uzur, ca i
microduritatea maxim, egal cu 8,5-9,0 GPa, au fost atinse dup saturare la temperatura de .
Rezistena la coroziune
Printre fazele sistemului fier-azot, o rezisten considerabil la coroziune o are numai faza ,
care se caracterizeaz prin cel mai mare potenial de electrod (0,1-0,13 mV n ap de mare). Nitrurareade scurt durat n condiiile nclzirii anodice, permite s se obin aceast faz sub forma unui stratcontinuu numai n soluiile care conin amoniac.
Astfel de straturi posed proprieti de protecie i pot fi obinute n mediul cu vapori
supranclzii la 450-520 . Se cunosc metode combinate de tratament care prevd oxidarea pieselorn baia cu sruri, pentru creterea rezistenei lor la coroziune dup nitrurarea gazoas. Suprapunereanitrurrii cu oxidarea se poate realiza n acelai cuptor n dou etape, sau simultan ntr-o atmosfer cucompoziie special. n anumite condiii, un astfel de tratament duce la difuzia oxigenului n oel cu
formarea oxizilor de fier, ceea ce influeneaz favorabil asupra proprietilor de exploatare a pieselor.Acest proces, numit oxinitrurare, se folosete pentru executarea din oel termorezistent a supapelor deadmisie i de evacuare pentru motoarele automobilelor.
Posibiliti suplimenare de cretere a rezistenei la coroziune a oelurilor, dup nitrurareaanodic, o d rcirea lor n aer. Stratul de oxid cel mai stabil i mai gros a fost obinut n soluia denitrai-cloruri, la rcirea probelor n aer. Din contr, la rcirea n soluie cele mai bune proprieti de
protecie le asigur soluia de clorur i amoniac, n care s-au obinut poteniale iniiale mai pozitive iintensiti mai mici ale curenilor, pe curbele poteniodinamice.
Rcirea n aer a probelor nclzite duce la o oxidare suplimentar a suprafeelor acestora, ceeace mrete grosimea stratului de oxid i crete proprietile de protecie. La polarizarea unei astfel de
probe, n domeniul potenialelor pozitive se atinge pasivizarea.
Saturarea simultan a oelurilor cu azot i carbon
Saturarea simultan a oelurilor cu azot i carbon n condiiile nclzirii catodice i anodice,este numit nitrocementare sau cianurare. La suprafaa oelului 40X, dup saturarea cu azot i carbonse fixeaz de obicei o pelicul carbonitrurat a fazei , sub ea martens