stiinta si ingineria materialelor-curs

5/22/2018 Stiinta Si Ingineria Materialelor-curs

DORU CIUCESCU

TIINAI

INGINERIAMATERIALELOR

EDITURA DIDACTIC I PEDAGOGICBUCURETI

2006


Copyright 2006 To!t" #r"pt$ri%" !&"'t"i "#i(ii '$)t r"*"r+!t"E#it$rii Di#!&ti&" ,i P"#!gogi&"- B$&$r",ti

R"."r")(i ,tii)(i.i&i/ pro.$)i+ #r i)g Co)'t!)ti) D$1itr"'&$

pro.$)i+ #r i)g A%"!)#r$ Tr!i!) D$1itr"'&$

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionaletiina i ingineria materialelor /

Doru CiucescuEditura Didactic i Pedagogic Bucureti 2006

! "#$ 2% cmBibliogra&ie

I'BNI'BN


CUVNT NAINTE

nc de acum trei milioane de ani, din paleolitic (gr. palaios, vechi, i lithikos,de piatr), de cnd omenirea a nceput s foloseasc unelte din piatr cioplit,materialele nemetalice s-au diversificat i dezvoltat continuu, astfel nct astzi asistmla o adevrat eplozie a descoperirilor de noi materiale nemetalice, care s satisfaceigen!ele tot mai ridicate ale diferitelor industrii.

"e de alt parte, n prezent, o!elul este principalul material utilizat, deciomenirea triete nc n epoca fierului, care a nceput n #$%% '%% .e.n., care aaprut dup epoca ronzului, despre care sunt dovezi din *%% .e.n.

+e poate afirma c de aproimativ ase milenii omul se ocup cu producerea i

utilizarea concomitent att a materialelor metalice ct i nemetalice.ererea tot mai mare de materiale cu propriet!i speciale a dus laimpulsionarea cercetrilor n domeniu. stfel, n ultimele decenii s-a reuit s se

staileasc influen!a unor elemente de microaliere neelucidate sau necunoscuteanterior datorit tehnicilor rudimentare de analiz i s pun la punct mrci demateriale metalice cu propriet!i aparent paradoale.

aterialele nemetalice cuprind materialele oidice (materialele ceramice,sticlele, materialele arazive, lian!ii, materialele refractare) i materialele polimerice(masele plastice, adezivii, cauciucurile). / categorie special de materiale o formeazmaterialele compozite, care pot con!ine fie numai materiale nemetalice, fie numaimateriale metalice sau att materiale nemetalice ct i materiale metalice. n aceast

ultim categorie este inclus i lemnul, ca material compozit cu fire.n contetul mondializrii economiei, tot mai multe materiale metalice indigene

vor fi nlocuite cu materiale din import i invers. "entru uurarea alegerii i utilizriimaterialelor metalice, n 0omnia s-a trecut treptat la nlocuirea vechilor +1+-uri(+1ndard de +tat) cu noile +0 23-uri (+tandard 0omn conform cu 2uropean 3orm)

sau cu noile standarde 4+/ (4nternational +tandard /rganisation)./ prolem de importan! deoseit este alegerea optim a materialelor,

conform principiului o!inerii maimului de performan!e tehnice cu minimum decheltuieli. 5in acest motiv este necesar o un cunoatere a propriet!ilor, structurii,compozi!iei chimice i rela!iilor dintre acestea.

n acest sens, lucrarea de fa! i propune realizarea unei prezentri progresivei sistematizate mpr!it pe dou pr!i a urmtoarelor proleme6

-partea 46-structura cristalin a materialelor metalice7-comportamentul materialelor metalice la solicitri mecanice7-difuzia n materialele metalice7-diagrame de echiliru temodinamic al fazelor alia8elor inare7-definirea, clasificarea i simolizarea alia8elor fierului, aluminiului icuprului7-tratamentele termice ale alia8elor fierului, aluminiului i cuprului7

((


-partea a 44-a6-lemnul7-masele plastice7-cauciucul7

-materialele oidice (ceramice).5e asemenea, lucrarea mai cuprinde un ultim capitol consacrat materialelor

compozite."rin modul i nivelul de prezentare al con!inutului, lucrarea se adreseaz n

primul rnd studen!ilor, dar poate interesa inginerii i tehnicienii din produc!ie,cercetare i proiectare.

ontient fiind de ntinderea mare a suiectului tratat i de lipsurile inerenteunui mod de aordare suordonat strict scopurilor propuse, autorul consider orice

sugestie i recomandare ca un gest de unvoin!.

utorul

3%(


C)P*IN'

P+*,E+ I# -+,E*I+.E -E,+.ICE#############################################%

C+PI,.). I# ',*)C,)*+ C*I',+.IN1 + -+,E*I+.E.*-E,+.ICE#%

I## Introducere#########%I#2# .egtura metalic#%

I#2##'tructura atomului##%I#2#2#,i"uri de legturi####!

I## 'tructura "olicristalin a metalelor#6I### Elemente de cristalogra&ie#6I##2# 'tructuri cristaline "rinci"ale ale metalelor "ure##2!I### 'tructuri cristaline ale alia3elor#############24I##%# De&ecte cristaline###0

C+PI,.). II# C-P*,+-EN,). -+,E*I+.E.* -E,+.ICE.+ '.ICI,1*I -EC+NICE##

II## Introducere##

II#2# .imita de elasticitate la &or&ecare 5n caul ru"erii simultane alegturilor metalice dintre toi ionii%

II## -ecanismul de&ormrii "lastice "rin alunecare##!II#%# 'isteme de alunecare###7II#!# -ecanismul de&ormrii "lastice "rin maclare######4II#6# -ecanismele duri&icrii##8

C+PI,.). III# DI9):I+ ;N -+,E*I+.E.E -E,+.ICE###%

III## Introducere%III#2# Di&uia 5n metale###%

III#2## -ecanismele di&uiei 5n metale#%III#2#2# .egile autodi&uiei#%%

III## Di&uia 5n alia3e#%!III### -ecanismele di&uiei 5n alia3e###%!III##2# .egile di&uiei 5n alia3e##%6

III#%# +"licaii ale legilor di&uiei##%7III#%## +"licaii ale legilor di&uiei 5n regim staionar##%7III#%#2# +"licaii ale legilor di&uiei 5n regim nestaionar##%8

(!(


C+PI,.). II.IB*) ,E*-DIN+-IC +.9+:E.* 'I',E-E.* DE +.I+?E###!2

I


I


4I26 E"1p%" #" 17r&i #" !%$1i)i$ ,i #" !%i!" p" 5!*7#" !%$1i)i$ &o).or1 SR EN =>=8888889


C+PI,.).


IG#7#%# Poliacrilicii i co"olimerii s######24IG#7#!# Polimerii &luorai########242IG#7#6# Polioimetilenele#############24%IG#7#7# Poliamidele###########24!

IG#7#4# Poliesterii saturai###########246IG#7#8# Policarbonaii###############247IG#7#0# Polimerii sul&onici##########244IG#7#2# Polisul&ura de &enilen#########280IG#7#2# Poli&enilen oidul#######280IG#7## DeriAaii celuloici#########28IG#7#%# *inile "olie"oidice########28IG#7#!# Poliimidele#########28!IG#7#6# 'iliconii######28!IG#7#7# +mino"lastele#########286IG#7#4# Poliesterii nesaturai#######287

IG#7#8# 9eno"lastele############288IG#7#20# Poliuretanii#########0

C+PI,.). G# C+)CI)C).###0%

G## Introducere####0%G#2# *ealiarea "unilor 5ntre macromoleculele liniare####06G## Cauciucuri sintetice########04

C+PI,.). GI# -+,E*I+.E.E GIDICE CE*+-ICE###0

GI## Introducere########0GI#2# 'tructura silicailor naturali#0GI## Princi"alele clase de silicai naturali###2GI#%# -aterialele ceramice###%GI#!# 'ticlele#6GI#6# -aterialele abraiAe20GI#7# .ianii##2GI#4# -aterialele re&ractare##2%

C+PI,.). GII# -+,E*I+.E.E C-P:I,E#########26

GII## Introducere#####26GII#2# -aterialele com"oite cu "articule####27GII## -aterialele com"oite cu &ibre########0GII#%# -aterialele com"oite laminare#########6

+NEG1# P*P*IE,1I.E -EC+NICE +.E -+,E*I+.E.* -E,+.ICE##########################################################4+## Pro"rietile mecanice ale oelurilor#############################################################4

((


+###eluri carbon de u general ',+' !00 / 2(40########################################4+##2# eluri cu granulaie &in

',+' 802(44$ 042(40$ !0!(48$ 7! / 2(40####################################4+### eluri de u general "entru construcii reistente

la coroiunea atmos&eric ',+' !00 / (40###########################################8+##%# eluri "entru armarea betonului ',+' %4 / (48################################8+##!# eluri "entru "recom"rimarea betonului ',+' 6%42 / 2(40#################8+##6# eluri "entru construcii naAale ',+' 42%(46####################################8+##7# eluri "entru eAi &r sudur de u general ',+' 44(40################%0+##4# eluri "entru eAi &r sudur destinate industriei "etroliere ',+' 44!(44#########################################################################################%0+##8# eluri "entru eAi utiliate la tem"eraturi ridicate ',+' 44%(47$ !2(47########################################################################%0+##0# eluri "entru eAi utiliate la tem"eraturi scute ',+' 042(44######################################################%

+### eluri "entru caane i reci"ieni sub "resiune "entru tem"eraturi ambiante i ridicate ',+' 244 / (44##############################%+##2# eluri "entru caane i reci"ieni sub "resiune "entru

tem"eraturi ridicate i scute ',+' 244 / 2(44###############################%+### eluri "entru table groase "entru reci"ieni sub "resiune

"entru tem"eraturi ridicate i scute ',+' !02(48%+##%# eluri "entru table i beni ambutisate ',+' 8%4!(40$ !0(40######################################%2+##!# eluri "entru table i beni caroserii auto ',+' 04(40###%2+##6# eluri "entru table mi3locii i groase deca"ate ',+' !08(40###%2+##7# eluri "entru table subiri i beni late ',+' 872%(40#######%2+##4# eluri 5mbuntite cu limit de curgere ridicat ',+' !2(4!#%2+##8# eluri "entru ine de cale &erat ',+' 800(48#####%+##20# eluri "entru osii ',+' 8%7(80########%+##2# eluri carbon de calitate ',+' 440(44#######%+##22# eluri "entru table groase "entru Aiaducte i "oduri de osea ',+' 247(44#########################################################################%%+##2# eluri "entru "relucrarea "e maini(unelte automate ',+' !0(44###########################################################%%+##2%# eluri "entru roi dinate ',+' !2(8##########%%+##2!# eluri "entru rulmeni ',+' 2!0(48##%%

+##26# eluri aliate "entru tratamente termice',+' 78(44$ !(44$ 7%!0(48$ !06(40###################################%!+##27# eluri "entru autoturisme ',+' !00 / 2(48####%6+##24# eluri "entru sa"e de &ora3 i transmisii @idromecanice

',+' !0%(40############################################################%6+##28# eluri "entru arcuri

',+' 78!(47$ !%(40$ !4(47$ 47(46#####%7+##0# eluri "entru organe de asamblare la tem"eraturi 5nalte sau 3oase ',+' 7%!0(48$ 842(42$ 440(44$ 280(44$ !2(47 042(44 %7+### eluri termoreistente "entru organe de asamblare ',+' !22(40#####################################################################################%4

(2(


+##2# eluri inoidabile ',+' !4(47#######################################################%4+### eluri "entru su"a"e de motoare ',+' (44$ !2%(40############%8+##%# eluri re&ractare ',+' !2(47########################################################%8+##!# eluri carbon turnate 5n "iese ',+' 600(42#######################################%8

+##6# eluri aliate turnate 5n "iese ',+' 77(42#######################################!0+##7# eluri aliate turnate "entru armturi ',+' 8277(4%###########################!+##4# eluri aliate turnate reistente la tem"eraturi ridicate ',+' 2%0%(4!####################################################################################!+##8# eluri aliate turnate re&ractare i anticoroiAe ',+' 64!!(46###########!2+##%0# eluri aliate turnate reistente la tem"eraturi scute ',+' 2%0(4!#####################################################################################!

+#2# Pro"rietile mecanice ale &ontelor###############################################################!+#2## 9onte cenuii cu gra&it lamelar turnate 5n "iese ',+' !64(42##############!+#2#2# 9onte cenuii turnate 5n "iese "entru maini(unelte ',+' 4!%(46######!

+#2## 9onte cu gra&it Aermicular turnate 5n "iese ',+' 2%%(46#################!+#2#%# 9onte maleabile turnate 5n "iese ',+' !68(42######################################!%+#2#!# 9onte cu gra&it nodular turnate 5n "iese ',+' 607(42########################!%+#2#6# 9onte re&ractare turnate 5n "iese ',+' 2%%(46#################################!%+#2#7# 9onte austenitice turnate 5n "iese ',+' 0066(7!################################!!+#2#4# 9onte reistente la uur abraiA turnate 5n "iese ',+' 2%6(78#####!!

+## Pro"rietile mecanice ale alia3elor de aluminiu###########################################!6+### +lia3e de aluminiu turnate 5n "iese ',+' 20 / 2(42#############################!6+#%# Pro"rietile mecanice ale alia3elor de cu"ru################################################!8+#%## Bronuri Cu('n de&ormabile ',+' 8(40###########################################!8+#%#2# Bronuri Cu('n turnate 5n "iese ',+' 87 / 2(4###############################!8+#%## Bronuri cu aluminiu Cu(+l "entru de&ormare ',+' 20(40#############!8+#%#%# Bronuri cu aluminiu Cu(+l turnate 5n "iese ',+' 84 / 2(4###########!8+#%#!# +lame Cu(:n "entru de&ormare ',+' 8!(47######################################60+#%#6# +lame Cu(:n turnate 5n "iese ',+' 88 / 2(46##################################60

BIB.I=*+9IE##6

((


PARTEA I

MATERIALE METALICECAPITOLUL I

STRUCTURA CRISTALIN A MATERIALELOR METALICE

I9 I)tro#$&"r"

-etalele sunt elemente c@imice cu luciu caracteristic o"ace maleabile buneconductoare de cldur i electricitate# "ro"rietate remarcabil a metalelor estecreterea cu tem"eratura a reistiAitii electrice#

+ceste "ro"rieti ale materialelor metalice sunt con&erite deF

(legtura metalic$(structura "olicristalin#

I2 L"g7t$r! 1"t!%i&7

I29 Str$&t$r! !to1$%$i

+tomul este &ormat dintr(un nucleu i electroni#Nucleul este &ormat dinF

(neutroniF(masaF mnJ m"(sarcina electricF nul$

("rotoniF(masaF m"K670(27Lg$(sarcina electricF eK M60(8C#

Electronii "ot &i caracteriai ast&elF(masaF meK0#80(0Lg$(sarcina electricF eK (60(8C#

+tomul are sarcin electric nul deoarece numrul de electroni este egal cunumrul de "rotoni numr denumit numr atomic :#

Electronii se gsesc 5n 3urul nucleului "e straturi de di&erite energii notate .

- etc# 9iecare strat "oate conine un numr maim de electroniF 2 "entru stratul 4"entru stratul . 4 "entru stratul - etc#)n model sim"lu dar &iic incorect este modelul s&eric 5n care nucleul se

gsete 5n centrul s&erei iar electronii au traiectorii coninute 5n s&ere de di&erite rae#*a"ortul raa unei s&ere / raa nucleului este de ordinul ecilor de mii ast&el c se "oates"une c solidele 5n ciuda a"arenelor sunt materiale mai mult goale#

Dac stratul eterior de electroni este saturat atunci atomul res"ectiA este stabil#+tomii "ot deAeni stabili &ieF

(cedHnd electroni cum este caul metalelor$(acce"tHnd electroni ca 5ntHlnit la nemetale#

(%(


I22 Tip$ri #" %"g7t$ri

.egturile "ot &iF(ionice$

(coAalente$(metalice#

+ceste legturi determin "ro"rietile s"eci&ice di&eritelor materiale aa cum seobserA 5n tabelul # ,abelul

.egturi intermetalice Pro"rieti caracteristice Eem"lede materiale

.egtura ionic 9ragilitate trans"arenre&ractaritate 5nalt &oarte slabconductiAitate electric

NaCl$+l2

.egtura coAalent Duritate 5nalt re&ractaritate 5nalt&oarte slab conductiAitate electric

'i$C sub &orm de

diamant.egtura metalic -aleabilitate bun o"acitate bun

conductiAitate electricCu$ +l$ 9e

.egtura ionic se realia 5ntre atomi &oarte electro"oitiAi i &oarteelectronegatiAi "rin cedare re"ectiA "rin acce"tare de electroni de Aalen#

.egtura coAalent are loc 5ntre elemente a"ro"iate 5n tabelul "eriodic "rin"unerea 5n comun a unor electroni de calen 5n Aederea com"letrii straturilor loreterioare aa cum este re"reentat sc@ematic 5n &igura #

9ig# *e"reentarea sc@ematic a unei legturi coAalente

Din caua numrului mic de electroni de Aalen metalele nu(i "ot com"letaoctetul de electroni deci nu "ot &orma legturi ionice sau coAalente# .egtura metalic"oate &i descris ca &ormat dintr(un Osc@eletde ioni a&lai 5ntr(un Onor de electroni deAalen# Ionii sunt atHt de a"ro"iai 5ntre ei 5ncHt#electronii de Aalen nu mai a"arinnumai unui atom sau a unei "erec@i de atomi ci deAin comuni tuturor atomilor#

.egtura metalic "oate &i descris ca &ora de atracie dintre ionii "oitiAi iOnorul de electroni de Aalen#

Dei sim"list aceast descriere a legturii metalice "ermite e"licarea"rinci"alelor "ro"rieti ale metalelor#

(!(


I: Str$&t$r! po%i&ri't!%i)7 ! 1"t!%"%or

I:9 E%"1")t" #" &ri't!%ogr!.i"

)n monocristal "er&ect este &ormat dintr(un ansamblu de ioni aran3ai 5ntr(unanumit mod 5n s"aiu#

'tructura cristalin este &ormat dinF(reeaua cristalin$(motiAul cristalin#

*e"reentarea 5n "lan a unei reele cristaline este dat 5n &igura 2# nod

reeaua cristalin motiAul cristalin structura cristalin

9ig#2*e"reentarea 5n "lan a unei reele cristaline

*eeaua cristalin este obinut "rin re"etarea unei celule elementare# Celulaelementar este caracteriat de "arametrii de reea# Parametrii de reea sunt Aectorii "eaele Q i 9ig# #

nod c R

S b Q

aT

9ig#Parametrii celulei elementare

(6(


Poiia unui nod oarecare este dat de relaiaF

r K a u M b A M c U 5n careF

(a b i c sunt numere 5ntregi$

(u A i U sunt Aectori unitari#'unt 7 celule elementare care de&inesc 7 sisteme cristaline ,abelul 2#

,abelul 2#'isteme cristaline Parametrii reelei

a b c R T SCubic a K b K c R K T K S K 800

*omboedric a K b K c R K T K S V 800

>eagonal a K b V c R K T K 80$ S K 20

0

,etraedric a K b V c R K T K S K 800

rtorombic a V b V c R K T K S K 800

-onoclinic a V b V c R K S K 800V T,riclinic a V b V c R V T V S

9iecare nod este 5ncon3urat de un motiA elementar care este cel mai micansamblu de ioni de coordonateF

(i $(Qi$(i#

+st&el dac motiAul este &ormat din ioni i K atunci &iecare ion arecoordonateleF

(ionul F($(Q$($

(ionul 2F(2$(Q2$(2$

(ionul F($(Q$(#

;n caul "articular cHnd eist un singur ion 5n motiAul cristalin de coordonateF(K0$(QK0$(K0

atunci ionul res"ectiA se gsete c@iar 5n nodul reelei cristaline#

(7(


Pentru a uura descrierea direciilor cristaline 5ntr(o reea cubic se &olosescindicii -iller care se determin "rin res"ectarea urmtoarei succesiuni de reguliF

a 5ntr(un sistem de ae coordonate orientat s"re drea"ta se determincoordonatele a dou "uncte care a"arin dre"tei$

b din coordonatele "unctului dins"re AHr&ul dre"tei se scad coordonatele"unctului dins"re coada dre"tei$c 5n caul 5n care di&erenele obinute sunt numere &racionare se aduce la celmai mic numitor i se rein numai numrtorii$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAe$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee "trate#

d2

D 0$ 0$

d d B /2$ 0$

+ $ $ 0$ 0$ 0 Q

C /2$ $ 0

9ig#%Eem"le de direcii 5ntr(o celul elementar cubic sim"l#

Pentru drea"ta ddin &ig#% indicii -iller sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de coordonate orientat s"re drea"ta se determin coordonatele adou "uncte care a"arin dre"teiF+ $ $ i 0$ 0$ 0$

b din coordonatele "unctului dins"re AHr&ul dre"tei se scad coordonatele"unctului dins"re coada dre"teiF$ $ ( 0$ 0$ 0 K $ $ $

c 5n caul 5n care di&erenele obinute sunt numere &racionare se aduce la celmai mic numitor i se rein numai numrtoriiFnu este caul$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAeFnu este caul$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee "trateFW X#

(4(


Pentru drea"ta d2din &ig#% indicii -iller sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de coordonate orientat s"re drea"ta se determin coordonatele adou "uncte care a"arin dre"teiFD 0$ 0$ i C /2$ $ 0$

b din coordonatele "unctului dins"re AHr&ul dre"tei se scad coordonatele"unctului dins"re coada dre"teiF0$ 0$ Y /2$ $ 0 K (/2$ ($ $c 5n caul 5n care di&erenele obinute sunt numere &racionare se aduce la celmai mic numitor i se rein numai numrtoriiF($ (2 2d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAeF

$ 2$ 2$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee "trateF

W 2 2X#Pentru drea"ta ddin &ig#% indicii -iller sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de coordonate orientat s"re drea"ta se determin coordonatele adou "uncte care a"arin dre"teiFB /2$ 0$ i C /2$ $ 0$

b din coordonatele "unctului dins"re AHr&ul dre"tei se scad coordonatele"unctului dins"re coada dre"teiF/2$ 0$ ( /2$ $ 0 K 0$ ($ $c 5n caul 5n care di&erenele obinute sunt numere &racionare se aduce la celmai mic numitor i se rein numai numrtoriiF

nu este caul$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAeF

0$ $ $e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee "trateF

W0 X#

Pentru a uura descrierea direciilor cristaline 5ntro reea @eagonal se &olosescindicii -iller(BraAais care se determin "rin res"ectarea urmtoarei succesiuni de

reguliFa 5ntr(un sistem de % ae coordonate a a2 a i c orientat s"re drea"ta sedetermin coordonatele a dou "uncte care a"arin dre"tei$

b din coordonatele "unctului dins"re AHr&ul dre"tei se scad coordonatele"unctului dins"re coada dre"tei$c 5n caul 5n care di&erenele obinute sunt numere &racionare se aduce la celmai mic numitor i se rein numai numrtorii$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAe$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee "trate#

(8(


d c d2

d D ($ /2$ /2$

/2$ ($ /2$ E + 0$ 0$ 0$ C

a

a2

B $ (/2$ (/2$ 0 9/2$ /2$ ($ 0$

a

9ig# !Eem"le de direcii 5ntr(o celul elementar @eagonal sim"l#

Pentru drea"ta ddin &ig#! indicii -iller(BraAais sunt determinai ast&elF

a 5ntr(un sistem de % ae coordonate a a2 a i c orientat s"re drea"ta sedetermin coordonatele a dou "uncte care a"arin dre"teiF+ 0$ 0$ 0$ i B $ (/2$ (/2$ 0$

b din coordonatele "unctului dins"re AHr&ul dre"tei se scad coordonatele"unctului dins"re coada dre"teiF0$ 0$ 0$ ( $ (/2$ (/2$ 0 K ($ /2$ /2$ $c 5n caul 5n care di&erenele obinute sunt numere &racionare se aduce la celmai mic numitor i se rein numai numrtoriiF(2 $ $ 2$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAeF

2$ $ $ 2$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee "trateF

W2 2X#


(20(Pentru drea"ta d2din &ig#! indicii -iller(BraAais sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de % ae coordonate a a2 a i c orientat s"re drea"ta sedetermin coordonatele a dou "uncte care a"arin dre"teiF

D ($ /2$ /2$ i C 0$ 0$ 0$ $b din coordonatele "unctului dins"re AHr&ul dre"tei se scad coordonatele"unctului dins"re coada dre"teiF($ /2$ /2$ ( 0$ 0$ 0$ K ($ /2$ /2$ 0$c 5n caul 5n care di&erenele obinute sunt numere &racionare se aduce la celmai mic numitor i se rein numai numrtoriiF(2$ $ $ 0$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAeF

2$ $ $ 0$

e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee "trateF

W2 0X#Pentru drea"ta ddin &ig#! indicii -iller(BraAais sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de % ae coordonate a a2 a i c orientat s"re drea"ta sedetermin coordonatele a dou "uncte care a"arin dre"teiFE /2$ ($ /2$ i 9 /2$ /2$ ($ 0$

b din coordonatele "unctului dins"re AHr&ul dre"tei se scad coordonatele"unctului dins"re coada dre"teiF/2$ ($ /2$ Y /2$ /2$ ($ 0 K 0$ (/2$ /2$ $c 5n caul 5n care di&erenele obinute sunt numere &racionare se aduce la celmai mic numitor i se rein numai numrtoriiF0$ ($ $ 2$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAeF

0$ $ $ 2$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee "trateF

W0 2X#

Pentru a uura descrierea "lanelor cristaline 5n celula cubic se &olosesc indicii-iller care se determin "rin res"ectarea urmtoarei succesiuni de reguliF

a 5ntr(un sistem de trei coordonate orientat s"re drea"ta se determincoordonatele "unctelor care a"arin "lanului i intersectea cele trei ae decoordonate i se iau numai Aalorile di&erite de ero dac "lanul trece "rinorigine se "rocedea la sc@imbarea originii sistemului de coordonate$

b se inAersea Aalorile luate 5n considerare$c 5n caul 5n care se obin numere &racionare se 5nmulete numrtorul cunumitorul i se reine numai numrtorul ast&el obinut dar nu se aduce la celmai mic numitor comun$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelor

res"ectiAe$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee rotunde#


(2( "2

"

" Q

9ig#6Eem"le de "lane 5ntr(o celul elementar cubic sim"l#

Pentru "lanul "din &ig#6 indicii -iller sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de coordonate orientat s"re drea"ta se determin coordonatele

"unctelor care a"arin "lanului i intersectea cele trei ae de coordonate i seiau numai Aalorile di&erite de ero dac "lanul trece "rin origine se "rocedeala sc@imbarea originii sistemului de coordonateF K $ Q K K $

b se inAersea Aalorile luate 5n considerareF/ K $ / K $ / K $c 5n caul 5n care se obin numere &racionare se 5nmulete numrtorul cunumitorul i se reine numai numrtorul ast&el obinut dar nu se aduce la celmai mic numitor comunFnu este caul$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelor

res"ectiAe$nu este caul$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee rotunde#$$#Pentru "lanul "2 din &ig#6 indicii -iller sunt determinai ast&elF

a 5ntr(un sistem de coordonate orientat s"re drea"ta se determin coordonatele"unctelor care a"arin "lanului i intersectea cele trei ae de coordonate i seiau numai Aalorile di&erite de ero dac "lanul trece "rin origine se "rocedeala sc@imbarea originii sistemului de coordonateF K Z$ Q K Z K $

b se inAersea Aalorile luate 5n considerareF/Z K 0$ /Z K 0$ / K $c 5n caul 5n care se obin numere &racionare se 5nmulete numrtorul cunumitorul i se reine numai numrtorul ast&el obinut dar nu se aduce la celmai mic numitor comunFnu este caul$


(22(d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelor

res"ectiAe$nu este caul$

e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee rotunde#0 0 Pentru "lanul " din &ig#6 indicii -iller sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de coordonate orientat s"re drea"ta se determin coordonatele

"unctelor care a"arin "lanului i intersectea cele trei ae de coordonate i seiau numai Aalorile di&erite de ero dac "lanul trece "rin origine se "rocedeala sc@imbarea originii sistemului de coordonateF K Z$ Q K /2 K Z$

b se inAersea Aalorile luate 5n considerareF/Z K 0$ //2 K 2$ /Z K 0$c 5n caul 5n care se obin numere &racionare se 5nmulete numrtorul cu

numitorul i se reine numai numrtorul ast&el obinut dar nu se aduce la celmai mic numitor comunFnu este caul$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelor

res"ectiAe$nu este caul$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee rotunde#0 2 0#;n celula @eagonal se &olosesc indicii -iller(BraAais# Pentru "lanul " din

&ig#7 indicii -iller(BraAais sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de % ae coordonate a a2 a i c orientat s"re drea"ta sedetermin coordonatele "unctelor care a"arin "lanului i intersectea cele "atruae de coordonate i se iau numai Aalorile di&erite de ero dac "lanul trece "rinorigine se "rocedea la sc@imbarea originii sistemului de coordonateFaK Z$ a2K Z$ aK Z c K $

b se inAersea Aalorile luate 5n considerareF/Z K 0$ /Z K 0$ /Z K 0$ / K$c 5n caul 5n care se obin numere &racionare se 5nmulete numrtorul cunumitorul i se reine numai numrtorul ast&el obinut dar nu se aduce la celmai mic numitor comunFnu este caul$

d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelorres"ectiAe$nu este caul$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee rotunde#0 0 0 #Pentru "lanul "2din &ig#7 indicii -iller(BraAais sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de % ae coordonate a a2 a i c orientat s"re drea"ta sedetermin coordonatele "unctelor care a"arin "lanului i intersectea cele "atruae de coordonate i se iau numai Aalorile di&erite de ero dac "lanul trece "rinorigine se "rocedea la sc@imbarea originii sistemului de coordonateFaK $ a2K $ aK (/2 c K Z$

(2(


c "2

"

"

a

a2

a9ig#7

Eem"le de "lane 5ntr(o celul elementar @eagonal sim"l#

b se inAersea Aalorile luate 5n considerareF/ K $ / K $ (//2 K (2$ /Z K 0$c 5n caul 5n care se obin numere &racionare se 5nmulete numrtorul cunumitorul i se reine numai numrtorul ast&el obinut dar nu se aduce la celmai mic numitor comunFnu este caul$d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelor

res"ectiAe$nu este caul$e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee rotundeF

2 0#Pentru "lanul "din &ig#7 indicii -iller(BraAais sunt determinai ast&elFa 5ntr(un sistem de % ae coordonate a a2 a i c orientat s"re drea"ta sedetermin coordonatele "unctelor care a"arin "lanului i intersectea cele "atruae de coordonate i se iau numai Aalorile di&erite de ero dac "lanul trece "rinorigine se "rocedea la sc@imbarea originii sistemului de coordonateFaK $ a2K ($ aK Z c K $

b se inAersea Aalorile luate 5n considerareF/ K $ (/ K ($ /Z K 0$ / K$c 5n caul 5n care se obin numere &racionare se 5nmulete numrtorul cunumitorul i se reine numai numrtorul ast&el obinut dar nu se aduce la celmai mic numitor comunFnu este caul$


(2%(d dac se obin numere negatiAe semnul minus este "us deasu"ra numerelor

res"ectiAe$nu este caul$

e se introduc numerele obinute 5ntre "arantee rotundeF

0 #I:2 Str$&t$ri &ri't!%i)" pri)&ip!%" !%" 1"t!%"%or p$r"

Princi"alele structuri cristaline ale metalelor "ure sunt urmtoareleF( cubic cu Aolum centrat cc$( cubic cu &ee centrate c&c$( @eagonal com"act @c #

;n tabelul sunt eem"li&icate structurile cristaline ale "rinci"alelor metale din

sistemul "eriodic al elementelor#

,abelul #

0 Ia IIa IIIb I


(2!('tructura cubic centrat este constituit dintr(un motiA structural de doi ioni

unul 5n origine i cellalt 5n 5n centrul celulei elementare 9ig#4#

a

Q

aa 2

a

9ig#4'tructura cubic centrat

(ion al motiAului structural$ limita unui eem"lu de "lan cu densitatemare de ioni$ o direcie cu mare densitate de ioni

Celula elementar mai este caracteriat de urmtoarele elementeF(numrul de ioni "e celul K 2$(numrul de coordinaie K 4$

a (raa ionic K # 2

%

'tructura cubic cu &ee centrate este constituit dintr(un motiA structural de"atru ioni unul 5n origine i ceilali trei 5n centrul &eelor celulei elementare9ig#8#

Celula elementar mai este caracteriat de urmtoarele elementeF(numrul de ioni "e celul K %$(numrul de coordinaie K 2$

a 2(raa ionic K #

%

'tructura cubic cu &ee centrate "reint o com"actitate maim s"re deosebirede structura cubic centrat#


(26(

Q

a

9ig#8'tructura cubic cu &ee centrateF

(ion al motiAului structural$ limita unui "lan cu densitatemare de ioni$ o direcie cu mare densitate de ioni#

'tructura @eagonal com"act este constituit dintr(un motiA structural de doiioni unul 5n centrul baei @eagonale i cellalt 5n centrul unui tring@i din "lanulmedian 9ig# 0#

Q

a a

9ig#0'tructura @eagonal com"act

(ion al motiAului structural$ limita unui eem"lu de "lan cu densitate

mare de ioni$ o direcie cu mare densitate de ioni


(27(Celula elementar mai este caracteriat de urmtoarele elementeF

(numrul de ioni "e celul K 6$(numrul de coordinaie K 2$

a(raa ionic K # %

2

I:: Str$&t$ri &ri't!%i)" !%" !%i!"%or

+lia3ul este un material metalic alctuit din dou alia3 binar trei alia3 ternar

sau mai multe s"ecii atomice numite com"onenii alia3ului# )nii com"oneni ai alia3elor"ot &i nemetale#

'istemul de alia3e cu"rinde totalitatea alia3elor care au aceiai com"oneni#9aa este o "arte relatiA omogen din "unct de Aedere al structurii cristaline i al

caracteristicilor mecanice &iind se"arat "rin su"ra&ee inter&aice de celelalte &ae alealia3ului# 9aele s"eci&ice sistemelor de alia3e metalice sunt urmtoareleF

(metalul "ur lic@id$(metalul "ur solid$(soluia lic@id$(com"usul de&init &aa intermediar$(soluia solid#-etalul "ur lic@id este &aa 5n stare lic@id &ormat dintr(un singur com"onent#

El a"are atunci cHnd miscibilitatea 5n stare lic@id a celor doi com"oneni este nul#-etalul "ur solid este &aa 5n stare solid &ormat dintr(un singur com"onent# El

a"are atunci cHnd miscibilitatea 5n stare solid a celor doi com"oneni este nul#'oluia lic@id este &aa 5n stare lic@id 5n care com"onenii nu se se"ar#Com"usul de&init este &a solid care cores"unde unei anumite concentraii

bine de&inite i aAHnd 5n marea ma3oritate a caurilor o structur cristalin "ro"riedi&erit de cea a com"onenilor si#

'oluia solid este o &a 5n care atomii unor elemente c@imicesubstituie atomii ale altor elemente "lasai 5n "oiii caracteristice structurii cristaline

eistente soluie solid de substituie sau ocu" "oiii care nu a"arin reelei cristalineeistente a soluiei solide soluie solid de interstiie#'oluiile solide de interstiie a"ar atunci cHnd ionii de interstiie au dimensiuni

mici cum este caul carbonului @idrogenului aotului boruluietc#'oluiile solide de substituie sunt cele mai numeroase# Ele "ot &iF( soluiile solide deordonate dac substituia se realiea 5ntHm"ltor$( soluiile solide ordonate dac substituia se "roduce numai 5n anumite "oiii#Dac reeaua cristalin a soluiei solide este cea a unui com"onent atunci soluia

solid este de s"ea Ia## CHnd structura cristalin a soluiei solide este com"let di&eritde cea a celor doi com"oneni atunci soluia solid este de s"ea a IIai 5n literatura des"ecialitate este numit &a intermediar#


(24('oluia solid iomor& este soluia solid de s"ea I a la care concentraia

su"erioar a &iecrui element tinde la limit s"re Aaloarea de 00] iar concentaia lorin&erioar tinde la limit s"re Aaloarea de 0] "entru alia3ele din sistem# ;n acest ca

structura cristalin a soluiei solide este a unuia sau a celuilalt com"onent care au reelecristaline &oarte a"ro"iate iomor&e#

'oluia solid marginal este soluia solid de s"ea I a la care concentraiasu"erioar a unui com"onent metalul de ba tinde la limit s"re Aaloarea de 00]iar concentraia celuilalt com"onent atinge saturaia# ;n "reenta lucrare soluia solidmarginal aa cum a &ost de&init mai sus Aa &i numit mai sim"lu i anume soluiesolid#

9aa intermediar este o soluie solid de s"ea a II(a 5n care concentraiasu"erioar a nici unui com"onent al alia3ului binar nu tinde la limit s"re Aaloarea de00] aAHnd sructura cristalin di&erit de cea a celor doi com"oneni# ;n categoria&aelor intermediare intr com"uii de&inii care nu eist la o com"oiie

stoec@iometric &i ci "e un domeniu de com"oiie#;ntr(un sistem de alia3e binare un metal de ba "oate &i "reent 5n mai multe

soluii solide 5n &uncie de strile lui alotro"ice i de tem"eratur#Com"uii de&inii "ot &i clasi&icai 5n &uncie de criteriile de realiare ast&elF(electroc@imici$(de ti" geometric$(electronici#Com"uii electroc@imici sunt com"ui de Aalen normal# 'tructura cristalin a

acestor com"ui "oate &i de ti"ulF(NaCl$(Ca92$(:n'$(Ni+s#Com"uii de ti" geometric au criteriu de realiare ra"ortul dintre dimensiunile

ionilor com"oneni# Dac di&erena de dimensiune ionic esteF(mare atunci se &ormea com"ui de de ti" >^gg$(relatiA mic atunci se &ormeaF

(com"ui interstiiali$( &ae de ti" .aAes cu structuraF

(-gCu2$(-g:n2$

(-gNi2$( &ae de ti" sigma#;n categoria com"uilor interstiiali intr i cementita care are o structur

ortorombic#Concentraia electronic c#e# K ra"ortul dintre numrul electronilor "eri&erici i

numrul de ioni din com"us "oate lua AalorileF( / 2$(2 / $(7 / %#

Com"uii electronici cu c#e# K / 2 au o structur cristalin c#A#c# asemntoarecu &aa T din alame#


(28(Com"uii electronici cu c#e#K 2 / au o structur cristalin cubic com"le

asemntoare cu &aa S din alame#Com"uii electronici cu c#e#K 7 / % au o structur cristalin @eagonal com"act

asemntoare cu &aa _ din alame# De asemenea 5ntr(un sistem de alia3e binar 5ntre cei doi com"oneni "ot

a"are unul sau mai muli com"ui de&inii#+ceeai soluie solid aceeai &a intermediar sau acelai com"us de&init "ot

&i "rimari secundari teriari 5n &uncie de ordinea a"ariiei lor la rcire#Constituentul metalogra&ic este agregatul cristalin cu as"ect distinct la analia

microgra&ic# ;n caul alia3elor binare constituenii metalogra&ici "ot &iF(mono&aiciF

(metale "ure$(com"usul de&init &aa intermediar $(soluii solide$

(bi&aiciF(eutectici$(eutectoii#

I:; D"."&t" &ri't!%i)"

-etalele i alia3ele au o structur &ormat dintr(o multitudine de microAolume de&orm "oliedric nuimite cristalite sau gruni cristalini# Dimensiunea medie agrunilor cristalini este de 2(20 `m 5n &uncie de condiiile de solidi&icare#

Cristalele nu sunt "er&ecte# ;ntotdeauna eist anomalii de la aran3amentulionilor# De&ectele cristaline "ot &iF

("uncti&ormeF(liniare$(de su"ra&a#De&ectele "uncti&orme "ot reulta ca urmare a "reeneiF

(unui ion al matricei 5n "oiie interstiial autointerstiial $(unui ion strin 5n "oiie interstiial ion strin interstiial $(unui ion strin 5n "oiie substituional ion strin substituional $(unui lac Aacant 5n structura cristalin Aacan #


(0(Dislocaiile stau la baa mecanismului "rinci"al de de&ormare "lastic#.ungimea liniilor de dislocaii ra"ortat la unitatea de Aolum numit densitate

de dislocaii are ordinul de mrimeF

(06(04cm / cm la un metal reco"t$(0(02cm / cm la un metal de&ormat "uternic#

etra"lan circuit 5nc@is de Aectorul Burgers

b

"lan de alunecare &ormat de dislocaia marginal i de Aectorul Burgers

direcie de alunecare

9ig#Dislocaie marginal

.(Aectorul unitar al liniei de dislocaie marginal$ b(Aectorul Burgers

De&ectele de su"ra&a "ot &iF(su"ra&eele libere$(limitele de grunti$(inter&eele dintre dou &ae#

'u"ra&eele libere sunt su"ra&eele de se"araie dintre materialul metalic idi&erite gae# ;n marea ma3oritate a caurilor ele nu sunt netede motiA "entru care le

sunt asociate o energie de su"ra&a cu atHt mai mic cu cHt "anul cristalogra&ic este cudensitate mai mare de ioni# 'ubstratul a&lat 5n imediata a"ro"iere a su"ra&eei libere"oate su&eri o modi&icare a orientrii "lanelor cristaline#

+ceste de&ecte au in&luen 5n "rocesele de &recare coroiune sudare etc#.imitele de gruni 9ig#2 se"ar microAolume cu orientri cristalogra&ice

di&erite# ;n &uncie de mrimea ung@iului de deorientare limitele de gruni "ot &iF(limite la ung@iuri mici dac 00$(limite la ung@iuri mari dac 00#.imitelor de gruni le este asociat o energie i constitueF

(locuri "entru am"lasarea im"uritilor$(obstacole 5n calea de"lasrii dislocaiilor#


((+ceste de&ecte au in&luen ma3or asu"ra "ro"rietilor mecanice ale

materialelor metalice#Inter&eele dintre dou &ae "ot &iF

(incoerente dac nu eist continuitate 5ntre "lanele cristaline ale celordou &ae$(coerente dac eist continuitate 5ntre "lanele cristaline ale celor dou&ae#

Inter&eelor coerente le este asociat o de&ormare local a structurii cristaline#

9ig#2.imit de grunte


(2(

CAPITOLUL IICOMPORTAMENTUL MATERIALELOR METALICE LA SOLICITRI

MECANICE

II9 I)tro#$&"r"

9orma clasic a unei diagrame de traciune este "reentat 5n &igura #

* B *m

C + *e

e

9ig#Diagram clasic de traciuneF

+(domeniul elastic al de&ormaiei reAersibile$ +B(domeniul de&ormaiei "ermanenteomogene sau al de&ormaiei "ermanente re"artiate$ BC(domeniul de gHtuire sau al

de&ormaiei "lastice localiate#

.imita de elasticitate este una din "rinci"alele caracteristici mecanice luate 5ncalculul de dimensionare al "ieselor# Prin utiliarea materialelor cu limit mare de

elasticitate se "ot "roiecta "iese cu seciuni mai mici i cu greutate mai mic#.imita a"arent de elasticitate *e este dat de relaia urmtoareF 9e

*eK 6 '0

5n careF 9e este &ora limitei de elasticitate$'0(seciunea iniial#

.imita a"arent de elasticitate *e mai este numit limit de curgere#Deoarece unele diagrame de traciune nu "reint limit a"arent de elasticitate

net a &ost necesar s se de&ineasc i urmtoarele mrimiF(limita alungirii remanente de 02 ] *r02 F


((

9r02*r02 K 7

'0

(limita conAenional de elasticitate *"02 F

9"02*"02 K 4

'0

+a cum se obserA 5n &igura 8 diagrama traciunii "reint trei domenii"rinci"aleF

(domeniul elastic al de&ormaiei elastice$(domeniul de&ormaiei "ermanente omogene sau al de&ormaiei "ermanente

re"artiate$(domeniul de gHtuire sau al de&ormaiei "lastice localiate#

II2 Li1it! #" "%!'ti&it!t" %! .or."&!r" ?) &!*$% r$p"rii 'i1$%t!)" ! %"g7t$ri%or1"t!%i&" #i)tr" to(i io)ii

Pentru determinarea limitei de elasticitate la &or&ecare cr 5n caul ru"eriisimultane a legturii metalice dintre toi ionii se consider un monocristal ca 5n &igura%# a

9ig# %Eta"e ale &or&ecrii simultane a unui monocristal

'e "oate scrie relaiaF

2 K crsin 8 a

Dac are Aalori mici atunci relaia 4 deAineF a

2 K cr 0

a


(%(Pe de alt "arte se "oate scrie relaiaF

K = a5n care = este modulul de &or&ecare#

Din relaiile 0 i reultF

= K 2 2

+ceast Aaloare este mult mai mare decHt Aalorile determinate e"erimental ianumeF

= J 0%

II: M"&!)i'1$% #".or17rii p%!'ti&" pri) !%$)"&!r"

Di&erena enorm dintre Aalorile calculate i cele determinate e"erimental alelimitei de elasticitate la &or&ecare au condus la introducerea conce"tului de dislocaie,aQlor#

Dac de&ormarea are loc "rin ru"era "rogresiA a legturilor metalice dintre ioniatunci e&ortul necesar este mult mai mic iar la scar macrosco"ic e&ectul este acelai9ig# !#

9ig# !Eta"e ale &or&ecrii succesiAe a legturilor metalice dintre ioni 5ntr(un monocristal

;n natur sunt numeroase eem"le de de"lasare "rin one de de&ormare localecum sunt urmtoareleF(de"lasarea omiilor "rin com"rimare local i succesiA 9ig# 6$(de"lasarea Aiermilor "rin trangulare local i succesiA 9ig# 7#

(!(


9ig# 6De"lasarea omiilor "rin com"rimare local i succesiA

9ig# 7De"lasarea Aiermilor "rin trangulare local i succesiA

b

a b9ig# 4

De"lasarea succesiA a dislocaieia(monocristalul 5naintea de&ormrii$ b(monocristalul de&ormat "lastic$

(linia dislocaiei$ (segment al circuitului Burgers$ (Aectorul Burgers

(6(


+a cum se obserA 5n &igurile ! i 4 de"lasarea etra"lanului dislocaiei"rin ru"erea succesiA a legturilor dintre ioni "ermite de&ormarea "lastic mult maiuoar a monocristalului# CHnd linia dislocaiei a a3uns la etremitatea monocristaluluise "roduce de&ormarea "lastic a acestuia# +lt&el s"us o "arte a monocristalului au

alunecat "e cealalt la niAelul liniei dislocaiei marginale "e direcia Aectorului Burgers#

II; Si't"1" #" !%$)"&!r"

Energia liber "e unitatea de lungime ataat unei linii de dislocaii este"ro"orional cu =b2# *eult c dislocaiile cele mai stabile au Aectorul Burgers cel maimic#

De asemenea eist sisteme de alunecare &ormate dinF(direcii de alunecare("lane de alunecare#

Direciile de alunecare sau direciile Aectorilor Burgers sunt direciile cu mare

densitate de ioni#Planele de alunecare sunt "lanele cu mare densitate de ioni deoareceF

(conin direciile de alunecare$(sunt cele mai de"rtate 5ntre ele#

9iecare structur cristalin are un numr bine de&init de sisteme de alunecare,abelul %#

,abelul %'tructura cristalin Numr de sisteme de

alunecarecc 2%c&c 2%@c 6

;n caul unui monocristal su"us la traciune 9ig# 8 e&ortul unitar la &or&ecare este dat de relaia 'c@mid(BoasF

9 cos f cos K K h cos f cos %

'0

'istemul de alunecare este 5nce"e s &uncionee atunci cHnd e&ortul unitar la&or&ecare este mai mare decHt o Aaloare critic cF

c !

(7(


.imita elastic scadeF(la creterea tem"eraturii$(cu "uritatea#

9

f

9ig#8#direcie de alunecare$ limita "lanului de alunecare de arie '$

limita seciunii transAesale a monocristalului de arie '0

.a niAelul gruntelui cristalin de&ormarea "lastic "rin alunecare "roduce "esu"ra&a deniAelri sub &orm de tre"te 5nguste care sunt Aiibile sub &orm de linii

"aralele beni de alunecare cu a3utorul microsco"ului metalogra&ic#

II= M"&!)i'1$% #".or17rii p%!'ti&" pri) 1!&%!r"

-ecanismul de de&ormare cu de"lasarea dislocaiilor este cel mai im"ortant dareist i alte mecanisme "rintre care maclarea este remarcabil#

"lanuri de macl

9ig#20'c@ema clasic a maclrii

(4(


De&ormarea "lastic "rin maclare se "roduce "rin sc@imbarea orientrii "lanelorcristaline din "artea de&ormat ast&el 5ncHt "artea de&ormat deAine simetric &a de

"artea nede&ormat 9ig#!# Planul de simetrie se numete "lan de macl#;n &uncie de structura cristalogra&ic sistemul de maclare este &ormat dinF

(direcie de maclare$("lan de maclare$(grad de maclare#'istemul de alunecare este 5nce"e s &uncionee atunci cHnd e&ortul unitar la

&or&ecare este mai mare decHt o Aaloare critic c # +ceast Aaloare de"inde deF(ctructura cristalin$(tem"eratur#+st&el 5n caul metalelor cu structur cubic centrat mecanismul de&ormrii

"oate &i "redominant "rin alunecare la tem"eraturi ridicate i "redominant "rin maclarela tem"eraturi scute 9ig#2#

c

0C9ig#2


.imita de curgere "oate &i 5mbuntit teoretic "rin dou modaliti "rinci"aleF(eliminarea dislocaiilor$(blocarea dislocaiilor#Dac eliminarea dislocaiilor ar &i "osibil la scar industrial limita de curgere

ar &i aa cum reult din relaiile 2 i de 0% / 2 mai mare#

d"

a b c d

9ig#22

Ilustrarea de"lasrii unei linii de dislocaie "rintre "articulele unei a doua &ae care se

gsesc 5n "lanul ei de alunecareFabcd(eta"e ale de"lasrii unei linii de dislocaie "rintre "articulele unei a doua &ae"articule care se gsesc 5n "lanul ei de alunecare#

Deoarece materialele metalice sunt "olicristaline blocarea dislocaiilor are douas"ecte i anumeF

(blocarea dislocaiilor 5n interiorul gruntelui cristalin creterea limiteide curgere intrinseci$

(blocarea reci"roc a dislocaiilor(blocarea dislocaiilor la niAelul limitei de grunte#

(%0(


Pentru de"lasarea unei dislocaii iolate 5n interiorul unui grunte cristalin estenecesar s se eercite la niAelul inimei dislocaiei res"ectiAe o &or numit Peierls(

Nabaro# +ceast &or este di&icil de determinat#;n a&ar de &ora Peierls(Nabaro creterea limitei de curgere intrinseci mai "oate

&i in&luenat datorit a trei e&ecte i anumeF(e&ectul "unerii 5n soluie$(e&ectul "reci"itrii unei a doua &ae$(e&ectul creterii densitii dislocaiilor#Introducerea unui element de aliere 5ntr(o soluie solid "roduce un cHm" de

tensiuni 5n reeaua cristalin care interacionea cu cel core"untor dislocaieiconstituindu(se ca un obstacol 5n calea dislocaiei res"ectiAe# +earea "re&erenial aatomilor elementelor de aliere 5n 3urul inimii dislocaiei duce la scderea energieisistemului i 5n consecin se "roduce s"ontan# +cest e&ect &ace ca un metal "ur s &iemai moale decHt alia3ul su#

Preena 5n interiorul unui grunte cristalin a unor "articule dure care se

&oar&ec &oarte greu i bine dis"ersate constituie un mi3loc &oarte e&icace deblocare a dislocaiilor# Cu cHt distana d" dintre dou "articule este mai mic cu atHte&ortul necesar "entru ca dislocaia s le de"easc trebuie s &ie mai mare#-ecanismul acestei duri&icri este "reentat sc@ematic 5n &igura 22# ;n urm dislocaialas cHte un cerc de dislocaie 5n dre"tul &iecrei "articule#

De asemenea s(a demonstrat c "reci"itatele coerente cu reeaua cristalin amatricei metalice la care "lanele cristaline au continuitate cu "lanele cristaline alematricei metalice bloc@ea mai e&icient dislocaiile decHt un "reci"itat incoerent#Di&erena dintre un "reci"itat coerent i unul incoerent este ilustrat 5n &igura 2#

a

b

9ig#2

Ilustrarea di&erenei dintre un "reci"itat coerent i unul incoerentFa("reci"itat coerent$ b( "reci"itat incoerent#

(%(


)n alt &a"t remarcabil este eistena unei mrimi critice a "articulelor sub caree&ectul lor asu"ra duri&icrii deAine negli3abil#

;n acelai tim" creterea mrimii "ariculelor ca urmare de eem"lu a&enomenului de coalescen diminuea considerabil e&ectul lor asu"ra duri&icrii#

Dislocaiile se "ot bloca reci"roc 5n caul mririi densitii dislocaiilor#Pe "arcursul unei de&ormaii "lastice la rece se obserA o cretere a densitii

dislocaiilor# Datorit interaciunii dintre dislocaii alia3ul se duri&ic &enomen numitconsolidare#

Dac materialul metalic este su"us unei 5ncliri a"are o rearan3are i oani@ilare reci"roc 5ntre dislocaii care duce la o scdere "rogresiA a limitei decurgere# +cest com"ortament este numit &enomen de restaurare i "recede &enomenul derecristaliare care este 5nsoit de o scdere brusc a limitei de curgere# +mbele&enomene deAin sco"ul unor tratamente termice care "oart acelai numeF tratamentultermic de restaurare res"ectiA de recristaliare#

Blocarea dislocaiilor la niAelul limitei de grunte se datorete &a"tului c nu

eist continuitate 5ntre "lanele di&eriilor gruni cristalini# +st&el "lanul de alunecareorientat &aAorabil con&orm legii 'c@mid Boas 5n care se de"lasea o dislocaie 5ntr(ungrunte cristalin nu se continu 5n grunii Aecini# De&ormarea "lastic se "ro"ag de laun grunte cristalin la altul atunci cHnd se de"ete o anumit Aaloare critic de&or&ecare care este Aariabil 5n &uncie de dimensiunea medie a grunilor d#


CAPITOLUL IIIDI@UIA N MATERIALELE METALICE

III9 I)tro#$&"r"

)n cor" metalic dei la "rima Aedere "are a &i masiA i rigid totui la scaratomic s(a obserAat c este mai mult s"aiu gol decHt dens i c ioniiatomii se mic continuu "e distane mai mici sau mai mari# +ceast micare aionilor atomilor metalici 5ntr(un cor" solid este numit di&uie#

Di&uia se "roduce la orice tem"eratur mai mare de 0 i "reint un interesdeosebit cHnd duce la modi&icri "ronunate ale "ro"rietilor materialelor metalice#

III2 Di.$*i! ?) 1"t!%" A$to#i.$*i!

III2 9 M"&!)i'1"%" #i.$*i"i ?) 1"t!%"

+utodi&uia se realiea "rin salturi ale ionilor actiAai termic din Aec@ea"oiie 5ntr(o "oiie Aecin# Pentru eecutarea unui salt di&uiA este necesar s eiste o

&luctuaie &oarte mare a energiei de Aibraie a ionilor corelat cu o sincroniarecores"untoare a micrii ionilor Aecini#-ecanismele "osibile ale autodi&uiei sunt urmtoareleF(cu Aacane 9ig# 2%#a$(cu interstiial 9ig# 2%#b(sc@imbul direct 9ig# 2%#c$(sc@imbul ciclic 9ig# 2%#d#


a b c d9ig# 2%

-ecanismele "osibile ale autodi&uieiFa(cu Aacane$ b(cu interstiial$c(sc@imbul direct$ c(sc@imbul ciclic

(ion marcat$ (ion nemarcat#

III2 2 L"gi%" !$to#i.$*i"i

,rans"ortul de mas "rin di&uie este descris cantitatiA la niAel macrosco"ic delegile lui 9icL#

Prima lege a lui 9icL 7 este o relaie cantitatiA 5ntre gradientul deconcentraie i cantitatea de material trans"ortat cu a3utorul creia se de&inetecoe&icientul de autodi&uie 5n caul di&uiei 5n regim staionar numit i di&uieuni&orm gradientul de tem"eratur este inde"endent de tim"#

3i K (Djgrad ci 7

5n careF 3ieste &luul de di&uie al ionilor solAai marcai care trece "rin unitatea desu"ra&a a ionilor solAeni nemarcai 5n unitatea de tim" "e direciile Q i $Dj ( coe&icientul de autodi&uie$ci K concentraia ionilor solAai marcai 5n ionii solAeni nemarcai#Pe direcia relaia 7 deAineF ci

3i K (Dj 4

5n careF ci / este Aariaia concentraiei de ioni solAai marcai 5n ionii solAeninemarcai "e direcia #-odi&icarea 5n tim" a concentraiei este dat de legea a II(a a lui 9icL

8 care "ermite de asemenea calculul coe&icientului de autodi&uie 5n

caul di&uiei 5n regim nestaionar numit i di&uie uni&orm gradientul detem"eratur este inde"endent de tim"#

kci K diA Djgrad ci 8kt

Pe direcia relaia 8 deAineF

kci k kci K Dj 20kt k k

(%%(


Dac se introduce o sim"li&icare considerHndu(se Dj constant atunci relaia20 deAineF

kci k 2ci K Dj 2kt k2

Di&uia neuni&orm este caul cel mai 5ntHlnit 5n "rocesele metalurgice#

III: Di.$*i! ?) !%i!"

III:9 M"&!)i'1"%" #i.$*i"i ?) !%i!"

,eoretic mecanismele "osibile ale autodi&uiei sunt aceleai cu ale autodi&uieiF(cu Aacane$

(cu interstiial$(sc@imbul direct$(sc@imbul ciclic#-ecanismul cu Aacane a &ost demonstrat "rintr(o e"erien la care s(au "us

ca"t la ca"t doua bare una de aur i una de nic@el 9ig# 2!# .a su"ra&aa de se"araie"lanul -atano au &ost "lasate buci mici de s5rm Uol&ram &oarte &in# Dac sesu"une acest ansamblu unei recoaceri re"etate unii ionii de aur trec 5n bara de nic@el iinAers# '(a obserAat c numrul ionilor de aur care trec "rin "lanul -atano este maimare decHt cel de nic@el# *eult c eist un eces de ioni care se de"lasea s"redrea"ta i 5n consecin un eces de Aacane care se de"lasea s"re stHnga antrenHndast&el de"lasarea bucilor de sHrm s"re stHnga# De"lasarea sHrmelor se "oate msura ise numete de"lasarea irLendall# "lanul irLendall "lanul -atano

+u Ni

a de"lasarea irLendall

+u on de di&uie Ni

buci &ine de Uol&ram

b

9ig#2!-ecanismul cu Aacane al di&uiei 5n alia3eF

a(5naintea 5nclirii b(du" 5nclire un tim" t#

(%!(


"Y ental"ia de actiAare molar 5n ? / mol#;n a&ar de aceti &actori coe&icientul de di&uie este in&luenat i de ali &actoriF(com"oiia c@imic$(structura cristalin#+ceast in&luen este eem"li&icat 5n tabelul !#

,abelul !#

Elementul c@imic ,em"eratura D0

cm2 / s >"

L? / -molDenumire Concentraie]

Carbon 0%7 84(7 067 !7!Carbon 2 07(!7 027 %!

,rans&ormrile de &a baate "e di&uie "reint dou eta"e im"ortanteF(germinarea$(creterea#


(%6(=ermenii a"ar ca urmare a unei Aariaii de com"oiie a &aei iniiale# Ei au

structura cristalin coerent cu &aa iniial i sunt &ormai din cHteAa sute de atomi#Eist o dimensiune criticsub care un germen nu se "oate deAolta i dis"are#

Dac tem"eratura crete germenii deAinF(mai "uin numeroi$(mai mari$(semicoereni sau incoereni cu &aa iniial#

III; Ap%i&!(ii !%" %"gi%or #i.$*i"i

III; 9 Ap%i&!(ii !%" %"gi%or #i.$*i"i ?) r"gi1 't!(io)!r #i.$*i! $)i.or17

;n acest ca gradientul de concentraie al im"uritii di&uante este meninutconstant 5n tim" deciF

kci K 0 2

kDin relaiile 2 i 22 reultF

k kci D K 0 2% k

;n consecinF

kciD K constant 2! k

*elaia 2! se mai "oate scrie

ciD K constant 26

+ceast soluie a legilor lui 9icL se "oate a"lica 5n caul di&uiei @idrogenului"rintr(o &olie metalic la care eist o di&eren de "resiune a @idrogenului constant aatmos&erei cu care Aine 5n contact &iecare din cele dou su"ra&ee 9ig# 27#

+st&el cantitatea de @idrogen care traAersea &olia metalic 5n unitate detim" esteF

c2 c K ? ' K D> 27 .5n careF ' este aria su"ra&eei &oliei metalice$

. Ygrosimea &oliei metalice#


(%7(

"resiune &olie "resiune 5nalt metalic 3oas

c2 c

c c2

c

.

9ig# 27Di&uia uni&orm a @idrogenului "rintr(o &olie metalicF

cY concentraia @idrogenului 5n atmos&era cu "resiune 3oas$c2Y concentraia @idrogenului 5n atmos&era cu "resiune 5nalt#

)n alt eem"lu de a"licaie este determinarea grosimii unui strat de oid "esu"ra&aa unui cor" metalic a&lat 5n contact cu o atmos&er oidant 9ig# 24#

atmos&er strat cor" oidant de oid metalic

c

c c

9ig# 24Di&uia uni&orm a oigenului "rintr(un strat de oidFc( concentraia oigenului 5n stratul de oid#


Concentraia de oigen scade 5n stratul de oid de la stHnga la drea"taF

c 0 28

Din relaiile 26 24 i 28 reultF

d c K ( LD 0d

Din relaia 0 reultF

2 K ( 2LDc K 2

'e "oate scrie relaiaF

( 2LDc K 2 2

*eultF

K

III; 2 Ap%i&!(ii !%" %"gi%or #i.$*i"i ?) r"gi1 )"'t!(io)!r #i.$*i!)"$)i.or17

)n eem"lu de a"licare a legilor di&uiei neuni&orme este carburarea unui cor"din &ier te@nic "ur 9ig# 28# Practic se "oate determina coninutul minim de carbon alcor"ului metalic la o anumit adHncime de la su"ra&a#

Datele "roblemei sunt urmtoareleF(tim"ul K 0 ore$(tem"eratura , K 200 $(concentraia gaului metan din atmos&era agregatului de cementare la su"ra&aa

cor"ului metalic cs K % ]$(adHncimea de la su"ra&a K 0 cm#

;n stratul cementat concentraia carbonului scade de la c' la c0 con&orm relaieiF

c K c0M csY c0 ( er& % 2 DC

5n careF c0este concentraia iniial a cor"ului metalic$DCY coe&icientul de di&uie al carbonului$( adHncimea 5n "lac la care concentraia de carbon este egal cu c$er& ( &uncia erorilor lui =auss ale cror Aalori 5n &uncie de argument

este dat 5n tabelul 6#

(%8(


atmos&er &ierde te@nic

cementare "ur

a ] C %

00 b

] C %

00

c9ig# 28

Di&uia carbonului 5ntr(un cor" de &iera(re"reentarea sc@ematic a cor"ului solid din &ier$ b(Aariaia coninutului de carbon la

5nce"utul cementrii$ c( Aariaia coninutului de carbon la momentul #

,abelul 6# er&

0 00000 0202 0220 0280% 0%240! 0!2

06 0660%07 067404 07%208 07870 04%2 080% 08!26 087620 088!2% 0888

(!0(


'e consider cF

c0 K 0 !

Din relaiile i % reultF

c K cs ( er& 6 2 Dc

.a tem"eratura de 2000C coe&icientul de di&uie al carbonului esteF

DC K ! 0(7cm / s 7

*eult F

c K 082 ] 4

(!(


CAPITOLUL I4DIAGRAME DE ECILIBRU TERMODINAMIC AL @AELOR SISTEMELOR

DE ALIAFE

I49 I)tro#$&"r"

'trile de ec@ilibru termodinamic al sistemelor de alia3e sunt re"reentate dediagramele de ec@ilibru al &aelor# +ceste stri sunt atinse &oarte rar i de &a"tre"reint stri de re&erin s"re care sistemele de alia3e au tendina s eAoluee#

Condiiile de realiare a diagramelor de ec@ilibru termodinamic al &aeloralia3elor binare se obin "rin rciri sau 5ncliri &oarte lente#

I42 C$r5" #" 'o%i#i.i&!r"

Curbele de solidi&icare sunt re"reentri gra&ice ale &uncieiF

,K& 8

5n careF , este tem"eratura absolut 0 sau 0C$( tim"ul#

Ele se obin "rin msurarea continu a tem"eraturii alia3elor "e "arcursul rciriianalia termic sim"l# Pentru determinarea Aalorilor tem"eraturii trans&ormrilor de&a se utiliea i alte metode termice analia termic di&erenial dilatometric etc#

"recum i metode de alt natur ca de eem"lu analia microsco"ic o"tic ielectronic analia di&ractometric cu rae G#

0C metal lic@id soluie lic@id metal lic@id M metal solid soluie lic@id M com"us de&init p

metal solid com"us de&init

min#

9ig#2!Curba de solidi&icare ti"ic "entru metale "ure

sau com"ui de&inii cu to"ire congruent F

( "unct de 5nce"ut de solidi&icare$ p( "unct de s&Hrit de solidi&icare#


(!2( 0C

soluie lic@id

soluie lic@id Msoluie solid R soluie lic@id RE soluie solid REp M M soluie solid TEpp

p pp soluie solid R M M soluie solid T

min#

9ig#26Curba de solidi&icare ti"ic "entru un alia3 care

su&er o trans&ormare eutecticF ("unct de 5nce"ut de solidi&icare$ p( "unct de 5nce"ut de trans&ormare eutectic$ pp(

"unct de s&Hrit de trans&ormare eutectic i de s&Hrit de solidi&icare#

Curba de solidi&icare ti"ic "entru un metal "ur sau "entru un com"us de&init cuto"ire congruent este dat de &igura 2!#

Palierul p re"reint trecerea ioterm din starea lic@id 5n starea solid a&aelor menionate anterior#

Curba de solidi&icare ti"ic "entru un alia3 care su&er o trans&ormare eutectic

este dat 5n &igura 26#Palierul p re"reint trans&ormarea ioterm eutectic#Curba de solidi&icare ti"ic "entru un alia3 care conine numai soluie solid i

care nu su&er trans&ormri tri&aice sau diAerse trans&ormri 5n stare solid este dat 5n&igura 27#

0C

soluie lic@id

soluie lic@id M soluie solid R

p soluie solid R

min#9ig#27

Curba de solidi&icare ti"ic "entru un alia3 care conine numai soluie solid

"rimar i care nu su&er trans&ormri eutecticeF


( "unct de 5nce"ut de solidi&icare$ p( "unct de s&Hrit de solidi&icare#

(!(I4: L"g"! .!*"%or

Din "unct de Aedere termodinamic starea unui sistem alctuit dintr(un numrmare de "articule atomi molecule etc este descris de energia liber =ibbsF

= K ) Y ,' M "< %0

5n careF ) este energia liber$'(entro"ia$


(!%(Dac eist o singur &a n K 2 q K Ar K 2 tem"eratura i concentraia "ot

Aaria 5ntre anumite limite limitele domeniului mono&aic din diagrama de ec@ilibru

termodinamic al &aelor &r a sc@imba natura &aelor#;n caul 5n care coeist dou &ae n K 2 q K 2 Ar K com"oiia c@imic a

&aelor 5n ec@ilibru este riguros determinat a se Aedea regula oriontalei la oricemodi&icare a tem"eraturii 5ntre anumite limite limitele domeniului bi&aic dindiagrama de ec@ilibru termodinamic al &aelor#

CHnd coeist trei &ae n K q K 2 Ar K 0 numrul gradelor de libertatedeAine nul i la o tem"eratur "er&ect "reciat linia oriontal din diagrama deec@ilibru termodinamic al &aelor are loc trans&ormarea tri&aicF

q qp p M q %4

Ec@ilibrul acestei trans&ormri ioterme eAoluea 5ntr(un sens sau altul du"cum sistemul "rimete sau cedea cldur#

I4; E%"1")t"%" gr!.i&" !%" #i!gr!1"%or #" "&hi%i5r$ t"r1o#i)!1i& !% .!*"%or!%i!"%or 5i)!r"

Diagramele de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare suntre"reentri gra&ice ale &uncieiF

, K & n %8

5n careF , este tem"eratura$n Y concentraia global a &iecrui com"onent al sistemului de alia3e

binare n K 2#)n eem"lu de diagram de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare

este dat 5n &igura 24#

0C 2 ,+ 7

8 ,B

% E ! Ep E 4 2 0 8 6

6 62 6 6%

# + * ] B B

9ig#24

Diagram sc@ematic de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare


(!!(+ele de coordonate ale acestei diagrame sunt urmtoareleF3abscisaF linia oriontal +B care re"reint concentraia globala n a &iecrui

com"onent al sistemului de alia3e n K 2#5n ] masice sau Aolumice$(ordonataF linia Aertical +,+ care re"reint tem"eratura absolut saurelatiA 0C#

De asemenea se disting urmtoarele liniiF(linia ,+E,B F linia lic@idus care este locul geometric al tuturor "unctelor

re"reentHnd 5nce"utul solidi&icrii alia3elor din sistem# Deasu"ra liniei lic@idus toatealia3ele sunt 5n stare lic@id#$

(linia ,+EpEE,BF linia solidus care este locul geometric al tuturor "unctelorre"reentHnd s&Hritul solidi&icrii alia3elor din sistem# 'ub linia solidus toate alia3elesunt 5n stare solid$

3liniile Ep* i EF liniile solAus de Aariaie a solubilitii 5n stare solid care

sunt locurile geometrice ale tuturor "unctelor re"reentHnd solubilitatea 5n stare solid acom"onentului B 5n soluia solid aAHnd ca metal de ba metalul + i res"ectiA inAers#'e mai "ot obserAa urmtoarele domeniiF(domeniile 2 i F domenii mono&aice care sunt locurile geometrice ale ale

tuturor "unctelor unde eist o singur &a 5n ec@ilibru# ;n domeniile mono&aice solideeist un singur constituent metalogra&ic cel al &aei res"ectiAe$

(domneniile % ! i 6F domenii bi&aice care sunt locurile geometrice ale aletuturor "unctelor unde eist dou &ae 5n ec@ilibru# ;n domeniile bi&aice solide eistdoi constitueni metalogra&ici cei ai &aelor res"ectiAe$

("seudodomeniul linia 7F domeniul redus la linia EpE E care este loculgeometric al "unctelor unde coeist trei &ae 5n ec@ilibru$

("seudodomeniile liniile 4 8 0 2 i F domeniile reduse la liniile ,+EpEp* ,BE E ,+E E,B care sunt locurile geometrice ale tuturor "unctelor undecoeist dou &ae 5n ec@ilibru din care una este 5n "ro"orie de a"roa"e 00 ]#

Domeniul 6 &iind mrginit de un domeniu tri&aic "oate &i 5m"rit 5n onele 662 6i 6% care sunt locurile geometrice ale tuturor "unctelor 5n care dei &aele suntaceleai constituenii metalogra&ici di&er mai mult sau mai "uin#

;n diagramele uuale de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare"entru domeniile reduse la sim"le linii cum sunt "seudodomeniile 6 7 4 8 0 2i nu se s"eci&ic &aele sau constituenii metalogra&ici#

I4= R"g$%! ori*o)t!%"i ,i r"g$%! '"g1")t"%or i)+"r'"

*egulile oriontalei i a segmentelor inAerse sunt ilustrate 5n &igura 26#+lia3ul de concentraie global ] B este &ormat la tem"eratura , din dou

&aeF q i q#*egula oriontalei "reciea c la tem"eratura , alia3ul de concentraie global

] B conine &aa qp de concentraie p] B i &aa q de concentraie ] B#Concentraiile pi cores"und absciselor "unctelor Gp i G de intersecie aleoriontalei cores"untoare tem"eraturii , cu limitele domeniului bi&aic#


(!6(*egula segmentelor inAerse "reciea ca la tem"eratura , alia3ul de

concentraie global ] B conine &aa qp de &racie masic Qqp dat de relaiaF

masa &aei q Qqp K K !0 masa alia3ului p

i &aa q de &racie masic Qq dat de relaiaF

masa &aei q p Qq K # ! masa alia3ului p

0C

Gp G G,

qp qp M q q

+ p B ] B

9ig#28Ilustrarea regulilor oriontalei i a segmentelor inAerse

Dac cele dou linii din &igura 28 sunt liniile lic@idus i solidus atunci &aeisolide qp 5i cores"unde sgmentul G G care atinge linia lic@idus iar &aei lic@ideq 5i cores"unde segmentul G Gp care atinge linia solidus#

I46 @")o1")" #" '"gr"g!r"

9enomenele de segregare a"ar 5n tim"ul solidi&icrii materialelor metalicedeoarece Aitea de di&uie 5n stare solid este mult mai mic iar realiarea ec@ilibrului

termodinamic necesit tim" 5ndelungat#


(!7(;n general &enomenele de segregare a"ar sub &orm de neomogenitateF

(c@imic$(structural#

Neomogenitatea c@imic "oate &iF(minor la niAelul gruntelui cristalin segregaie minor$(ma3or la niAelul 5ntregului cor" metalic segregaie ma3or#

0C

Gp G

,

qp qp M q q

,2G2p G2

+ p K 2p 2 B ] B

9ig#0Ilustrarea &ormrii segregaiei minore cu a3utorul regulei oriontalei

Considerm alia3ul de concentraie ] B 5nce"e s se solidi&ice la tem"eratura, i la tem"eratura ,2este com"let solidi&icat 9ig# 0#

;n caul limit Aitea de di&uie esteF(nul 5n stare solid$

("er&ect 5n stare lic@id#Con&orm regulei oriontalei "rimul germen cristalin care a"are 5n soluia lic@idare urmtoarea com"oiie c@imicF

+ K 00 ( p ]$ !2B K p ]#

)ltima "ictur de soluie lic@id care solidi&ic are urmtoarea com"oiiec@imicF

+ K 00 Y 2 ]$ !

B K 2 ]#


(!4(Pe de alt "arte este eAident cF

2 p !%

*eult c 5n interiorul gruntelui cristalin concentraia elementului B este maimic p decHt 5n onele "eri&erice 2# +ceast neomogenitate c@imic la niAelulgruntelui cristalin se numete segregaie minor#

Eistena segregaiei minore are un e&ect ne&ast asu"ra com"ortamentuluimaterialelor metalice 5n tim"ul &uncionrii care "oate &i 5nlturat "rintr(o 5nclire la otem"eratur cHt mai ridicat dar care s nu duc 5n nici un &el la to"ire#

'egregaia ma3or a"are la niAelul 5ntregului cor" metalic deoareceF(solidi&icarea nu este simultan$(gradientul termic este di&erit#

'egregaia ma3or este tot o neomogenitate a com"oiiei c@imice dar care se

"roduce 5n s"ecial 5n tim"ul solidi&icrii cor"urilor metalice mari cum sunt lingouriledin oel aAHnd masa de la ton la 00 tone i c@iar mai mult# +st&el onele solidi&icatemai tHriu sunt mai bogate 5n elemente c@imice mai uor &uibile#

Neomogenitatea structural se re&er la di&erena de dimensiune i de orientare acristalelor i se "roduce 5n s"ecial tot 5n caul solidi&icrii cor"urilor metalice maricum sunt lingourile din oel# )n ast&el de ligou are trei one cristaline mult di&eriteF

(ona IF ona 5ngust a cristalelor ec@iaiale &ine &ormate la contactul cu"eretele lingotierei$

(ona IIF ona cristalelor baaltice dendrite cu aa "rimar sensibil orientatdu" direcia gradientului termic$

(ona IIIF ona din aa lingoului a cristalelor ec@iaiale mari dendrite cu aele"rimare orientate 5ntHm"ltor care au crescut 5ntr(un lic@id cu tem"eratura a"roa"eomogen#

I4


(!8(Cele mai im"ortante trans&ormri tri&aice sunt urmtoareleF(trans&ormarea eutectic$(trans&ormarea "eritectic$

(trans&ormarea monotectic$(trans&ormarea sintectic$(trans&ormarea eutectoid$(trans&ormarea "eritectoid$(trans&ormarea monotectoid$(trans&ormarea sintectoid#CHnd 5n trans&ormare interAine cel "uin o &a lic@id trans&ormarea res"ectiA

"rimete su&iul Oic iar 5n caul 5n care toate &aele sunt solide trans&ormareares"ectiA "rimete su&iul Ooid#

I4


;n caul trans&ormrii eutectice starea de agregare a &aelor este urmtoareaFqF &a lic@idqpF &a solid$qF &a solid#

;n caul trans&ormrii eutectoide starea de agregare a &aelor este urmtoareaFqF &a solid$qpF &a solid$qF &a solid#*eult c eutecticii i eutectoiii ast&el obinui sunt amestecuri mecanice

de dou &ae qEp M qE i au un as"ect caracteristic aAHnd 5n marea ma3oritate acaurilor o structur &ormat din lamele alternante din &aele menionate anterior#

I4


;n caul trans&ormrii "eritectice starea de agregare a &aelor este urmtoareaFqF &a solid$qpF &a solid$qF &a lic@id#

;n caul trans&ormrii eutectoide starea de agregare a &aelor este urmtoareaFqF &a solid$qpF &a solid$qF &a solid#

I4


qF &a lic@id$qpF &a solid$qF &a lic@id#;n caul trans&ormrii monotectoide starea de agregare a &aelor este

urmtoareaFqF &a solid$qpF &a solid$qF &a solid#

I4


qF &a lic@id#;n caul trans&ormrii sintectoide starea de agregare a &aelor este urmtoareaFqF &a solid$qpF &a solid$

qF &a solid#

I4H C%!'i.i&!r"! #i!gr!1"%or #" "&hi%i5r$ t"r1o#i)!1i& !% .!*"%or !%i!"%or 5i)!r"

"osibil clasi&icare a diagramelor de ec@ilibru termodinamic al &aeloralia3elor binare este urmtoareaF

du" miscibilitatea com"onenilor 5n stare lic@idF ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu miscibilitatenul 5n stare lic@id$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu miscibilitate

"arial 5n stare lic@id$( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu miscibilitate

total 5n stare lic@id$2 du" miscibilitatea com"onenilor 5n stare solidF

( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu miscibilitatenul 5n stare solid$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu miscibilitate

"arial 5n stare solid$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu miscibilitatetotal 5n stare solid$

du" "reena com"uilor de&iniiF( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &r com"ui

de&inii$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu com"uide&inii$

% du" "reena &aelor intermediareF( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &r

&ae intermediare$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu &aeintermediare$

! du" "reena trans&ormrilor alotro"iceF

( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &rtrans&ormri alotro"ice$( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormri

alotro"ice$6 du" "reena trans&ormrilor tri&aice la trecerea din starea lic@id 5n stare

solidF ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &r trans&ormritri&aice la trecerea din starea lic@id 5n starea solid$

(6%(( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormare

eutectic$


( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormare"eritectic$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormaremonotectic$

( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormaresintectic$

7 du" "reena trans&ormrilor tri&aice 5n stare solidF ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &rtrans&ormri tri&aice 5n stare solid$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormareeutectoid$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormare

"eritectoid$( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormare

monotectoid$

( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormaresintectectoid$

4 du" "reena altor trans&ormrilor 5n stare solidF ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormaredeordine ( ordine$ ( diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu trans&ormares"inoidal#

I4> Si15o%i*!r"! tip$ri%or #i!gr!1"%or #" "&hi%i5r$ t"r1o#i)!1i& !%.!*"%or !%i!"%or 5i)!r"

Pe baa clasi&icrii "reentate 5n subca"itolul "recedent se "oate realia osimboliare al&anumeric a ti"urilor diagramelor de ec@ilibru termodinamic al &aeloralia3elor binare care cu"rinde o"t "oiii se"arate "rin cratim#

Cele o"t "oiii ale simbolirii ti"urilor diagramelor de ec@ilibru termodinamical &aelor alia3elor binare sunt urmtoareleF

("oiia F indic miscibilitatea com"onenilor 5n stare lic@id i anumeFn3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cumiscibilitate nul 5n stare lic@id$

"3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cumiscibilitate "arial 5n stare lic@id$

t3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cumiscibilitate total 5n stare lic@id$("oiia 2F indic miscibilitatea com"onenilor 5n stare solid i anumeF

n3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cumiscibilitate nul 5n stare solid$

"3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cumiscibilitate "arial 5n stare solid$t3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cumiscibilitate total 5n stare solid$

(6!(

("oiia F indic "reena com"uilor de&inii i anumeF


U3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &rcom"ui de&inii$c3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cucom"ui de&inii$

("oiia %F indic "reena &aelor intermediare i anumeFU3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &r&ae intermediare$&3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu &aeintermediare$

("oiia !F indic "reena trans&ormrilor alotro"ice i anumeFU3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare&r trans&ormri alotro"ice$a3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cutrans&ormri alotro"ice$

("oiia 6F indic "reena trans&ormrilor tri&aice la trecerea din starea

lic@id 5n stare solid i anumeFU 3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &rtrans&ormri tri&aice la trecerea din starea lic@id 5n starea solid$e 3diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cutrans&ormare eutectic$ 3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cutrans&ormare "eritectic$m 3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cutrans&ormare monotectic$'3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aeloralia3elor binare cu trans&ormare sintectic$

("oiia 7F indic "reena trans&ormrilor tri&aice 5n stare solid i anumeF\ 3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &rtrans&ormri tri&aice 5n stare solid$E 3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cutrans&ormare eutectoid$ 3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cutrans&ormare "eritectoid$- 3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu

trans&ormare monotectoid$'3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cu

trans&ormare sintectectoid$("oiia 4F indic "reena altor trans&ormrilor 5n stare solid i anumeFD3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare &rtrans&ormri deordine Y ordine sau cu trans&ormare s"inoidal$D3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cutrans&ormare deordine ( ordine$3 diagrame de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare cutrans&ormare s"inoidal#

(66(


Dac la "oiiile 67 sau 4 sunt litere di&erite acestea sunt se"arate "rin Airgul#De asemenea "reena mai multor elemente identice este menionat "rintr(o ci&rarab cores"untoare "lasat 5n &aa literei elementului res"ectiA# De eem"lu odiagram de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare miscibilitate total 5n

stare lic@id i solid cu &a intermediar cu dou trans&ormri eutectice aresimboliarea urmtoareF t(t(U(&(U(2e(U(U#

I490 E"1p%" #" tip$ri #" #i!gr!1" #" "&hi%i5r$ t"r1o#i)!1i& !% .!*"%or!%i!"%or 5i)!r"

I4909 Co)+")(ii #" r"pr"*")t!r" ! #i!gr!1"%or #" "&hi%i5r$ t"r1o#i)!1i& !%.!*"%or !%i!"%or 5i)!r"

.a denumirea ti"ului de diagram se adug 5ntre "arantee simboliareaal&anumeric#

9iecare ti" de diagram de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare este"reentat gra&ic de dou ori o dat numai cu menionarea &aelor iar a doua oar numaicu menionarea constituenilor metalogra&ici#

'ub &iecare ti" de diagram de ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binareeste "lasat diagrama ioterm de constituie &ae sau constitueni metalogra&ici la otem"eratur "uin in&erioar ,(_ tem"eraturii de trans&ormare tri&aice celei maia"ro"iate de tem"eratura ambiant sau 5n li"sa unei trans&ormri tri&aice la otem"eratur "uin in&erioar ,(_ tem"eraturii de de 5nce"ut de solidi&icare# Diagramelede ec@ilibru termodinamic al &aelor alia3elor binare care "reint dou trans&ormrieutectice "ot &i considerate ca alturarea a tot atHtea diagrame sim"le iar diagrameleioterme de constituie &ae sau constitueni metalogra&ici sunt construite la otem"eratur "uin in&erioar ,(_ &iecrei tem"eraturi de trans&ormare eutectic#

De asemenea &iecare ti" de diagram de ec@ilibru termodinamic al &aeloralia3elor binare este 5nsoit de o &i de caracteriare care cu"rinde denumireasimboliarea al&anumeric i "rinci"alele trans&ormri de

9aele sunt notate "rescurtat i 5nce" cu liter mic iar constitueniimetalogra&ici cu liter mare#

De eem"luFm+/ &aa &ormat de com"onentul +$-+/ constituentul metalogra&ic &ormat de com"onentul +$ssR/ &aa &ormat de soluia solid R$

ssRI/ &aa &ormat de soluia solid "rimar R$ssRII/ &aa &ormat de soluia solid secundar R$ssRIII/ &aa &ormat de soluia solid teriar R$ssR"eic/ &aa &ormat de soluia solid R "roeutectic$ssReic/ &aa &ormat de soluia solid R eutectic$ssR"eid/ &aa &ormat de soluia solid R "roeutectoid$ssReid/ &aa &ormat de soluia solid R eutectoid$ssRE/ &aa &ormat de soluia solid R cu concentraia

"unctului E$ssRi/ &aa &ormat de soluia solid iomor& R$ssRid/ &aa &ormat de soluia solid iomor& R deordonat$

(67(


ssRio/ &aa &ormat de soluia solid iomor& R ordonat$'sR/ constituentul metalogra&ic &ormat de soluia solid R$'sRI/ constituentul metalogra&ic &ormat de soluia solid "rimar R$'sRII/ constituentul metalogra&ic &ormat de soluia solid secundar R$

'sRIII/ constituentul metalogra&ic &ormat de soluia solid teriar R$'si/ constituentul metalogra&ic &ormat de soluia solid iomor& R$'sR"eic / constituentul metalogra&ic &ormat de soluia solid R "roeutectic$&iF&aa &ormat de &aa intermediar$&iI/ &aa &ormat de &aa intermediar "rimar$&iII/ &aa &ormat de &aa intermediar secundar$&iIII/ &aa &ormat de &aa intermediar teriar$&i"eic/&aa &ormat de &aa intermediar "roeutectic$&ieic/ &aa &ormat de &aa intermediar eutectic$&i"eid/&aa &ormat de &aa intermediar "roeutectoid$&ieid/&aa &ormat de &aa intermediar eutectoid$

&iIIR / &aa &ormat de &aa intermediar secundar "roAenit din soluia solid R$&iIIT / &aa &ormat de &aa intermediar secundar "roAenit din soluia solid T$9i/ constituentul metalogra&ic &ormat de &aa intermediar$9iI/ constituentul metalogra&ic &ormat de &aa intermediar "rimar$9iII/ constituentul metalogra&ic &ormat de &aa intermediar secundar$9iII/ constituentul metalogra&ic &ormat de &aa intermediar secundar$9iIII/ constituentul metalogra&ic &ormat de &aa intermediar teriar$9iIIR/ constituentul metalogra&ic &ormat de &aa intermediarsecundar "roAenit din soluia solid R$9iIIT/ constituentul metalogra&ic &ormat de &aa intermediarsecundar "roAenit din soluia solid T$cd/ &aa &ormat de com"usul de&init$cdI/ &aa &ormat de com"usul de&init "rimar$cdII/ &aa &ormat de com"usul de&init secundar$cdIII/ &aa &ormat de com"usul de&init teriar$cdIIR/ &aa &ormat de com"usul de&init secundar "roAenit din soluia solid R$cdIIT/ &aa &ormat de com"usul de&init secundar "roAenit din soluia solid T$Cd/ constituentul metalogra&ic &ormat de com"usul de&init$CdI/ constituentul metalogra&ic &ormat de com"usul de&init "rimar$CdII/ constituentul metalogra&ic &ormat de com"usul de&init secundar$CdIII/ constituentul metalogra&ic &ormat de com"usul de&init teriar$

CdIIR/ constituentul metalogra&ic &ormat de com"usul de&init secundar "roAenitdin soluia solid R$CdIIT/ constituentul metalogra&ic &ormat de com"usul de&init secundar "roAenitdin soluia solid T$Eic/ eutectic$Eic/ eutectic cu numrul de ordine $Eic2/ eutectic cu numrul de ordine 2$

(64(


Eid/ eutectoid$Eid/ eutectoid cu numrul de ordine $Eid2/ eutectoid cu numrul de ordine 2$,+/ tem"eratura de solidi&icare a com"onentului +$

lF &aa lic@id$sl/ &aa s

stiinta si ingineria materialelor-curs

Documents