Studiul Si Tehnologia Materialelor

Download Studiul Si Tehnologia Materialelor

Post on 30-Dec-2015

101 views

Category:

Documents

9 download

TRANSCRIPT

  • Teodor MACHEDON PISU

    STUDIUL I TEHNOLOGIA

    MATERIALELOR

    2009 2010

  • 1

    Introducere

    Cursul de tiina i Tehnologia Materialelor asigur cunoaterea aliajelor

    metalice, precum i metode, procedee de obinere a pieselor pentru industria metalurgic i constructoare de maini. n finalul acestui curs studentul trebuie s cunoasc procedeele de elaborare, prelucrare prin turnare, prelucrare prin deformare plastic, prelucrare termic, prelucrare mecanic i mbinare nedemontabil (sudare) a metalelor i aliajelor metalice. Toate aceste noiuni sunt necesare pentru disciplinele de specialitate, ce vor fi studiate ulterior.

    Obiectivele cursului

    Cursul intitulat tiina i Tehnologia Materialelor are ca obiectiv principal prezentarea metalelor i aliajelor utilizate n cadrul sistemelor industriale, factorii care influeneaz structura i proprietile acestora, metode de ridicare a performanelor materialelor metalice. nsusirea unor noiuni de baz privind metalurgia extractiv, elaborarea materialelor, prelucrarea primar, tehnologii de obinere a semifabricatelor, tehnologii de prelucrare., cursul se adreseaz Programului de studii Autovehicole Rutiere, forma de nvmnt FR. n acest sens, la sfritul acestui curs, studenii vor fi capabili s: cunoasc si s utilizeze adecvat notiunile specifice disciplinei

    (materiale,tehnici si metode de prelucrare) explicarea si interpretarea proceselor de producere si prelucrare

    termica a materialelor intelegerea modului in care procesele tehnologice pot aduce

    prejudicii mediului intelegerea proprietatilor materialelor si a modului de

    investigare a acestora intelegerea modului de alegere si utilizare a materialelor

    Competene conferite

    Competene n selectarea, combinarea i utilizarea cunotinelor,

    principiilor, din domeniul tiinei i tehnologiei materialelor pentru

    rezolvarea problemelor specifice ingineriei n general i ingineriei

    autovehiculelor in special.

    Resurse i mijloace de lucru

    prezentarea cursului in unitai de nvare in ppt;

  • 2

    punerea pe platorma e -learning;

    instrumente utilizate n vederea nelegerii aspectelor

    teoretice i a rezolvrii elementelor de: probe din

    materiale, epruvete, structuri , machete

    Structura cursului

    Cursul intitulat tiina i Tehnologia Materialelor conine:

    dou pari, prima parte tiina Materialelor compus din 7

    Uniti de nvare (UI) i partea a doua Tehnologia

    materialelor compus din 4 Uniti de nvare (UI).

    numrul lucrarilor de laborator vor fi 7 pentru tiina

    Materialelor i 7 pentru Tehnologia materialelor

    lucrrile de laborator se ncrc pe platforma eLearning.

    Cerine preliminare

    Necesit corelarea cu alte discipline cum sunt: matematica,

    fizica, chimia, rezistena materialelor, desen industrial, programare,

    discipline care asigur instrumentele fundamentale pentru predarea

    noiunilor i nelegerea fenomenelor. Discipline deservite

    Disciplina tiina i Tehnologia Materialelor, prin bagajul de cunotine trebuie s dezvolte simul practic i gndirea tehnic logic bazat pe o temeinic pregtire teoretic. Totodat gndirea tehnic trebuie bine racordat cu gndirea economic, astfel nct orice tehnologie trebuie neleas ca posibilitate eficient de realizare a produciei n condiii optime i de calitate.

    Durata medie de studiu individual

    Parcurgerea de ctre studeni a unitilor de nvare ale cursului

    de tiina i Tehnologia Materialelor (att aspectele teoretice ct i

    rezolvarea testelor practice i a problemelor propuse) se poate face n

    2-3 ore pentru fiecare unitate..

  • 3

    Evaluarea La sfritul semestrului, fiecare student va primi o not, care va

    cuprinde: un test gril, ce va conine ntrebri teoretice din materia

    prezentat n cadrul acestui material, test de va deine o pondere de

    60% n nota final i notele aferente celor dou teme practice de la

    lucrarile de laborator, realizate pe parcursul semestrului, care vor

    deine o pondere de 20% fiecare.

    Chestionar evaluare prerechizite

    1.Structura materialelor metalice este: a)amorf b)cristalin c)vitroas 2.Care este proprietatea tehnologic a unui material: a)clibilitatea b)fluajul c)difuzivitatea 3. Efectul care st la baza controlului cu ultrasunete este: a) chimicoelectric; b) piezoelectric; c) termoelectric. 4. Radiaiile x sunt: a) de natur termomagnetic; b) de natur termonuclear c) de natur electromagnetic. 5. Difuzia atomilor n materiale are la baz: a) variaia energiei termice; b) variaia energiei mecanice c) variaia energiei electrice. 6. Solidificarea unui material metalic este nsoit de: a) modificarea concentraiei; b) modificarea energiei libere c) modificarea densitii. 7. Proprietatea unui material de a avea mai multe forme cristaline se numete: a) morfism; b) izomorfism c) polimorfism. 8. Oelurile mbuntite sunt: a. oeluri cu C mai mare de 0,25% clite i revenite, b. oeluri cu C mai mic de 0,25% clite i revenite, c. oeluri cu C de 0,25% clite i revenite,

  • 4

    9. Oelurile patinale sunt oeluri C-Mn, aliate suplimentar cu: a. Cr Cu Ni, Cr Cu V, b. Cr Cu Ni, Cr Cu P, c. Cr Cu P, Cr Cu V, 10. Rezistena la cald a oelurilor este dat de: a. crom, b. molibden c. nichel

  • 5

    Cuprins Introducere................................ ................................ ................................ ................................ ...........1 Chestionar evaluare prerechizite ................................ ................................ ................................ ......... 3 Unitatea de nvare 1. CLASE DE MATERIALE INGINERTI

    1.1. Introducere........................................................................................ ................................ 8 1.2. Competene .......................................................................................................................8

    U. 1.1. Materiale metalice........................................................ ..................................................9 U.1.2 Materiale ceramice..........................................................................................................9

    U.1.3 Materiale polimerice......................................... ..............................................................10 U. 1.4. Materiale compozite......... ............................................................................................12

    Unitatea de nvare 2. STRUCTURA METALELOR

    2.1. Introducere ......................................................................................................................14 2.2. Competene...................................................... ................................................................14

    U. 2.1. Starea metalic .............................................................................................................15 U.2.2 Retele cristaline.............................................................................................................16

    U.2.3 Compactitatea reelei cristaline.......................................................................................17 U. 2.4. Alotropia metalelor ......... .............................................................................................18

    Unitatea de nvare 3. IMPERFECIUNI N CRISTALE

    3.1. Introducere........................................................................... ............................................20 3.2. Competene......................................................................................................................20

    U. 3.1. Rezistenele teoretice i tehnice ale materialelor metalice...........................................21 U.3.2 Defecte punctiforme......................................................................................................22

    U.3.3 Defecte de suprafa........................... .............................................................................25

    Unitatea de nvare 4. ALIAJE. 4.1. Introducere ......................................................................................................................28 4.2. Competene......................................................................................................................28

    U. 4.1. Constituia aliajelor .......................................................................................... ...........29 U.4.2 Constitueni metalografici ...........................................................................................30

    Unitatea de nvare 5.DIAGRAMELE DE ECHILIBRU ALE ALIAJELOR BINARE.

    5.1. Introducere...................................................................................................................... 35 5.2. Competene..................................................................................................................... .35

    U. 5.1. Clasificarea sistemelor de aliaje binare.............................................................................36 U.5.2 Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni insolubili att n stare lichid ct i

    n stare solid...........................................................................................................................36 U.5.3. Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni parial solubili n stare lichid i

    insolubili n stare solid.............. ......................................................................................................37 U.5.4 Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni complet solubili n stare lichid .38 U.5.5. Sisteme binare cu componeni solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid..43

  • 6

    Unitatea de nvare 6. ALIAJE FIER CARBON. 6.1. Introducere...................................................................................................................... 48 6.2. Competene.....................................................................................................................48 U.6.1. Aspectul i particularitile diagramei Fe-C.................... .................... .................... ..49 U.6.2. Mecanismul formrii structurilor n diagrama Fe-Fe3C..............................................50 U.6.3. Punctele critice din sistemul Fe-Fe3C......................................................................... 52 U.6.4. Constituenii de echilibru ai aliajelor Fe-Fe3C............................................................ 52

    Unitatea de nvare 7. OELURI I FONTE

    7.1. Introducere .................................................................................................................... .57 7.2. Competene.....................................................................................................................57 U.7.1. Domeniul oelurilor carbon i al fontelor n diagrama Fe-C......................................58 U.7.2. Oelurile carbon.........................................................................................................59 U.7.3. Clasificarea i simbolizarea oelurilor carbon ...........................................................61 U.7.4. Fonte........ ................................................................................................................... 63

    Unitatea de nvare 8. OBINEREA MATERIALELOR METALICE

    8.1. Introducere............................................................ ...........................................................69 8.2. Competene......................................................................................................................69 U.8.1. Principalele materiale folosite n tehnic, minereurile i prepararea lor, metode de extragere a metalelor din minereuri........................................................................................70 U.8.2. Metalurgia fontei.........................................................................................................71

    U.8.3. Metalurgia oelului ..................... ................................................................................74 U.8.4. Turnarea continu a lingourilor de oel.. ..................................................................... 76

    Unitatea de nvare 9. TURNAREA PIESELOR METALICE

    9.1. Introducere ......................................................................................................................79 9.2. Competene........... ...........................................................................................................79 U.9.1. Clasificarea metodelor i procedeelor de turnare ........................................................ 80 U.9.2.Turnarea n forme nepermanente.................................................................................. 80

    U.9.3. Turnarea formelor cu modele volatile.......................................................................... 85 U.9.4. Turnarea n forme permanente.....................................................................................87

    Unitatea de nvare 10. PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTIC

    10.1. Introducere.................................................................................................................... 89 10.2. Competene................................................. ...................................................................89 U.10.1. Bazele teoretice ale prelucrrii prin deformare plastic ............................................90 U.10.2. nclzirea la prelucrarea prin deforamrea plastic.....................................................92 U.10.3. Legile deformrii plastice..................................................... .....................................93 U.10.4. Procedee de deformare plastic..................................................................................96 U. 10.5. Laminarea metalelor i aliajelor.............. ..................................................................97 U.10.6. Extruziunea...............................................................................................................101

    Unitatea de nvare 11. SUDAREA MATERIALELOR

    11.1. Introducere ..................................................................................................................106 11.2. Competene................................................................................. .................................106 U.11.1. Sudarea metalelor, generaliti................................................................................107 U.11.2. Sudabilitatea metalelor i aliajelor........................................................................ 108

  • 7

    U.11.3. Sudarea prin topire................................................................................................ 110 Tem de control ................................ ................................ ................................ ................ 116 Bibliografie................................ ................................ ................................ ................................ ....... 121

  • 8

    Chestionar

    Unitatea de nvare 1. CLASE DE MATERIALE INGINERTI

    Cuprins

    1.1. Introducere........................................................................................................................ 8 1.2. Competene .......................................................................................................................8

    U. 1.1. Materiale metalice..........................................................................................................9 U.1.2 Materiale ceramice................................................................................................ ..........9

    U.1.3 Materiale polimerice.......................................................................................................10 U. 1.4. Materiale compozite............................................................................... .....................12

    1.1. Introducere Se prezint principalele materiale inginereti pentru studiul

    corelaiilor structur proprieti, care ajut inginerii la utilizarea raional a materialelor i la mbuntirea proprietilor acestora, n vederea obine rii unor produse de calitate.

    1.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea principalelor clase de materiale care

    permit nelegerea comportrii lor generale i a posibilitilor oferite, precum i recunoaterea efectelor mediului i a condiiilor de lucru asupra performanelor atinse.

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 1 ora.

  • 9

    CLASE DE MATERIALE INGINERTI

    De structura i proprietile materialelor precum i de legile modificrii acestora n cursul prelucrrilor termice, mecanice i chimice se ocup tiina materialelor, o tiin de baz pentru ramurile tehnologii n construcia de maini.

    Studiul corelaiilor structur proprieti, ajut inginerii la ntocmirea la utilizarea raional a materialelor i la mbuntirea proprietilor acestora, n vederea obinerii unor produse de calitate.

    Caracterizarea principalelor clase de materiale permite nlegerea comportrii lor generale i a posibilitilor oferite, precum i recunoaterea efectelor mediului i a condiiilor de lucru asupra performanelor atinse.

    n funcie de strcutur i proprieti se disting urmtoarele clase de materiale (fig.1.1).

    Figura 1.1. Clase de materiale Fig. 1.1. Clase de materiale inginereti Metalele i aliajele cunoscute sub denumirea de materiale metalice include: - fierul , oelurile i fontele, - aluminiul i aliajele sale, - cuprul i aliajele sale, - nichelul i aliajele sale, - titanul i aliajele sale, - magneziul, zincul i aliajele lor, etc. Ceramicele sunt materiale tehnologice de vrf. Exist dou categorii: ceramice structurale i ceramice funcionale. Ceramicele sunt foarte rezistente la temperaturi nalte i n anumite medii corozive i au proprieti optice i electrice fiind folosite la fabricarea circuitelor integrate, a fibrei optice i a altor dispozitive cu senzori.

    Polimerii include cauciucul, masele plastice i adezivi. Se obin printr-un proces numit polimerizare care permite crearea unor structuri mari moleculare din molecule organice. Se disting urmtoarele grupe:

    MATERIALE METALICE - legtur metalic - structur cristalin - bune conductoare - deformabile plastic - slab rezisten la coroziune

    MATERIALE CERAMICE - legtur ionic - structur cristalin/amorf - slab conductoare - nedeformabile plastic - bun rezisten la coroziune

    MATERIALE COMPOZITE

    MATERIALE POLIMERICE - legtur covalent - structur amorf - slab conductoare - deformabile plastic - bun rezisten la coroziune

  • 10

    - plastomeri sau termoplaste, la care lanurile moleculare nu sunt legate rigid, ei sunt ductili i deformabili;

    - elastomeri, lanurile moleculare sunt legate rigid doar parial, - duromeri sau duroplastele, care sunt mai rezisteni i mai fragili deoarece lanurile moleculare

    sunt legate rigid. Materialele compozite se obin prin unirea a dou sau mai multe masteriale n scopul obinerii

    de proprieti care nu pot fi atinse de nici unul dintre materialele singulare.

    U.1.1.Clasificarea proprietilor materialelor. n activitatea de proiectare alegerea corect a unui material depinde de proprietile sale i de

    domeniul de utilizare. Clasificarea general a proprietilor materialelor inginereti este redat n figura 1.2.

    Proprietile tehnologice se refer la prelucrarea acestora pentru obinerea unor produse utile i cuprind: capacitatea de turnare, de deformare plastic la cald i la rece, comportarea metalurgic i tehnologic la sudare, prelucrabilitatea prin achiere i clibilitatea. Toate aceste proprieti depind att de compoziia chimic ct i de structura microscopic. n tabelul 1.1. se prezint metodele de procesare a diferitelor clase materiale pentru a se obine un produs util.

    Proprietile de exploatare caracterizeaz comportarea unui material n serviciu, respectiv integritatea i durabilitatea sa n funcionarea piesei sau sculei, la care este folosit.

    Proprietile mecanice sunt acele nsuiri care determin comportarea materialului la eforturi mecanice exterioare fr apariia deformaiilor sau ruperilor. n aceast grup intr duritatea, rezistena la rupere, limita de curgere, rezistena la oboseal. Proprietatea chimic de baz a materialelor este rezistena la aciunea coroziv a mediului de lucru ( coroziunea chimic).

    Valorile numerice ale acestor proprieti se stabilesc prin ncercri mecanice, difereniale prin tipul deformaiilor macroscopice generate (traciune, compresiune, rsucire, ncovoiere, duritate, etc.), modul de aplicare a sarcinii , temperatura de ncercare.

  • 11

    Proprieti tehnologice

    Turnabilitatea

    Deformabilitatea Prelucrri prin achiere Sudabilitatea

    Clibilitatea

    Proprieti mecanice

    Caracteristici de rezisten

    Caracteristici de ductilitate

    Caracteristici de tenacitate

    Duritatea Rezistena la rupere Limita la curgere Rezistena la oboseal

    Rezistena la fluaj

    Alungirea la ruperea Gtuirea la rupere

    Reziliena Energia de rupere

    Proprieti fizice

    Termice Cldur specific Conductibilitatea termic Difuzivitatea

    Coeficientul de dilataie

    Optice

    Emisia Absorbia Reflexia Transmisia

    Difracia Magnetice Permeablilitatea

    Pierderi prin hysterezis Cmpul coercitiv

    Saturaia magnetic Electrice Rezistena electric

    Conductibilitatea electric

    Proprieti de suprafa

    Rezistena la coroziune electrochimic Rezistena la coroziune chimic Rezisten la uzare

    Proprieti de ntrebuinare

    PROPRIETI

    Fig. 1.2. Proprietile generale ale materialelor

  • 12

    Tabelul 1.1. Procese tehnologice de prelucrare a materialelor

    MATERIALE METALICE Turnarea: n nisip, n cochilie, n forme permanente, turnarea continu.

    Metalul lichid este turnat sau injectat ntr-o form care poate avea configuraia produsului final obinndu-se o pies turnat sau poate fi o lingotier cnd se obine un lingou.

    Deformarea plastic: forjarea, tragerea, extrudarea, laminarea, ambutisarea

    Metalul solid este deformat sub o presiune ridicat, la cald sau la rece, pentru a se obine produse utile.

    Sudarea: cu arcul electric, prin presiune, prin frecare, prin difuzie, cu fascicul de electroni

    Realizarea unei mbinri nedemontabile a materialelor utiliznd nclzirea local, presiunea sau ambele , cu sau fr folosirea unui material de adaos.

    Prelucrarea prin achiere: strunjirea, frezarea, gurirea

    ndeprtarea surplusului de material sub form de achii cu ajutorul unor scule n vederea obinerii formei, dimensiunilor i rugozitii suprafeei unei piese.

    Metalurgia pulberilor Pulberile metalice sunt compactate la presiuni nalte ntr-o form util, iar ulterior sunt nclzite la temeraturi ridicate care s permit legarea particulelor.

    MATERIALE CERAMICE Turnarea Ceramice lichide sau noroaie de lichid plus

    ceramic solid sunt turnate ntr-o form dorit. Compactarea: extrudare, presare, deformare izostatic

    Solid sau noroaie vscoase de lichid i ceramic solid sunt compacte ntr-o form dorit.

    Sinterizarea Solide compacte sunt nclzite la temperaturi nalte pentru a se produce legarea lor.

    POLIMERI Matriarea: prin injecie, prin transfer Polimerul nclzit sau chiar lichid este forat s

    ptrund ntr-o matri; procesul este asemntor cu cel de turnare

    Deformarea: prin filare, extrudare n vacuum

    Polimerul nclzit este forat s ptrund printr-o fant sau n jurul unui model pentru a produce forma dorit.

    COMPOZITE Turnarea: inclusiv infiltrarea Un lichid nconjoar unul dintre constitueni

    pentru a produce un compozit complet. Deformarea Un constituent moale este forat sub presiune s

    se deformeze n jurul celui de-al doilea constituent al compozitului

    mbinarea: lipirea cu adezivi, prin explozie, prin difuzie.

    Cei doi constitueni sunt mbbinai prin lipire, deformare sau prin presare la temperatur nalt.

    Compactare i sinterizare Constitueni sub form de pulberi sunt presai n forme, iar prin nclzire ulterioar se produce legarea pulberilor.

  • 13

    Exemple Proprietile de exploatare caracterizeaz comportarea unui material n

    serviciu, respectiv integritatea i durabilitatea sa n funcionarea piesei sau sculei, la care este folosit.

    Ce materiale sunt caracterizate de: - legtur metalic - structur cristalin - bune conductoare - deformabile plastic - slab rezisten la coroziune

    S ne reamintim:

    clase de materiale

    proprietile generale ale materialelor

    procese tehnologice de prelucrare a materialelor

    Rezumat Clase de materiale inginereti: metalice, polimerice, ceramice, compozite, Proprietatile materialelor: mecanice, tehnologice, de ntrebuinare i de suprafa, Procese tehnologice de prelucrare: turnare, deformare plastic, sudare

    Test de evaluare a cunotinelor 1.Structura materialelor metalice este: a)amorf b)cristalin c)vitroas 2.Care este proprietatea tehnologic a unui material: a)clibilitatea b)fluajul c)difuzivitatea 3.Care este ncercare de duritate: a)Charpy b)Rockwell c)Wohler

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 14

    Unitatea de nvare 2. STRUCTURA METALELOR

    Cuprins

    2.1. Introducere ......................................................................................................................14 2.2. Competene.......................................................................................... ............................14

    U. 2.1. Starea metalic .............................................................................................................15 U.2.2 Retele cristaline................................... ..........................................................................16

    U.2.3 Compactitatea reelei cristaline.......................................................................................17 U. 2.4. Alotropia metalelor ......... ...................... .......................................................................18

    2.1. Introducere Se prezint starea metalic i principalele reele cristaline i

    nsuirile unor elemente de a prezenta reele cristaline diferite, n diferite intervale de temperatur, poart denumirea de polimorfism, iar strile respective se numesc stri alotropice

    2.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea strii metalice a metalelor i

    principalelor reele cristaline care permit nelegerea comportrii metalelor.

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 1 ora.

  • 15

    STRUCTURA METALELOR

    U.2.1. STAREA METALICA Sunt cunoscute la ora actual 104 elemente chimice, dintre care un numr de 82 de elemente

    sunt considerate ca fiind elemente metalice. Metalele pot fi descrise astfel: a. metalele sunt acele elemente chimice, care posed un coeficient pozitiv de variaie a

    rezistivitii electrice n funcie de temperatur, respectiv rezistivitatea lor electric crete odat cu creterea temperaturii.

    b. se caracterizeaz i prin: luciu metalic, plasticitate, conductibilitate electric i termic ridicat.

    Metalele pot fi clasificate n diverse categorii avndu-se n vedere anumite proprieti specifice. Metalele care prezint o importan deosebit n tehnic sunt enumerate mai jos n ordine

    alfabetic: aluminiul, aurul, argintul, beriliul, cadmiul, cobaltul, cromul, cuprul, fierul, mercurul, magneziul, molibdenul, nichelul, plumbul, platina, staniul, tantalul, titanul, vanadiul, wolframul i zincul. n afara mercurului, toate celelalte metale se prezint la temperatura ambiant n stare solid. Greutatea specific minim o are litiul (0,53 daN/dm3 ), iar greutatea specific maxim o are osmiul (22,48 daN/dm3 ).

    Proprietile fizice, chimice i mecanice, specifice metalelor, i au originea n structura electronic i n specificul legturii interatomice de tip metalic. In esen teoria electronic a metalelor consider metalele, respectiv aliajele, ca fiind constituite din ioni pozitivi printre care circul electronii de valen, formnd aa numitul nor electronic, sau gaz de electroni liberi.

    Intr-un cristal metalic de mrime obinuit sunt cuprini cca. 1016 atomi iar fiecare din acetia pune in comun toi electronii lui de valen, astfel nct n jurul ionilor pozitivi ia natere norul electronilor de valen. Respingerea reciproc dintre aceti electroni de valen, datorit faptului c acetia au toi sarcin negativ, determin repartizarea lor uniform n interiorul corpurilor metalice. Aceti electroni uniform distribuii vor satisface valena atomilor vecini i deci a tuturor atomilor, realizndu-se aa numita legtur metalic.

    Micarea electronilor n cadrul corpurilor metalice, precum i energiile asociate acestor micri pot fi explicate prin teoria zonelor de energie, iniiat de Bloch n anul 1928. In cadrul acestei teorii micarea electronilor se face dup legile mecanicii cuantice, avnd drept cadru cmpul periodic creat de aranjamentul spaial al ionilor n reelele cristaline.

    Sub influena unei diferene de potenial, electronii liberi, precum i alii excitai de pe nivelele inferioare, se pun n micare dnd natere unui curent electric. In aceast micare apar ns fore care se opun trecerii curentului electric, cu alte cuvinte, metalele au rezistivitate electric. In mecanica ondulatorie o reea periodic perfect nu opune rezisten, deoarece n acest caz nu se produce o dispersie a undelor electronice. Rezistivitatea este datorat dispersiei generale a undelor care se produce n cazul n care ionii reelei sunt plasai neregulat n spaiu, astfel nct undele individuale difuzate de fiecare atom nu pot s interfereze. Datorit agitaiei termice a atomilor (ionilor) se favorizeaz aezarea dezordonat a acestora, fapt care explic relaia ce exist ntre rezistivitate i temperatur. Unele metale n situaia n care au o puritate foarte ridicat i sunt detensionate la maximum posibil, la temperaturi situate aproape de zero absolut, prezint fenomenul de supraconductibilitate, adic rezistivitatea lor electric este aproape zero. Odat cu creterea temperaturii, amplitudinea oscilaiilor ionilor crete i implicit va crete i rezistivitatea metalelor. Creterea rezistivitii este determinat i de prezena unor impuriti, imperfeciuni sau deformaii ale reelei.

  • 16

    U. 2.2. REELE CRISTALINE ALE METALELOR Metalele i aliajele sunt corpuri solide cristaline. Ele difer de solidele amorfe n care atomii

    sunt dispui dezordonat, prin faptul c distribuia atomilor este ordonat, prezentnd o periodicitate n cele trei direcii spaiale.

    Cristalele metalice cuprind un numr imens de ioni pozitivi plasai dup un aranjament regulat. Acest aranjament regulat poate fi divizat n paralelipipede elementare, egale ntre ele i aflate n contact. Laturile paralelipipedelor formeaz un sistem de drepte paralele orientate n cele trei direcii. Aceste direcii putnd fi ortogonale sau nu. Aceste paralelipipede sunt numite i celule elementare, iar ansamblul lor formeaz o reea cristalin (fig.2.1).

    Figura 2.1. Reea cristalin reprezentat n spaiu

    Dac n desen se prezint i atomii plasai n nodurile reelei, va rezulta structura cristalin a metalului (fig. 2.2).

    Figura 2.2. Structur cristalin reprezentat n spaiu

    Un sistem cristalin este definit prin parametrii celulei elementare (fig.2.3) adic prin laturile i unghiurile paralelipipedului elementar. In funcie de valoarea unghiurilor i n funcie de relaiile ntre parametrii reelei a, b, c reelele se mpart n 7 sisteme cristaline, prezentnd 14 tipuri de reele cristaline i acestea cuprinznd 32 clase de simetrie, n care se pot forma 230 de reele posibile.

    Figura 2.3. Celula elementar i denumirea parametrilor reelei cristaline

    In cadrul reelelor cristaline ionii ocup poziii n nodurile reelei dar ei pot fi plasai i n afara nodurilor, n poziii precise. In acest caz, reelele compuse conin mai muli atomi n celula elementar, datorit amplasrii suplimentare a atomilor n centrul celulei sau n centrele feelor. Un atom al reelei din interiorul celulei aparine complet celulei, un atom plasat pe centrul feei este

  • 17

    comun Ia dou celule, iar un atom din colul celulei este comun la opt celule. Se constat c metalele cristalizeaz ntr-un numr limitat de sisteme. Frecvent ele prezint o reea cubic cu fee centrate CFC (fig.2.4), reea cubic cu volum centrat CVC (fig.2.5) sau o reea hexagonal compact HC (fig.2.6).

    Figura 2.4. Reea cubic cu fee centrate

    Figura 2.5. Reea cubic cu volum centrat

    Figura 2.6. Reea hexagonal compact Toate aceste reele rspund exigenelor de compactitate i simetrie ridicat, rezultate din

    caracterul nedirecional al legturii interatomice de tip metalic. Simetria sferic a cmpului de potenial al ionilor pozitivi din metale le permite ionilor s adopte aranjamente spaiale ordonate pe criteriul umplerii maxime a spaiului, ionii putnd fi asimilai cu un sistem de sfere rigide.

    Modul de amplasare al ionilor n cadrul reelei influeneaz n mare msur proprietile metalelor. Metale care cristalizeaz n sistemul CVC sunt caracterizate printr-o rezisten mecanic ridicat i o plasticitate moderat (V, Cr, Fe, Nb, Mo, Ta, W). Toate metalele care cristalizeaz n sistemul CFC se caracterizeaz printr-o ductilitate i maleabilitate ridicat (Al, Cu, Ni, Ag, Ir, Pt, Au, Pb, Fe). Metalele care cristalizeaz n sistemul HC au o plasticitate sczut (Be, Mg, Zn, Cd, Ti, Zr).

    U.2.3. Compactitatea reelei cristaline In cadrul reelelor cristaline atomii pot fi reprezentai prin sferele lor de influen, sfere ce se

    ating ntre ele (fig.2.4, 2.5 i 2.6). Se observ c aceste sfere nu reuesc s umple ntreg volumul reelei cristaline. Rmn spaii libere ntre sferele aflate n contact, aceste spaii reprezentnd interstiiile reelei cristaline.

    Compactitatea unei reele cristaline poate fi caracterizat prin coeficientul de compactitate. Conform modelului sferelor rigide, coeficientul de compactitate (k) este definit ca fiind raportul

  • 18

    dintre volumul sferelor i volumul total al reelei. Astfel coeficientul de compactitate prezint ntotdeauna valori subunitare, compactitatea fiind cu att mai ridicat cu ct valoarea lui k se apropie de unitate.

    Compactitatea reelei cristaline poate fi caracterizat i prin numrul de coordinaie. Numrul de coordinaie (c) reprezint numrul atomilor vecini cu un atom din reeaua cristalin (fig.2.7).

    Figura 2.7. Determinarea numrului de coordinaie

    pe reelele CVC, CFC i HC In spaiile interstiiale ale reelei pot fi cuprini i atomi strini cu raze atomice mici, fr ca

    prezena acestora s produc deformaii ale reelei cristaline, sau determinnd deformaii reduse ale acesteia; astfel de atomi strini pot fi de hidrogen, azot sau carbon. Se remarc faptul c la reeaua CFC, dei compactitatea este foarte mare i volumul liber mic, modul de fragmentare al acestui volum liber, este avantajos dizolvrii interstiiale a atomilor strini.

    Aceast particularitate prezint o importan deosebit n transformrile de faz ce stau la baza tratamentelor termice i termochimice aplicate oelurilor.

    U.2.4. Alotropia metalelor Unele elemente metalice dar i unele nemetalice, prezint mai multe tipuri de reele cristaline.

    nsuirile unor elemente de a prezenta reele cristaline diferite, n diferite intervale de temperatur, poart denumirea de polimorfism, iar strile respective se numesc stri alotropice.

    Prezint transformri alotropice cteva metale din grupele principale ale sistemului periodic (Ca, Sr, Ga, In, Sn) dar majoritatea metalelor care prezint transformri alotropice aparin grupelor secundare ale sistemului periodic respectiv metale de tranziie, lantanide i actinide (Mn, Fe, Co, Ti, Ce, .a.)

    Strile alotropice se noteaz cu litere greceti : etc., aceste litere scriindu-se alturi de simbolul metalului care sufer transformri alotropice (Fe, Fe, Sn, Sn etc.).

    Transformrile alotropice ale metalelor prezint o importan tehnic deosebit, deoarece aliajele acestor metale sunt susceptibile la tratamente termice mai variate. Prin rcirea rapid pn la temperatura ambiant este posibil pstrarea strii alotropice stabile la temperaturi ridicate sau pstrarea distribuiei elementelor de aliere n metalul de baz, distribuie existent la temperaturi ridicate. Intr-o astfel de stare, aliajul se afl n neechilibru i poate prezenta unele proprieti fizico-mecanice deosebite.

    Transformrile alotropice sunt nsoite de modificri ale volumului specific, aceasta ca urmare a modificrii compactitii reelei cristaline. Astfel la rcirea oelului densitatea variaz cu cca. 5% prin transformarea Fe (CFC) n Fe (CVC). In cazul staniului, transformarea Sn (reea tetragonal) n Sn (reea cubic) se face cu o cretere a volumului specific de 26% tensiunile ce apar determinnd frmiarea materialului.

    Ca urmare a modificrilor compactitii reelei cristaline, se vor modifica i dimensiunile spaiilor interstiiale i evident se va modifica i capacitatea de dizolvare a atomilor strini. Astfel dimensiunile relativ mari ale interstiiilor din reeaua Fe (CFC), permit dizolvarea atomilor de carbon ntr-o proporie mai mare dect n Fe (CVC), acesta din urm avnd interstiii mai numeroase, dar de dimensiuni mai reduse. Multe din tratamentele termice aplicate oelurilor i

  • 19

    fontelor folosesc aceast nsuire a fierului n vederea modificrii proprietilor prin intermediul modificrilor structurale.

    Exemple Cristalele metalice cuprind un numr imens de ioni pozitivi plasai dup

    un aranjament regulat. Acest aranjament regulat poate fi divizat n paralelipipede elementare, egale ntre ele i aflate n contact. Compactitatea unei reele cristaline poate fi caracterizat prin coeficientul de compactitate. Conform modelului sferelor rigide, coeficientul de compactitate (k) este definit ca fiind raportul dintre volumul sferelor i volumul total al reelei. Astfel coeficientul de compactitate prezint ntotdeauna valori subunitare, compactitatea fiind cu att mai ridicat cu ct valoarea lui k se apropie de unitate.

    Ce este alotropia materialelor, care sunt principalele reele cristaline.

    S ne reamintim:

    Starea metalica

    Reele cristaline

    Polimorfismul metalelor

    Rezumat Sunt cunoscute la ora actual 104 elemente chimice, dintre care un numr de 82

    de elemente sunt considerate ca fiind elemente metalice. Proprietile fizice, chimice i mecanice, specifice metalelor, i au originea n structura electronic i n specificul legturii interatomice de tip metalic. Transformrile alotropice sunt nsoite de modificri ale volumului specific, aceasta ca urmare a modificrii compactitii reelei cristaline. Astfel la rcirea oelului densitatea variaz cu cca. 5% prin transformarea Fe (CFC) n Fe (CVC).

    Test de evaluare a cunotinelor 1. Proprietatea unui material de a avea mai multe forme cristaline se numete: a) morfism; b) izomorfism c) polimorfism. 2. Fe are structura : a) CVC; b) CFC c) HCF

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 20

    Unitatea de nvare 3. IMPERFECIUNI N CRISTALE

    Cuprins

    3.1. Introducere................................................................................ .......................................20 3.2. Competene......................................................................................................................20

    U. 3.1. Rezistenele teoretice i tehnice ale materialelor metalice........... ................................21 U.3.2 Defecte punctiforme......................................................................................................22

    U.3.3 Defecte de suprafa................................ ........................................................................25

    3.1. Introducere Se prezint valoarea teoretic a rezistenei de rupere care este cuprins ntre

    10 i 200 daN/mm2, adic de 25 - 500 de ori mai mici dect rezistena stabilit teoretic. De fapt aceast situaie nu exist n realitate, cristalele reale prezentnd numeroase imperfeciuni structurale, acestea determinnd scderea accentuat a rezistenei mecanice.

    3.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea imperfeciunilor structurale a

    metalelor i a principalelor defecte punctiforme i de suprafa.

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de1 ora.

  • 21

    IMPERFECIUNI N CRISTALE U.3.1. Rezistenele teoretice i tehnice ale materialelor metalice Valoarea teoretic a rezistenei de rupere prin smulgere a unui material metalic se poate deduce

    prin calcul, innd seama de forele de coeziune interatomice. Pentru determinarea rezistenei teoretice de rupere poate fi folosit modelul ionic din figura 2.8

    Figura 2.8 Modelul atomic pentru calculul rezistenei teoretice a metalelor Considernd o solicitare la ntindere ntr-o singur direcie, provocat de forele F, ruperea se

    produce n planul AB. ntr-o prim aproximaie, fora opus de o pereche de ioni de semn contrar situai de o parte i de alta a planului AB va fi:

    unde e este sarcina electric a unui ion iar d - distana dintre ioni. Fiecare pereche de ioni i exercit influena n planul de rupere pe o suprafa aproximativ egal cu d2 i astfel poate fi determinat rezistena teoretic de rupere RT:

    nlocuind valorile numerice rezult:

    n practic ns nu se nregistreaz la nici un material metalic astfel de rezistene ridicate. n

    mod normal materialele metalice utilizate n construcia de maini prezint rezistene cuprinse ntre 10 i 200 daN/mm2, adic de 25 - 500 de ori mai mici dect rezistena stabilit teoretic. Aceste diferene se explic prin aceea c la calculul teoretic al rezistenei materialului metalic se pornete de la modelul unui cristal ideal, cu o reea cristalin perfect. De fapt aceast situaie nu exist n realitate, cristalele reale prezentnd numeroase imperfeciuni structurale, acestea determinnd scderea accentuat a rezistenei mecanice.

    Cea mai pronunat influen asupra rezistenei o au fisurile interne sau superficiale, chiar dac acestea sunt de dimensiuni microscopice. Sub influena unor sarcini exterioare, la limitele acestor fisuri se produce o concentrare a tensiunilor, cu att mai accentuat cu ct dimensiunile fisurilor sunt mai mari n raport cu seciunea piesei. Dei sarcinile aplicate piesei au valori specifice relativ sczute, se produce totui ruperea deoarece n locurile de concentrare a tensiunilor, rezistena teoretic a fost deja depit.

  • 22

    Pe lng aceste defecte mai exist i altele toate afectnd proprietile mecanice ale materialelor metalice. Din aceast cauz n ultimul timp se acord o mare atenie studiului defectelor (imperfeciunilor) reticulare, cu scopul obinerii unor materiale cu proprieti ct mai ridicate.

    In afara imperfeciunilor, reeaua cristalin poate prezenta i distorsiuni elastice, din cauza crora parametrii reelei se abat n zonele tensionate de Ia valorile ideale, influennd deci i proprietile mecanice.

    Un alt gen de abatere de la structura cristalin ideal, care consider atomii fici n nodurile reelei, l constituie vibraiile atomilor din cristalele reale. Frecvena acestor vibraii este dependent de natura legturilor interatomice, iar amplitudinea oscilaiilor este dependent de temperatur, crescnd odat cu aceasta.

    Clasificarea imperfeciunilor (defectelor) reticulare Vacante defect schottky

    Interstiiali Atomi strini De substituie

    Punctiforme

    Conjugate defect frencel Marginale Elicodale

    Liniare

    Mixte Limite de grunte De suprafa Limite de sbgrunte Microscopice

    Defecte

    reticulare

    De volum Macroscopice

    U.3.2.Defecte punctiforme Aceste defecte apar frecvent n cristale i au dimensiuni extrem de mici, afectnd reeaua

    cristalin n microvolume cu un diametru de civa parametrii atomici. n figura 2.8 sunt prezentate schematic aceste defecte punctiforme.

    Vacanele, respectiv nodurile neocupate ale reelei reprezint o caracteristic normal a cristalelor reale. Datorit oscilaiilor atomilor n nodurile reelei, este posibil ca unii atomi s ias din poziia ocupat n cadrul reelei. Atomul care a prsit poziia sa, a lsat n urm o vacan i migreaz (difuzeaz) ocupnd ntr-un alt loc o alt poziie de echilibru, corespunztoare unei energii libere mai sczute.

    Pentru ca atomul s poat iei din poziia lui de echilibru (nodul reelei), el are nevoie de o energie suplimentar, numit energie de activare. Este normal astfel, ca odat cu creterea temperaturii corpului metalic numrul vacanelor s creasc, deoarece amplitudinea oscilaiilor atomilor din reeaua cristalin crete.

    Trecerea atomilor din anumite poziii de echilibru, n alte poziii de echilibru, poart numele de autodifuzie. Vacanele sunt n continu micare n interiorul cristalului, aceast micare fiind rezultatul agitaiei termice i se realizeaz printr-o serie ntreag de permutri ntre o vacan i un atom vecin. Sursele de vacane sunt regiunile din cristal unde densitatea atomic este mai redus (suprafaa corpului metalic, limitele grunilor, dislocaiile).

    Dac temperatura este suficient de nalt este posibil ca un atom s-i prseasc poziia de echilibru ocupnd o poziie interstiial (defect Frenkel). Acest lucru este prezentat n figura 2.9d.

    Vacanele i atomii interstiiali constituie obstacole n calea deplasrii electronilor sub influena unui cmp electric i astfel, odat cu creterea concentraiei acestor defecte crete i rezistivitatea electric a metalelor.

    In figura 2.9 b i c sunt prezentate defecte provocate de atomi strini care pot ocupa poziii interstiiale sau n nodurile reelei. Acest gen de defecte se ntlnete n mod obinuit la metalele impure sau la aliaje. Toate defectele punctiforme determin deformarea reelei cristaline, influennd astfel proprietile mecanice ale materialelor metalice.

  • 23

    A B

    C D

    Figura 2.9 Defecte punctiforme: a - vacan (defect Schottky);

    b - atom interstiial; c - atom strin de substituie; d - defecte conjugate (defect Frenkel)

    Defecte liniare (dislocaii) Aceste defecte pot fi puse n eviden i studiate numai cu ajutorul microscoapelor electronice

    de mare putere. Dislocaiile pot fi considerate ca linii de demarcaie ntre o poriune din cristal, care s-a deplasat pe un plan cristalografic n raport cu cellalt. Dislocaiile au o ntindere mare ntr-o anumit direcie de ordinul sutelor de mii de parametri ai reelei i provoac deformaii relativ mici (de ordinul ctorva parametri ai reelei) pe o direcie perpendicular.

    Pentru caracterizarea dislocaiilor se folosesc vectorii Burgers (B). Aceti vectori ne indic sensul i mrimea dislocaiei. Zona cristalului, mai puternic afectat se numete axa dislocaiei. In funcie de poziia vectorului Burgers fa de axa dislocaiei se vor putea deosebi dislocaii marginale i dislocaii elicoidale. La dislocaiile marginale vectorul Burgers este perpendicular pe axa dislocaiei, iar la dislocaiile elicoidale vectorul Burgers este paralel cu axa dislocaiei.

    Figura 2.10 Determinarea vectorului Burgers

    a - cristal real care conine o dislocaie; b - cristal ideal care nu conine dislocaii n figura 2.10 este prezentat modul n care se determin vectorul Burgers care caracterizeaz o

    dislocaie. Pornind din punctul A se parcurg n sus ase distane interatomice (parametri ai reelei), iar apoi

    alte ase distane nspre stnga, ajungndu-se n punctul C al reelei. Similar se coboar, iar apoi se parcurg alte ase distane pn n punctul E. Se observ c poligonul nu se nchide, acest lucru datorndu-se faptului c el include o dislocaie. Segmentul AE reprezint vectorul Burgers al dislocaiei. n cazul din figura 2.10 a dislocaia are mrimea de un parametru al reelei. Dislocaia

  • 24

    apare n zona Q i ntr-adevr planul cristalin MN conine un numr mai mic de atomi dect planul imediat superior. Aceast dislocaie este o dislocaie marginal deoarece vectorul Burgers este perpendicular pe axa dislocaiei. O dislocaie marginal este prezentat i n figura 2.11

    Figura 2.11 Reprezentarea unui cristal cu reea cubic care conine o dislocaie marginal

    Dislocaia marginal poate fi considerat drept limit a unui semiplan atomic suplimentar existent n poriunea superioar a cristalului. In figura 2.10 axa dislocaiei MN i semiplanul PQMN apar n spaiu, reprezentarea fiind fcut n perspectiv. Abaterea de la perfeciune a reelei, nu se limiteaz doar la prezena unui ir atomic MN cu un numr incoerent de vecini, ci ea se extinde ntr -o regiune cilindric cu axa DD i raza de 3-4 diametre atomice (regiunea ncercuit).

    Zona dislocaiei este o regiune de dezordine atomic unde n partea superioar a planului xy apar tensiuni de compresiune, iar n partea inferioar tensiuni de ntindere.

    Dac planul suplimentar de atomi apare deasupra planului de alunecare, dislocaia se consider pozitiv () i invers, dac planul suplimentar de atomi apare sub planul de alunecare, dislocaia este negativ (T), fig.12.b.

    Dislocaiile marginale se deplaseaz de obicei n direcia planului de alunecare prin alunecare (fig.12.c). Ele se pot ns deplasa i perpendicular pe planul de alunecare, proces ce este denumit deplasare prin crare. Deplasarea prin crare devine posibil cnd n timpul deformrii au loc i procese de difuzie, deci cnd deformarea se face la temperaturi ridicate.

    A

    B

    Figura 2.12 Poziia atomilor de o parte i alta a planului de alunecare: A - dislocaie marginal pozitiv; B - dislocaie marginal negativ Al doilea tip de dislocaie, respectiv dislocaia elicoidal este prezentat n fig.2.13. Aceast

    dislocaie rezult printr-o forfecare a cristalului n plan vertical, axa dislocaiei E-F delimitnd zona planului de forfecare. Deplasarea msurat prin vectorul Burgers este n acest caz paralel cu axa dislocaiei. Dislocaiile elicoidale se pot forma i deplasa doar prin alunecare.

  • 25

    a b Figura 2.13. Reprezentarea unui cristal care conine o dislocaie elicoidal:

    a - reprezentare n spaiu; b - vedere n planul de forfecare n general n cristale coexist dislocaii marginale i elicoidale. Densitatea de dislocaii,

    exprimat ca lungime total a dislocaiilor n unitatea de volum, variaz de la 104 - 106 cm/cm3 n metalele recoapte i poate s creasc pn la 1012 cm/cm3 n metalele deformate plastic la rece.

    U.3.3. Defecte de suprafa Aceste defecte sunt numite i imperfeciuni bidimensionale deoarece au o ntindere mare pe

    dou direcii (de ordinul sutelor de mii de parametrii ai reelei), iar pe cea de a treia direcie, perpendicular pe primele, reeaua este afectat doar pe o adncime de civa parametrii. Acest tip de defect reprezint de fapt suprafee de separare ntre blocurile cristaline ce formeaz un cristal, limite ntre faze sau gruni cristalini.

    Un cristal real este format din numeroase blocuri cristaline de dimensiuni foarte mici (10 -3 10-6 cm3). Aceste blocuri cristaline formeaz ntre ele unghiuri mici (q < 3), iar ansamblul ce rezult poart denumirea de structur n mozaic.

    Dup cum rezult din figura 2.14 la limitele dintre blocurile cristaline se formeaz iruri ntregi de dislocaii marginale care determin deformarea reelei i din aceast cauz tensiunile interne n aceste zone vor fi i ele mai mari. De asemenea limitele blocurilor cristaline cumuleaz pe lng numeroase dislocaii i numeroase defecte punctiforme ca de exemplu, vacane i atomi strini, acestea determinnd i ele, tensionarea reelei.

    Datorit strii de tensiune a reelei la limitele dintre blocurile cristaline, atomii vor fi mai activi din punct de vedere chimic i deci aceste zone sunt mai sensibile la coroziune.

    Figura 2.14 Structura n mozaic a cristalelor

  • 26

    Un alt tip de defect de suprafa l constituie limitele dintre grunii cristalini. In cazul n care unghiul q prezint valori mai mari, perturbaia reelei reticulare se produce pe o adncime mai mare lund natere suprafee ce delimiteaz grunii cristalini. Tranziia de la un grunte ia altul se face printr-o zon avnd o grosime de mai muli parametrii ai reelei, n care aranjamentul atomilor nu corespunde nici unuia din cristalele vecine, ci este un aranjament de tranziie cu un grad pronunat de dezordine n care e prezentat o reea complex de dislocaii i vacane (fig.2.15.).

    Figura 2.15 Schema asamblrii reelei cristaline la limitele dintre gruni Reactivitatea chimic a atomilor plasai la limita grunilor este mai ridicat dect cea a

    atomilor de Ia limitele blocurilor cristaline. Din aceast cauz este posibil observarea acestor limite, prin microscopie optic, dup ce n prealabil s-a efectuat un atac al probei cu un reactiv chimic adecvat.

    Poziiile de neechilibru ale atomilor de la limitele grunilor determin creterea energiei libere. Ca urmare limitele de grunte sunt n echilibru termodinamic metastabil i grunii au tendina s creasc. La temperaturi suficient de nalte limitele de grunte se pot deplasa sub inf luena unor fore convenabile. Datorit surplusului de energie i concentraiei sporite de atomi strini, limitele grunilor sunt sediul de iniiere a transformrilor n stare solid din materialele metalice. Suprafeele interfazice sunt considerate i ele ca fiind defecte de suprafa. Ele reprezint

    limitele de separare ntre gruni din faze diferite (fig.2.16).

    Figura 2.16 Schema distribuiei atomilor la limita grunilor din faze diferite

    n partea de jos a figurii este prezentat variaia energiei libere n lungul grunilor i a limitei

    dintre acetia. Structura suprafeei interfazice este mai complex dect structura limitei de grunte dintr-un material monofazic, deoarece interfaa reprezint o tranziie ntre gruni cu reea cristalin diferit. Interfeele pot fi necoerente dac nu exist nici o continuitate ntre reelele cristaline ale celor dou faze. O interfa necoerent const dintr-un aranjament complex de dislocaii care determin o deformare puternic a reelei. Aceste interfee au o mobilitate redus, ele putndu-se deplasa doar cu un consum foarte mare de energie.

    .

  • 27

    Exemple Cea mai pronunat influen asupra rezistenei o au fisurile interne sau

    superficiale, chiar dac acestea sunt de dimensiuni microscopice. Sub influena unor sarcini exterioare, la limitele acestor fisuri se produce o concentrare a tensiunilor, cu att mai accentuat cu ct dimensiunile fisurilor sunt mai mari n raport cu seciunea piesei. Defectele liniare (dislocaii) pot fi puse n eviden i studiate numai cu ajutorul microscoapelor electronice de mare putere. Defectele de suprafa sunt numite i imperfeciuni bidimensionale deoarece au o ntindere mare pe dou direcii (de ordinul sutelor de mii de parametrii ai reelei), iar pe cea de a treia direcie, perpendicular pe primele, reeaua este afectat doar pe o adncime de civa parametrii.

    Cat este rezistena teoretica i cea reala, care sunt defectele liniare i de suprafa..

    S ne reamintim:

    Rezistenta teoretica i reala

    Defectele liniare

    Defectele de suprafa

    Rezumat n practic ns nu se nregistreaz la nici un material metalic astfel de rezistene

    ridicate. n mod normal materialele metalice utilizate n construcia de maini prezint rezistene cuprinse ntre 10 i 200 daN/mm2, adic de 25 - 500 de ori mai mici dect rezistena stabilit teoretic. Aceste diferene se explic prin aceea c la calculul teoretic al rezistenei materialului metalic se pornete de la modelul unui cristal ideal, cu o reea cristalin perfect. De fapt aceast situaie nu exist n realitate, cristalele reale prezentnd numeroase imperfeciuni structurale, acestea determinnd scderea accentuat a rezistenei mecanice.

    Test de evaluare a cunotinelor 1. Care este defectul punctiform din structura cristalin : a) discolcaii; b) blocuri n mozaic c) vacan 2. Difuzia atomilor n materiale are la baz: a) variaia energiei termice; b) variaia energiei mecanice c) variaia energiei electrice.

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 28

    Unitatea de nvare 4. ALIAJE.

    Cuprins

    4.1. Introducere ......................................................................................................................28 4.2. Competene......................................................................................................................28

    U. 4.1. Constituia aliajelor ..................................................................................................... 29 U.4.2 Constitueni metalografici .............................................................. ............................. 30

    4.1. Introducere Se prezint aliajele metalice ca fiind materiale obinute prin

    amestecul intim, uneori la scar atomic, a unui metal de baz cu alte elemente metalice sau nemetalice, aceste amestecuri realizndu-se de cele mai multe ori prin topire i solidificare. La examinarea microscopic, fazele dintr-un material metalic prezint aspecte structurale caracteristice, numite constitueni structurali sau metalografici.

    4.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea i alctuirea aliajelor metalice i

    cunoaterea constitueniilor metalografici ce pot fi grupai n patru categorii distincte: metalul pur; soluia solid; compusul chimic; amestecul mecanic.

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de1 ora.

  • 29

    ALIAJE. DIAGRAME DE ECHILIBRU

    U.4.1. CONSTITUTIA ALIAJELOR Prin sistem fizico-chimic se nelege un corp sau un ansamblu de corpuri care se gsesc n

    interaciune i care se izoleaz de mediul nconjurtor, ca de exemplu topitura metalic dintr-un creuzet, o bucat de metal sau aliaj etc. Sistemele fizico-chimice pot fi omogene dac au aceleai caracteristici fizico-chimice n toat masa lor, sau eterogene, dac sunt formate din mai multe pri omogene fizic i chimic. O parte omogen a unui sistem eterogen se numete faz.

    Materialele metalice se mpart n metale i aliaje. n cazul metalelor, existnd o singur specie de atomi, la solidificare se va forma o singur faz, respectiv metal pur.

    Aliajele sunt materiale metalice obinute prin amestecul intim, uneori la scar atomic, a unui metal de baz cu alte elemente metalice sau nemetalice, aceste amestecuri realizndu-se de cele mai multe ori prin topire i solidificare.

    Totalitatea aliajelor alctuite din aceiai componeni, formeaz un sistem de aliaje. De exemplu: totalitatea aliajelor formate din cupru i nichel, care conin cupru de la 0 - 100 % - restul nichel, formeaz sistemul de aliaje cupru-nichel. Dup numrul componenilor (speciilor atomice din aliaj), aliajele pot fi binare, ternare, cuaternare sau polinare, respectiv pe lng componentul de baz mai sunt prezeni unul, doi, trei sau mai muli ali componeni, numii i componeni de aliere sau elemente de aliere. Componentul de baz este ntotdeauna metalic, iar elementele de aliere pot fi, fie metalice fie nemetalice.

    n ansamblu, un aliaj este omogen Ia scar macroscopic, dar privit la scar microscopic el este format din numeroi gruni cristalini, care dac sunt de aceiai natur, aliajul este monofazic, iar dac grunii sunt de natur diferit, aliajul este polifazic. Aliajele polifazice, dei apar omogene macroscopic, sunt eterogene la scar microscopic, fiind alctuite din domenii de faze diferite. Proprietile aliajelor sunt influenate de natura, cantitatea, forma i distribuia fazelor. Natura fazelor prezente ntr-un aliaj reprezint constituia fizico-chimic a aliajului. Aa cum s-a artat, faza este definit ca o parte omogen dintr-un sistem fizico-chimic, delimitat de alte faze din sistem, prin suprafee de separare interfazic.

    Din punct de vedere al constituiei fizico-chimice, componenii unui aliaj se pot asocia n urmtoarele moduri: - formeaz o combinaie sau un compus chimic; - formeaz cristale separate de metal pur; - atomii elementelor de aliere se ncorporeaz n reeaua cristalin a metalului de baz formnd cristale de soluie solid. Exist deci trei tipuri de faze n aliajele solide: metal pur, soluie solid, compus chimic. n condiii de echilibru termodinamic, echilibru care n aliaje se realizeaz prin solidificare lent sau prin nclziri n stare solid urmate de rcire lent (recoaceri), constituia fizico-chimic pe care o adopt aliajul (numrul, natura, proporia fazelor) corespunde energiei libere minime.

    La un aliaj binar, n care atomii celor doi componeni sunt notai cu A i B, apar n stare topit dou posibiliti: - atomii celor doi componeni se separ dup densitile lor, respectiv componenii A i B sunt insolubili n stare lichid; - atomii componenilor A i B se dizolv unul ntr-altul formnd o topitur omogen numit soluie lichid, n care atomii i pierd individualitatea, distribuindu-se dezordonat.

    La solidificarea aliajelor cu componeni insolubili n stare lichid vor rezulta dou faze solide, adic metal pur A i metal pur B. n cazul solidificrii aliajelor a cror componeni sunt solubili n stare lichid apar trei posibiliti:

    a) Atomii A i B se resping ceea ce nseamn c forele de atracie dintre atomii de acelai fel sunt mai mari dect cele dintre atomii diferii, deci atomii fiecrui component se grupeaz, rezultnd un amestec de faze solide (metal pur A i metal pur B). De exemplu, n aceast categorie se ncadreaz aliajele din sistemul Pb-Sb; dei atomii de plumb i cei de stibiu formeaz un lichid

  • 30

    omogen, la solidificare se vor forma domenii alctuite numai din atomi de plumb i altele numai din atomi de stibiu.

    b) Atomii A i B sunt indifereni, ceea ce nseamn c forele de atracie dintre atomii de acelai fel sunt de acelai ordin de mrime cu forele de atracie dintre atomii diferii. n acest caz atomii componenilor A i B se vor repartiza la ntmplare formnd o faz unic, respectiv o soluie solid.

    c) Atomii A i B se atrag, ceea ce nseamn c forele de atracie dintre atomii de acelai fel sunt mai mici dect cele dintre atomii diferii. n acest caz fiecare atom A se va nconjura de un anumit numr de atomi B formnd n acel domeniu o faz unic, respectiv un compus chimic. Caracteristic pentru compuii chimici este faptul c posed o structur cristalin deosebit de cea a elementelor constituente.

    U.4.2. CONSTITUENI METALOGRAFICI

    La examinarea microscopic, fazele dintr-un material metalic prezint aspecte structurale caracteristice, numite constitueni structurali sau metalografici. Proprietile aliajelor sunt determinate de tipul fazelor prezente n aliaj, dar i de modul n care sunt distribuii constituenii metalografici, de forma i de raportul lor cantitativ. Deci, n timpul cercetrii microscopice, prin studierea tipului, formei, cantitii i distribuiei constituenilor metalografici, se vor putea face aprecieri asupra proprietilor metalelor sau aliajelor.

    Constituenii metalografici pot fi grupai n patru categorii distincte: - metalul pur; - soluia solid; - compusul chimic; - amestecul mecanic.

    1. Metalul pur n cazul examinrii microscopice a unui eantion de metal pur, dac atacul suprafeei supuse

    cercetrii a fost de scurt durat, vor fi atacate doar limitele cristalelor, evideniindu-se deci gruni de metal pur. n cazul n care atacul suprafeei de cercetat a fost de mai lung durat, grunii vor fi ataai n mod diferit, respectiv se vor colora diferit. Acest lucru este datorat anizotropiei grunilor i orientrii diferite de la grunte la grunte a reelei cristaline.

    Metalul pur se caracterizeaz prin conductibilitate electric i termic ridicat, plasticitate mare, dar cu duritate, limit de curgere i rezisten la ruper e, sczute. n cadrul aliajelor, atunci cnd componenii aliajului sunt insolubili n stare solid, ei pot s apar ca domenii distincte, respectiv gruni separai de metal pur.

    2. Soluia solid Grunii de soluie solid sunt formai din atomi ai unor componeni diferii care sunt

    distribuii ntmpltor n cadrul reelei. Componentul care predomin este numit component de baz sau solvent, iar n reeaua sa cristalin vor fi nglobai atomii componentului de aliere, respectiv componentului dizolvat.

    Dup modul n care se ncadreaz atomii componenilor dizolvai n reeaua cristalin a solventului, vor rezulta soluii solide de substituie, de interstiie i complexe. n soluiile solide de substituie, atomii componentului de aliere nlocuiesc n nodurile reelei cristaline o parte din atomii metalului de baz. n soluiile solide de interstiie atomii componentului de aliere ocup poziii interstiiale ale reelei metalului de baz. n soluiile solide complexe apar atomi strini, att n nodurile reelei, ct i n spaiile interstiiale.

    n figurile 3.1, 3.2 i 3.3. sunt prezentate schematic principalele tipuri de soluii solide, respectiv soluiile de substituie, soluiile solide de interstiie i soluiile solide complexe.

  • 31

    Figura 3.1. Soluie solid de substituie n sistemul Cu-Ni: a) reprezentare n spaiu; b) reprezentare n plan.

    Figura 3.2. Soluie solid de interstiie de carbon n Fegama: a) reprezentare n spaiu; b) reprezentare n plan.

    Figura 3.3. Soluie solid complex n aliajul polinar Fe-Cr-Ni-C: a) reprezentare n spaiu; b) reprezentare n plan.

    Dac metalele care formeaz soluii solide sunt complet solubile n stare solid, toi atomii componentului de baz pot fi substituii prin atomi ai componentului de aliere i se pot forma astfel, soluii solide la orice concentraie a elementului de aliere (de la 0 - 100 %).

    Pentru a se putea forma soluii solide cu solubilitate nelimitat (soluii solide totale), componenii aliajului trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:

    a) s aib acelai tip de reea cristalin; b) diferena dintre diametrele atomilor s nu fie mai mare de 8 %; c) s ocupe poziii apropiate n tabelul periodic al elementelor, adic s aib un caracter

    electrochimic asemntor; d) s aib temperaturi de topire apropiate. Dac componenii aliajului nu ndeplinesc toate condiiile enumerate mai sus, se vor putea

    forma doar soluii solide pariale. Dac diferena dintre diametrele atomilor componenilor variaz n limitele 8 - 15 %, atunci solubilitatea este limitat, iar soluii solide de substituie se vor putea forma numai n anumite intervale de concentraie. Dac diferena dintre diametrele atomilor componenilor este mai mare de 15 %, ntre componeni nu se vor putea forma soluii solide de substituie. Soluiile solide de interstiie se formeaz prin dizolvarea ntr-un solvent metalic, a unor elemente cu diametrul atomic foarte mic (hidrogen cu d = 0,92 Z, azot cu d = 1,42 Z, carbon cu d = 1,54 Z, bor cu d = 1,94 Z). Ca solvent pentru soluiile solide de interstiie servesc de regul metalele de tranziie (Fe, Mn, Cr) la care factorul electrochimic este favorabil. Soluiile solide interstiiale cu cea mai mare importan tehnic, apar n aliajele fier-carbon.

  • 32

    Dimensiunile atomilor de C, H, B sunt mai mari dect cele ale spaiilor interstiiale ale reelei solventului metalic. Din aceast cauz, dizolvarea introduce deformri elastice considerabile n reeaua solventului, ceea ce limiteaz solubilitatea la valori reduse, aa nct numai o proporie redus din totalitatea interstiiilor vor putea fi ocupate. Datorit deformrii reelei i a tensiunilor interne ce apar, proprietile mecanice ale soluiilor solide de interstiie sunt diferite de cele ale metalului de baz, chiar dac concentraia elementelor dizolvate interstiial este sczut.

    Soluiile solide complexe sunt combinaii ntre soluiile solide de substituie i cele de interstiie, respectiv n reeaua cristalin a metalului de baz apar att atomi de substituie ct i atomi interstiiali.

    n soluiile solide legtura interatomic este de tip metalic, adic atomii tuturor componenilor (solvent i elemente dizolvate, fie ele metalice sau nemetalice) sunt ionizai pozitiv i sunt legai mpreun prin atracia exercitat de mulimea electronilor de valen colectivizai, care circul cvasi-liber prin scheletul ionic al reelei. Introducerea atomilor strini, produce distorsionarea reelei cristaline a metalului de baz i deci proprietile soluiei solide vor fi influenate de distribuia acestor atomi strini din reea. n figura 3.4 sunt prezentate cteva situaii de deformare a reelei datorate prezenei atomilor strini cu diametre atomice diferite de cele ale metalului de baz. Se observ c n prezena atomilor elementelor de aliere apar n reea defecte punctiforme, precum i dislocaii. Cu ct coninutul n elemente de aliere va fi mai mare cu att numrul de defecte pe unitatea de volum va fi i el mai ridicat i deci duritatea i rezistena la rupere vor fi mai mari, iar alungirea la rupere mai mic. n figura 3.5 este prezentat variaia rezistenei la rupere i a alungirii la rupere n funcie de compoziia chimic, n cazul sistemului cu soluie solid total Cu-Ni. Comparnd proprietile mecanice ale soluiilor solide cu cele ale celorlali constitueni, se poate face afirmaia c aceste proprieti sunt mai apropiate de cele ale metalelor pure, adic duritile i rezistenele Ia rupere sunt relativ sczute, iar alungirea la rupere este ridicat.

    Figura 3.4. Distorsiuni n reeaua cris talin a soluiilor solide.

    Figura 3.5. Variaia rezistenei la rupere i a alungirii la rupere n sistemul Cu -Ni

    3. Compusul chimic n condiiile n care ntre atomii metalului de baz i atomii elementelor de aliere se stabilesc

    legturi chimice, iau natere aa numiii compui chimici. Compusul chimic este un constituent metalografic care prezint o compoziie chimic constant i bine definit, iar reeaua sa cristalin este diferit de cea a componenilor.

  • 33

    Datorit legturilor chimice complexe care apar ntre atomii componenilor aliajelor, compuii chimici prezint de regul o duritate ridicat, dar i o fragilitate mare. De asemeni compuii chimici prezint de obicei temperaturi de topire mai mari dect elementele componente. Astfel, prezena n aliaje a compuilor chimici, va determina creterea duritii i deci i a rezistenei la uzare, creterea fragilitii i ridicarea temperaturii de topire.

    Se pot deosebi trei tipuri de compui chimici: compui electrochimici, compui chimici electronici i compui chimici interstiiali.

    4. Amestecul mecanic Amestecul mecanic este un constituent format din dou sau mai multe faze solide, care s -au separat fie dintr-o soluie lichid (amestec mecanic eutectic), fie dintr-o soluie solid suprasaturat (amestec mecanic eutectoid).

    n diverse aliaje se formeaz amestecuri mecanice ntre un metal pur i o soluie solid, sau ntre un metal pur i un compus chimic, sau ntre un compus chimic i o soluie solid etc. Fazele constituente ale amestecurilor mecanice se pot prezenta ca lamele sau globule ale unei faze, n masa celeilalte faze. Amestecurile mecanice eutectoide prezint o dispersie mai ridicat a fazelor, ele sunt deci mai fine dect amestecurile mecanice eutectice.

    Proprietile amestecurilor mecanice sunt determinate de proprietile fazelor constituente, respectiv proprietile sunt intermediare. De asemeni proprietile amestecurilor mecanice sunt influenate i de dispersia fazelor, cu ct aceasta este mai avansat cu att rezistena Ia rupere este mai mare.

    Exemple Aliajele sunt materiale metalice obinute prin amestecul intim, uneori la scar atomic, a unui metal de baz cu alte elemente metalice sau nemetalice, aceste amestecuri realizndu-se de cele mai multe ori prin topire i solidificare. Totalitatea aliajelor alctuite din aceiai componeni, formeaz un sistem de aliaje. Soluiile solide de interstiie se formeaz prin dizolvarea ntr-un solvent metalic, a unor elemente cu diametrul atomic foarte mic (hidrogen cu d = 0,92 Z, azot cu d = 1,42 Z, carbon cu d = 1,54 Z, bor cu d = 1,94 Z). Ca solvent pentru soluiile solide de interstiie servesc de regul metalele de tranziie (Fe, Mn, Cr) la care factorul electrochimic este favorabil. Soluiile solide interstiiale cu cea mai mare importan tehnic, apar n aliajele fier-carbon.

    Cat este compusul chimic, soluia solid i amestecul mecanic.

    S ne reamintim:

    Sistemul binar

    Compui metalografici

    Aliajele metalice

  • 34

    Rezumat La un aliaj binar, n care atomii celor doi componeni sunt notai cu A i B,

    apar n stare topit dou posibiliti: - atomii celor doi componeni se separ dup densitile lor, respectiv componenii A i B sunt insolubili n stare lichid; - atomii componenilor A i B se dizolv unul ntr-altul formnd o topitur omogen numit soluie lichid, n care atomii i pierd individualitatea, distribuindu-se dezordonat. n diverse aliaje se formeaz amestecuri mecanice ntre un metal pur i o soluie solid, sau ntre un metal pur i un compus chimic, sau ntre un compus chimic i o soluie solid etc. Fazele constituente ale amestecurilor mecanice se pot prezenta ca lamele sau globule ale unei faze, n masa celeilalte faze.

    Test de evaluare a cunotinelor 1. Care constituenti din diagrama Fe - C sunt soluii solide a.cementita, b.ferita, c. perlita 2. Care dintre constitueni metalografici au plasticitatea ridicata: a) soluia solid; b) amestecul mecanic c) metalul pur.

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 35

    Unitatea de nvare 5. DIAGRAMELE DE ECHILIBRU ALE ALIAJELOR BINARE

    Cuprins 5.1. Introducere............................................................. ......................................................... 35 5.2. Competene......................................................................................................................35

    U. 5.1. Clasificarea sistemelor de aliaje binare........... ..................................................................36 U.5.2 Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni insolubili att n stare lichid ct i

    n stare solid....................................................................... ....................................................36 U.5.3. Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni parial solubili n stare lichid i

    insolubili n stare solid............................................................................. .......................................37 U.5.4 Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni complet solubili n stare lichid .38 U.5.5. Sisteme binare cu componeni solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid ..43

    5.1. Introducere Se prezint aspectul diagramelor de echilibru binare care este influenat de natura componenilor sistemului, de solubilitatea componenilor n stare lichid i n stare solid, precum i de posibilitatea apariiei unor transformri fazice n stare solid. Dispunnd de aceste diagrame de echilibru, se vor putea stabili condiiile de elaborare ale oricrui aliaj, posibilitatea de aplicare a anumitor tratamente termice, precum i alegerea temperaturii optime pentru tratament termic, vor putea f determinate fazele constituente precum i constituenii metalografici ai aliajelor, etc.

    5.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea i alctuirea diagramelor de echilibru

    binare. Cunoserea principalelor transformri i a punctelor de echilibru .

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 1 ora.

  • 36

    DIAGRAMELE DE ECHILIBRU ALE ALIAJELOR BINARE

    Proprietile unui aliaj sunt determinate de constituia sa fizico-chimic i nu n mod direct de compoziia chimic. Limitele de stabilitate ale fazelor dintr-un sistem de aliaje sunt reprezentate grafic n funcie de temperatur i concentraie, rezultnd aa numitele diagrame de echilibru fazic ale sistemelor. Pe aceste diagrame pot fi urmrite transformrile de stare, transformrile alotropice, variaiile solubilitii etc., pentru toate aliajele din sistemul considerat.

    Construirea diagramelor de echilibru se face experimental urmrindu-se transformrile ce se produc la nclzire i rcire n condiii de echilibru, ale unui mare numr de aliaje dintr-un sistem dat. Temperaturile la care se produc diverse transformri (temperaturi critice) sunt puse n eviden prin anomaliile ce apar pe curbele de variaie cu temperatura a anumitor proprieti. n timpul nclzirilor i rcirilor lente, pot fi urmrite momentele n care pe curbele de rcire apar discontinuiti (analiza termic), sau se produc modificri ale compactitii reelei (analiza dilatometric) sau apar modificri brute ale rezistivitii electrice (analiza electric) sau ale proprietilor magnetice (analiza magnetic).

    Determinnd punctele critice ale mai multor aliaje dintr-un sistem, transpunndu-le n coordonate temperatur - concentraie i unind familiile punctelor critice obinute, vor rezulta diagramele de echilibru ale sistemului considerat.

    Dispunnd de aceste diagrame de echilibru, se vor putea stabili condiiile de elaborare ale oricrui aliaj, posibilitatea de aplicare a anumitor tratamente termice, precum i alegerea temperaturii optime pentru tratament termic, vor putea f determinate fazele constituente precum i constituenii metalografici ai aliajelor, etc. Rezult astfel importana practic deosebit pe care o au aceste diagrame de echilibru.

    U. 5.1. Clasificarea sistemelor de aliaje binare Aspectul diagramelor de echilibru binare este influenat de natura componenilor sistemului, de solubilitatea componenilor n stare lichid i n stare solid, precum i de posibilitatea apariiei unor transformri fazice n stare solid.

    U. 5.2. Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni insolubili att n stare

    lichid ct i n stare solid n condiiile n care, atomii componenilor unui aliaj aflat n stare lichid, nu se pot dizolva,

    ei se vor separa dup densitile lor, rezultnd un lichid neomogen. Dac curenii de convecie care iau natere n aceast topitur nu sunt suficient de puternici, sau dac printr-o aciune mecanic (agitare, vibrare) nu se va proceda la amestecarea lichidelor metalice insolubile, metalul topit cu o densitate mai mare, se va separa Ia fundul creuzetului. Situaia se va pstra i dup solidificarea aliajului, rezultnd un material cu proprieti necorespunztoare.

    Pentru eliminarea acestei stratificri a metalelor topite insolubile, se poate proceda la agitarea mecanic sau vibrarea topiturilor. att n timpul elaborrii ct i n timpul solidificrii aliajului. O alt metod de obinere a pieselor din astfel de aliaje, este aceea a metalurgiei pulberilor (amestecarea pulberilor metalice, presarea i sinterizarea lor). n figura 3.6. este prezentat diagrama de echilibru a unui sistem cu componeni insolubili n stare lichid i solid, particularizndu-se diagrama pentru sistemul Fe-Pb La temperaturi superioare temperaturii TA , cele dou lichide metalice nu sunt miscibile. La temperatura TA , se va solidifica metalul A, pstrndu-se metalul B n stare lichid pn la temperatura TB , cnd i acesta se va solidifica. n final se vor obine cristale de metal pur A i cristale de metal pur B.

  • 37

    Figura 3.6. Diagrama de echilibru a unui sistem cu componeni insolubili n stare lichid i solid.

    U. 5.3. Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni parial solubili n stare lichid i insolubili n stare solid

    Un exemplu pentru un astfel de sistem este prezentat n figura 3.7, particularizndu-se diagrama pentru sistemul Pb-Zn. n figur se observ c n anumite intervale de temperatur i concentraie, componenii sunt solubili n stare lichid. La scderea temperaturii n domeniul c-d-e-TB , se nregistreaz o separare a dou lichide LA i LB . Lichidul LA conine ntr-o proporie mai mic i atomi ai componentului B, iar lichidul LB , invers. Nu vor rezulta deci lichide de metal pur A i de metal pur B, ceea ce nseamn c n stare lichid componenii sunt parial solubili. Considernd aliajul M, la scderea temperaturii cnd este atins orizontala d-e, LA va avea compoziia punctului d, iar LB , compoziia punctului e. Pe msur ce scade temperatura, LA se va mbogi n atomi ai componentului A, iar LB n atomi de B. La temperatura de solidificare a componentului B, LA va avea concentraia punctului C, iar LB va avea concentraia de 100 % B. La temperatura TB , se vor forma cristale de metal pur B, iar odat cu scderea n continuare a temperaturii, LA se va mbogi mai mult n atomi ai componentului A. La temperatura TA , LA va avea concentraia de 100 % A i va cristaliza, dnd natere unor cristale de metal pur A. Rezult deci n urma solidificrii, un amestec mecanic de metale pure A i B.

    Figura 3.7. Diagrama de echilibru a unui sistem cu componeni parial solubili n stare lichid i insolubili n stare solid.

    Liniile d-c-TA i e-TB se numesc linii de solubilitate n stare lichid, iar LA i LB se numesc soluii lichide conjugate. Linia TA-c-TB este linia lichidus a diagramei, linie peste care aliajele sistemului sunt n stare lichid. Linia TA-b-TB este linia solidus a sistemului, linie sub care toate aliajele sistemului sunt solidificate.

    Pentru reducerea segregaiei gravitaionale care se manifest la aliajele din aceste sisteme, se recomand vibrarea topiturilor pe toat durata solidificrii, precum i aplicarea unor viteze mari de rcire.

  • 38

    U. 5.4. Diagramele de echilibru ale sistemelor cu componeni complet solubili n stare lichid

    1. Sisteme binare cu componeni complet solubili att n stare lichid ct i n stare solid

    Sistemele binare cu componeni complet solubili n stare lichid i n stare solid, se mai numesc i sisteme binare cu soluie solid total, sau cu soluie solid izomorf. Componenii aliajelor din aceste sisteme, se dizolv reciproc n orice proporie, rezultnd dup solidificare soluii solide de substituie.

    n figura 3.8. este prezentat diagrama de echilibru a unui sistem cu soluie solid total (izomorf), particularizndu-se diagrama pentru sistemul Cu-Ni. Considernd aliajul M, se observ c la rcirea lichidului omogen L, sub linia lichidus se vor forma n topitur cristale de soluie solid alfa acestea dezvoltndu-se pe msur ce scade temperatura. La atingerea curbei solidus, materialul va fi complet solidificat, rezultnd o structur format din gruni de soluie solid alfa. Analiznd microstructura aliajului rezultat, se constat c grunii de soluie solid nu prezint omogenitate chimic pe seciunea gruntelui, adic se evideniaz fenomenul de segregaie intracristalin. Pentru explicarea apariiei acestei segregaii, trebuie prezentat aa numita regul a orizontalei, regul utilizat n studiul diagramelor de echilibru.

    Figura 3.8. Diagrama de echilibru a unui sistem cu soluie solid total.

    2. Regula orizontalei

    Regula orizontalei se aplic n studiul diagramelor de echilibru binare, pentru determinarea compoziiei chimice a fazelor aflate n echilibru la o anumit temperatur.

    Compoziia chimic a fazelor n echilibru, este dat de abscisa punctelor de intersecie a orizontalei de temperatur cu curbele de transformare ale diagramei de echilibru. Orice modificare a temperaturii n intervalul temperaturilor de solidificare (cuprins ntre curba lichidus i curba solidus) schimb compoziia fazelor aflate n echilibru. n intervalul de transformare, compoziia fazei lichide evolueaz pe curba lichidus, iar cea a fazei solide, pe c urba solidus.

    Fie aliajul M din sistemul binar cu soluie solid izomorf (fig. 3.9), nclzit la o temperatur superioar curbei lichidus. La scderea temperaturii, n momentul cnd este atins temperatura T1, n lichidul metalic vor lua natere primii germeni de cristalizare. Trasnd o orizontal Ia nivelul temperaturii T1, aceasta va intersecta curbele lichidus i solidus, pe fiecare ntr-un punct. Proiectnd pe axa concentraiilor aceste puncte, vor rezulta punctele M i alfa1 , punctul M va indica compoziia chimic a lichidului, iar punctul alfa1 - compoziia chimic a germenilor de cristalizare. Se observ c germenii de cristalizare sunt de soluie solid cu o concentraie ridicat de atomi ai componentului B. Odat cu scderea temperaturii germenii de cristalizare se vor dezvolta, modificndu-se echilibrul dintre faze. La temperatura T2 , orizontala va intersecta curbele lichidus i solidus, proiecia punctelor de intersecie fiind l2 i alfa2 . Punctul l2 indic compoziia chimic a fazei lichide, iar punctul alfa2 indic compoziia chimic a fazei solide (cristalelor de soluie solid), la temperatura

  • 39

    T2 . Se poate observa c pe msur ce temperatura scade, concentraia de component B din cristale scade, iar concentraia de component A din lichid crete. La temperatura T3 , este atins curba solidus. Orizontala trasat la aceast temperatur, indic faptul c grunii au ajuns Ia compoziia chimic M, iar ultimele pri lichide ale aliajului care s-a solidificat, au avut compoziia chimic l3 . Presupunnd deci c n timpul solidificrii i rcirii nu s-au manifestat difuzii ai atomilor componenilor A i B, grunii vor prezenta n centrul lor compoziia chimic alfa1 , iar la suprafaa lor compoziia chimic l3 . n realitate, datorit condiiilor reale n care se desfoar procesul de solidificare i rcire, atomii componenilor aliajului au posibilitatea de a difuza n sensul uniformizrii compoziiei chimice pe seciunea grunilor, astfel nct segregaia intracristalin se diminueaz. Cristalele astfel formate i care prezint o segregaie intracristalin poart denumirea de cristale zonare. Prin tratamentul termic de recoacere de omogenizare, segregaiile cristalelor zonale pot fi diminuate substanial.

    Figura 3. 9. Regula orizontalei aplicate la o diagram binar cu soluie solid izomorf.

    3. Regula prghiei Pe lng regula orizontalei, n studiul diagramelor de echilibru este utilizat i regula

    prghiei. Cu ajutorul regulii prghiei, este posibil determinarea raportului cantitativ, care exist ntre fazele aflate n echilibru Ia o anumit temperatur. ntre curbele lichidus i solidus, aliajele prezint un amestec de dou faze, respectiv una solid i alta lichid, raportul dintre cantitatea de solid i cea de lichid variind cu temperatura. La temperaturi apropiate de T1 (fig. 3.9), cantitatea de solid este foarte mic, iar cea de lichid foarte mare, iar la temperaturi apropiate de T3 , cantitatea de faz solid este foarte mare, pe cnd cea de lichid este redus. Cantitatea fazelor solide i lichide, existente la o anumit temperatur, poate fi determinat cu ajutorul regulii prghiei.

    Figura 3.10. Regula prghiei aplicat la o diagram binar cu soluie solid izomorf.

    Referindu-ne la figura 3.10, se presupune c dorim s determinm cantitatea de lichid i solid a aliajului M, aflat la temperatura Tm . Notm intersecia dintre verticala concentraiei M i orizontala temperaturii Tm , cu m. Orizontala trasat prin punctul m, intersecteaz curba lichidus n punctul l iar curba solidus n s. Aliajul aflndu-se n echilibru, punctul m poate fi considerat ca punct de sprijin al prghiei ls, prghie aflat i ea n echilibru sub aciunea greutii lichidului Gl i a solidului Gs. Ecuaia momentelor acestei prghii este:

  • 40

    smGlmG sl .. de unde: Gl/Gs = sm/lm Rezult c greutatea fazei lichide este proporional cu segmentul sm, iar greutatea fazei

    solide cu segmentul lm. Dac se mparte prghia ls n 100 de diviziuni, respectiv 100 %, segmentul sm va exprima procentual cantitatea de lichid, iar segmentul lm, cantitatea de solid. Din acest motiv regula prghiei mai poart denumirea de regula segmentelor inverse. 4. Sisteme binare cu componeni solubili n stare lichid i insolubili n stare solid

    a) Diagrama cu eutectic Un exemplu pentru o diagram cu eutectic, dintr-un sistem cu componeni insolubili n stare

    solid i solubili n stare lichid, este prezentat n figura 3.11, particularizndu-se diagrama pentru sistemul Pb-Sb. Feste curba lichidus TA-e-TB , aliajele se gsesc n stare lichid, topiturile fiind omogene. Sub linia solidus TA-a-e-b-TB , aliajele sistemului sunt complet solidificate, prezentnd o structur format din dou faze, respectiv metal pur A i metal pur B, componenii fiind insolubili n stare solid. Se va urmri n continuare procesul de solidificare al aliajului: M (67 % B, 33 % A). La scderea temperaturii, la atingerea curbei lichidus, n lichidul omogen L vor apare primii germeni de cristalizare. Aplicnd regula orizontalei n punctul acesta, se constat c germenii care s-au format n topitur, sunt de metal pur B. Odat cu scderea temperaturii, va continua separarea de cristale de metal pur B din topitur i astfel compoziia chimic a lichidului metalic se va modifica continuu, tinznd ctre concentraia corespunztoare punctului e. Punctul e se numete punct eutectic, i el este determinat de o temperatur eutectic i o concentraie eutectic. Lichidul cu concentraia eutectic se va solidifica la temperatur constant, dnd natere unui amestec mecanic eutectic. Fazele componente ale acestui amestec mecanic pot fi determinate prin aplicarea regulii orizontalei n punctul eutectic e. Orizontala dusa n e atinge n partea stng ordonata metalului pur A, iar n dreapta, pe cea a metalului pur B, rezult deci c amestecul mecanic eutectic este format din cristale fine de metal pur A i de metal pur B. n final aliajul M va prezenta o structur format din cristale de metal pur B (care s-au format la temperaturi superioare temperaturii eutectice) i eutectic E (format la temperatura eutectic).

    Figura 3.11. Diagram de echilibru cu eutectic pentru un sistem binar cu componeni solubili n

    stare lichid i insolubili n stare solid

    Cristalizarea lichidului cu concentraie eutectic poate fi exprimat prin relaia:

    adic lichidul cu concentraia e se transform la rcire ntr-un amestec mecanic eutectic format din cristale de A (cu concentraia a) i cristale de B (cu concentraia b). La nclzire transformarea este invers.

    Aliajele care cristalizeaz dup o diagram cu eutectic, pot fi clasificate n aliaje hipoeutectice (n stnga punctului eutectic); eutectice i hipereutectice (n dreapta punctului eutectic). Aliajul M este deci un aliaj hipereutectic. Urmrind cristalizarea unui aliaj hipoeutectic se

  • 41

    constat c dup solidificarea acestuia, structura rezultat va fi format din cristale de metal pur A i eutectic B.

    Pentru determinarea rapid a raportului cantitativ dintre fazele constituente ale unui aliaj, respectiv dintre constituenii metalografici, sub diagramele de echilibru pot fi construite diagramele de faze i de constitueni (fig. 3.12). n figur s-a prezentat pentru aliajul M, proporiile fazelor A i B, precum i proporiile constituenilor E i B la temperatura ordinar.

    Figura 3.12. Diagramele de faze i de constitueni ntr-un sistem binar cu eutectic.

    Diagramele de faze sunt deosebit de utile pentru aprecierea proprietilor unui aliaj aflat n

    stare de echilibru. Fiecrei faze i sunt proprii anumite proprieti i cunoscnd raportul dintre fazele constituente ale unui aliaj, precum i proprietile fiecrei faze, pot fi apreciate proprietile aliajului.

    Cu ajutorul diagramelor de constitueni poate fi determinat cu aproximaie compoziia chimic a aliajelor aflate n stare de echilibru. n timpul cercetrii microscopice se apreciaz suprafaa ocupat de constitueni i considernd c densitile constituenilor sunt egale, pe diagrama de constitueni se va determina compoziia chimic a aliajului.

    b) Diagrama cu compus chimic stabil Acest gen de diagrame de echilibru apar n sistemele n care la o anumit compoziie

    chimic se formeaz un compus chimic stabil AmBn , care nu se poate dizolva n componenii A i B. n figura 3.13 este prezentat un exemplu pentru o astfel de diagram. Temperaturile de topire ale compuilor chimici sunt n general superioare temperaturilor de topire a celor doi componeni. Compusul chimic are o concentraie fix i se reprezint n diagram printr-o vertical trasat n dreptul concentraiei sale, limitat la partea superioar de temperatura sa de topire. Aceast vertical mparte diagrama de echilibru n dou diagrame simple cu eutectic.

  • 42

    Figura 3.13. Diagrama de echilibru cu compus chimic pentru un sistem binar cu componeni solubili n stare n stare lichid i insolubili n stare solid.

    n diagram apar deci dou transformri eutectice:

    Cmpurile diagramei se completeaz, utiliznd regula orizontalei aplicat n fiecare

    domeniu. Sub diagrama de echilibru sunt prezentate i diagramele de faze i constitueni.

    c) Diagrame cu punct peritectic O diagram cu componeni insolubili n stare solid, care prezint un punct peritectic este

    prezentat n figura 3.14. n aceast diagram apare un compus chimic AmBn care este stabil Ia nclzire pn Ia atingerea temperaturii corespunztoare orizontalei c-d-f. La temperaturi superioare acestei orizontal e, compusul chimic se descompune n dou faze, respectiv n lichid de concentraie c i cristale de metal pur B. Aceast transformare este cunoscut sub denumirea de transformare peritectic i ea se produce la traversarea orizontalei peritectice c-d-f. Punctul de inflexiune c care apare pe curba lichidus, la extremitatea orizontalei peritectice poart denumirea de punct peritectic. Transformarea peritectic se produce astfel:

    n diagrama prezentat se evideniaz i punctul eutectic e. Transformarea eutectic se produce astfel:

    Cmpurile diagramei precum i diagramele de faze i de constitueni se completeaz prin metodele artate anterior, aplicnd n fiecare cmp, regula orizontalei.

  • 43

    Figura 3.14. Diagrama de echilibru cu punct peritectic pentru un sistem binar cu componeni

    solubili n stare lichid i insolubili n stare solid.

    U.5.5. Sisteme binare cu componeni solubili n stare lichid i parial solubili n stare

    solid

    n cazul n care diametrele atomilor componenilor A i B sunt apropiate ca mrime, iar valenele sunt egale sau apropiate, dar tipul reelelor cristaline este diferit, este de ateptat ca n stare lichid componenii s se dizolve complet unul n altul, iar n stare solid fiecare component s dizolve o anumit cantitate a celuilalt component, solubilitatea n stare solid rmnnd ns limitat. Iau natere astfel, sistemele cu componeni parial solubili n stare solid. Dintre aceste sisteme fac parte acelea care formeaz diagrame cu eutectic, cu compus chimic i cu peritectic.

    a) Diagrame cu eutectic n figura 3.15 sunt prezentate diagramele de echilibru cu eutectic ale sistemelor cu

    componeni complet solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid. n cazul a solubilitatea componenilor nu variaz cu temperatura, iar n cazul b solubilitatea componenilor variaz cu temperatura. Dup cum se observ din diagrame, n anumite intervale ale concentraiei se formeaz soluii solide, respectiv soluia solid alfa (solvent A, dizolvat B) i soluia solid beta (solvent B, dizolvat A). n intervalele A-c i B-d, aliajele sunt monofazice, iar n intervalul de concentraii c-d aliajele sunt bifazice. n ambele diagrame transformarea eutectic se produce astfel:

  • 44

    Figura 3.15. Diagrame de echilibru cu eutectic pentru un sistem binar cu componeni solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid: a) solubilitatea componenilor nu variaz cu temperatura; b) solubilitatea componenilor variaz cu temperatura.

    Deci amestecul mecanic eutectic este constituit din dou soluii solide (alfa i beta). n cazul diagramei prezentate n figura 3.15.b, apar suplimentar dou curbe a-c i b-d, curbe

    care indic solubilitatea variabil a componenilor n funcie de temperatur. n lungul curbei a-c, la scderea temperaturii, din soluia solid alfa care devine suprasaturat, se separ faza beta, iar n lungul curbei b-d, din soluia solid beta suprasaturat, se va separa faza alfa.

    n figur, alturi de diagrama de echilibru este prezentat modul de formare a structurii la solidificare i rcire, a aliajului hipereutectic M.

    Soluiile solide precipitate n stare solid datorit variaiei solubilitii cu temperatura poart denumirea de soluii solide secundare. Precipitarea acestor soluii solide secundare vor influena puternic proprietile aliajelor n sensul c prin mrirea tensiunilor interne este determinat creterea duritii i a rezistenei la rupere, precum i scderea plasticitii aliajelor. Cantitatea constituenilor secundari precipitai la rcirea lent a unui aliaj, poate fi determinat pe diagramele de constitueni.

    b) Diagrame cu compus chimic n figura 3.16. sunt prezentate dou diagrame cu compus chimic cu componeni solubili n

    stare lichid i parial solubili n stare solid. n stnga este prezentat cazul cnd solubilitatea nu variaz cu temperatura, iar n dreapta, cazul cnd solubilitatea variaz cu temperatura. Compusul chimic intermetalic care apare n aceste diagrame (AmBn ) are posibilitatea de a dizolva att component A ct i component B. El este deci capabil s formeze soluii solide, AmBn jucnd rolul de solvent, iar componenii A i B, de dizolvat. Aceast soluie solid a fost notat n diagramele prezentate cu gama. Diagramele de echilibru din figura 3.16 prezint dou puncte eutectice, transformrile eutectice fiind urmtoarele:

  • 45

    Figura 3.16. Diagrama de echilibru cu compus chimic pentru sisteme binare cu componeni solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid: a) solubilitatea componenilor nu variaz cu temperatura; b) solubilitatea componenilor variaz cu temperatura. n cazul n care solubilitatea componenilor variaz cu temperatura, din soluiile solide suprasaturate vor precipita la scderea temperaturii constituenii secundari (alfa, beta, gama).

    c) Diagrame cu punct peritectic Caracteristic pentru acest tip de diagrame este faptul c aliajele situate ntr-un anumit

    interval de concentraie sufer o transformare peritectic. n figura 3.17 sunt prezentate dou diagrame cu punct peritectic, n cazul a) solubilitatea componenilor nu variaz cu temperatura, iar n cazul b) solubilitatea variaz cu temperatura. Aliajele cu compoziii chimice situate n stnga punctului a i n dreapta punctului c, cristalizeaz cu formarea de soluii solide alfa i beta. Aliajele cu compoziii chimice cuprinse ntre punctele a i c vor suferi o transformare peritectic. Se consider aliajul M nclzit la o temperatur superioar curbei lichidus. n timpul rcirii, la atingerea liniei lichidus, din lichid se vor separa cristale de soluie solid beta, care se vor dezvolta pe msur ce temperatura scade. n timpul rcirii compoziia chimic a lichidului variaz dup curba TB-a, iar compoziia chimic a solidului, dup curba TB-c. La atingerea temperaturii corespunztoare orizontalei peritectice se va produce transformarea peritectic:

    Deci, din unirea celor dou faze aflate la extremitile orizontalei peritectice, a luat natere o faz nou, respectiv soluia solid alfa. La transformarea peritectic, doar o parte a cristalelor de soluie solid beta vor contribui la formarea soluiei solide alfa, cele rmase n exces i vor pstra individualitatea i la temperaturi inferioare orizontalei peritectice. Astfel la o temperatur aflat imediat sub orizontala peritectic, aliajul M prezint o structur format din cristale de s.s.alfa i de s.s.beta. n cazul n care solubilitatea componenilor variaz cu temperatura, n lungul curbelor d-b i e-c, vor precipita din soluiile solide suprasaturate, constituenii secundari beta i alfa. La temperatura ambiant aliajul M va prezenta deci o structur format din patru constitueni: alfa, alfa, beta, beta. Proporia fazelor constituente poate fi determinat pe diagrama de faze, iar proporia constituenilor pe diagrama de constitueni.

  • 46

    Figura 3.17. Diagrame de echilibru cu punct peritectic pentru sisteme binare cu componeni solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid: a) solubilitatea componenilor nu variaz cu temperatura; b) solubilitatea variaz cu temperatura.

    Exemple Fie aliajul M din sistemul binar cu soluie solid izomorf (fig.

    3.9), nclzit la o temperatur superioar curbei lichidus. La scderea temperaturii, n momentul cnd este atins temperatura T1, n lichidul metalic vor lua natere primii germeni de cristalizare. Trasnd o orizontal Ia nivelul temperaturii T1, aceasta va intersecta curbele lichidus i solidus, pe fiecare ntr-un punct. Proiectnd pe axa concentraiilor aceste puncte, vor rezulta punctele M i alfa1 , punctul M va indica compoziia chimic a lichidului, iar punctul alfa1 - compoziia chimic a germenilor de cristalizare. Se observ c germenii de cristalizare sunt de soluie solid cu o concentraie ridicat de atomi ai componentului B.

    Ecuaia momentelor acestei prghii este: smGlmG sl .. de unde: Gl/Gs = sm/lm

    Rezult c greutatea fazei lichide este proporional cu segmentul sm, iar greutatea fazei solide cu segmentul lm. Dac se mparte prghia ls n 100 de diviziuni, respectiv 100 %, segmentul sm va exprima procentual cantitatea de lichid, iar segmentul lm, cantitatea de solid. Din acest motiv regula prghiei mai poart denumirea de regula segmentelor inverse

    Cat este ecuaie eutectica, eutectoid, peritectic.

  • 47

    S ne reamintim:

    Diagrama binar

    Regula prghiei

    Regula orizontalei

    Rezumat La un aliaj binar, n care atomii celor doi componeni sunt notai cu A i B,

    apar n stare topit dou posibiliti: - atomii celor doi componeni se separ dup densitile lor, respectiv componenii A i B sunt insolubili n stare lichid; - atomii componenilor A i B se dizolv unul ntr-altul formnd o topitur omogen numit soluie lichid, n care atomii i pierd individualitatea, distribuindu-se dezordonat. n diverse aliaje se formeaz amestecuri mecanice ntre un metal pur i o soluie solid, sau ntre un metal pur i un compus chimic, sau ntre un compus chimic i o soluie solid etc. Fazele constituente ale amestecurilor mecanice se pot prezenta ca lamele sau globule ale unei faze, n masa celeilalte faze .

    Test de evaluare a cunotinelor 1. Aliajele Fe C cu coninutul de C ntre 2,14-4,3% sunt: a.oeluri hipoeutectice, b.fonte hipoeutectoide, c.fonte hipoeutectice, 2.Linia eutectoid este: a.linia ECF, b. linia PSK, c. linia HJB

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 48

    Unitatea de nvare 6. ALIAJE FIER CARBON

    Cuprins 6.1. Introducere........................................................... ........................................................... 48 6.2. Competene.....................................................................................................................48 U.6.1. Aspectul i particularitile diagramei Fe-C.......................... .................... ................49 U.6.2. Mecanismul formrii structurilor n diagrama Fe-Fe3C..............................................50 U.6.3. Punctele critice din sistemul Fe-Fe3C............................................. ............................ 52 U.6.4. Constituenii de echilibru ai aliajelor Fe-Fe3C............................................................ 52

    6.1. Introducere Se prezint aspectul diagramelor de echilibru binare care este influenat de natura componenilor sistemului, de solubilitatea componenilor n stare lichid i n stare solid, precum i de posibilitatea apariiei unor transformri fazice n stare solid. Dispunnd de aceste diagrame de echilibru, se vor putea stabili condiiile de elaborare ale oricrui aliaj, posibilitatea de aplicare a anumitor tratamente termice, precum i alegerea temperaturii optime pentru tratament termic, vor putea f determinate fazele constituente precum i constituenii metalografici ai aliajelor, etc.

    6.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea i alctuirea diagramelor de echilibru

    binare. Cunoserea principalelor transformri i a punctelor de echilibru .

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 1 ora.

  • 49

    ALIAJE FIER CARBON

    n prezent aliajele cele mai utilizate n industria mondial sunt aliajele fierului cu carbonul, adic fontele i oelurile. Aceste aliaje sunt cuprinse n diagrama Fe-C, diagram care arat strile n care se afl acestea la diferite temperaturi, precum i punctele critice la care n aceste aliaje se vor produce transformri. La stabilirea aspectului acestei diagrame pe care o folosim astzi au lucrat un mare numr de cercettori timp de mai multe decenii.

    U.6.1. ASPECTUL I PARTICULARITILE DIAGRAMEI Fe-C Aspectul diagramei Fe-C prezentat n figura 4.1.

    Figura 4.1. Diagrama de echilibru Fe-C: sistemul nestabil (Fe-Fe3C), - - - - sistemul stabil (Fe-grafit).

    Analiznd diagrama Fe-C constatm c ea prezint o serie de particulariti i anume: a) diagrama este aparent complicat; b) diagrama este incomplet, n ea fiind reprezentate numai aliajele cu coninut de carbon de

    pn la 6,67 %; c) diagrama prezint dou feluri de linii: linii continue i linii ntrerupte. Studiind amnunit particularitile diagramei vom observa urmtoarele: a) ntr-adevr, diagrama este doar aparent complicat. Ea prezint transformri n stare

    solid care se datoreaz: - transformrilor alotropice ale fierului i - variaiei cu temperatura a solubilitii carbonului n soluiile solide alfa i gama.

    b) Diagrama este incomplet, adic este construit doar pn la 6,67 % C i nu pn la 100 % C, deoarece aliajele coninnd mai mult de 6,67 % C sunt greu de obinut i sunt puin utilizate.

  • 50

    c) Existena a dou feluri de linii n diagram este determinat de viteza de rcire la solidificare i de prezena n topitur a unor anumite elemente. Astfel, transformrile pot avea loc dup liniile continue (sistemul Fe-C nestabil) sau dup liniile ntrerupte (sistemul Fe-C stabil).

    Sistemul reprezentat prin linii continue, adic sistemul Fe-C nestabil sau metastabil, numit i sistemul Fe-Fe3C, este valabil n cazul cnd topitura este rcit cu o vitez mai. mare sau cnd n lichid se gsesc n cantiti ceva mai mari de elemente carburigene (Mn, Cr, V, Mo etc.), iar carbonul se afl n cantiti mai reduse, separarea fcndu-se sub form de carbur de fier (Fe3C) numit i cementit.

    Sistemul reprezentat prin linii ntrerupte, adic sistemul Fe-C stabil, numit i sistemul Fe-grafit, este valabil n cazul cnd topitura este rcit cu o vitez mai mic i cnd n lichid sunt prezente n cantiti mai mari elemente grafitizante (Si, Ni, Al etc.), iar carbonul se afl n cantiti mai mari, separarea fcndu-se sub form de grafit.

    U.6.2. Mecanismul formrii structurilor n diagrama Fe-Fe3C Aspectul diagramei Fe-Fe3C este prezentat n figura 4.2.

    Figura 4.2. Diagrama Fe-Fe3C.

    Linia ABCD este linia lichidus, deasupra creia toate aliajele se vor afla n stare lichid, iar linia AHJECFD este linia solidus, dedesubtul creia toate aliajele vor fi complet solidificate. ntre cele dou linii se vor afla, n echilibru, soluie lichid i cristale. Natura cristalelor care se vor separa din lichid va fi diferit la diferite grupe de aliaje.

    Conform regulii orizontalei: - dup linia AB se separ din topitur cristale de soluie solid delta; - dup linia BC, cristale de soluie solid gama (austenit), iar - dup linia CD, cristale de cementit primar.

    n figura 4.3. este reprezentat la scar mrit colul din stnga sus al diagramei Fe-Fe3C, pentru a putea studia mai bine solidificarea i transformrile care au Ioc la aliajele din partea stng a diagramei. Astfel, conform regulii orizontalei, la solidificarea aliajelor cu un coninut de carbon sub 0,53 %, pe msura coborrii temperaturii, n timpul solidificrii, compoziia chimic a soluiei solide delta variaz dup linia AH, iar compoziia chimic a lichidului se schimb dup linia AB. Soluia solid delta la atingerea orizontalei HJB situat la temperatura de 1495 C, atinge concentraia dat de punctul H, iar lichidul, concentraia B.

    Punctul B este un punct de inflexiune pe linia lichidus, fiind un punct peritectic, iar orizontala HJB o orizontal peritectic. La traversarea acestei orizontale peritectice, n aliajele situate n dreptul ei, se produce transformarea peritectic:

  • 51

    (4.1)

    Odat cu scderea temperaturii, la solidificarea aliajelor cu coninut de carbon ntre 0,53 % i 4,3 % are loc o mbogire n carbon a soluiei lichide dup linia BC i o mbogire n carbon a soluiei solide delta dup linia JE.

    n timpul solidificrii, la aliajele cu coninut de carbon ntre 4,3 i 6,67%, pe msura scderii temperaturii, coninutul de carbon scade dup linia DC, n timp ce cristalele de cementit i menin compoziia chimic neschimbat. Cementita, care se separ direct din lichid, a fost numit cementit primar i se noteaz cu Ce I .

    Figura 4.3. Colul din stnga sus al diagramei Fe-Fe3C.

    Variaia compoziiei chimice a soluiei lichide, la aliajele din dreapta i din stnga punctului

    C n timpul solidificrii tinde spre valoarea dat de punctul C i anume 4,3 % C. Punctul C este punctul eutectic al diagramei Fe-Fe3C, iar orizontala ECF este orizontala

    eutectic. La traversarea acestei orizontale eutectice, se produce transformarea eutectic:

    (4.2) adic soluia lichid (L) avnd compoziia chimic dat de punctul C se transform, la rcire n amestecul mecanic numit ledeburit (Le) care este eutecticul diagramei Fe-Fe3C i este format la naterea lui, din soluia solid gama cu concentraia punctului E i cementit de concentraie F.

    n continuare transformrile care au loc sub linia solidus, se produc n aliaje deja solidificate i se numesc transformri n stare solid i ele sunt determinate i de variaia cu temperatura a solubilitii maxime a carbonului n soluia solid gama sau alfa.

    Din diagrama Fe-Fe3C rezult c la temperatura de 1148 C, soluia solid gama conine procentajul maxim de carbon, dat de punctul E, respectiv 2,11 % C. Solubilitatea carbonului scade ns pe msura scderii temperaturii conform liniei ES i la temperatura de 727 C, soluia solid gama mai poate s dizolve doar maximum 0,77 % C (punctul S). ntre 1148 C i 727 C, n timpul rcirii, diferena de carbon dizolvat n soluia solid gama (4,3 - 0,77) se separ sub form de cementit secundar, fiind notat cu Ce II . Spre deosebire de transformarea:

    (4.3) care are loc la temperatura de 912 C, transformarea soluiei solide gama n soluie alfa are loc ntr-un interval de temperatur: linia GOS marcnd nceputul transformrii, iar linia GPS, sfritul transformrii. n timpul acestei transformri, n timpul rcirii lente, soluia solid gama se mbogete n carbon, conform liniei GOS, iar la temperatura de 727 C ajunge s conin 0,77 % C, corespunztor poziiei punctului S.

  • 52

    Punctul S este punctul eutectoid al diagramei Fe-Fe3C iar orizontala PSKI este orizontala eutectoid. La temperatura acestei orizontale eutectoide se produce transformarea eutectoid:

    (4.4) adic austenita de concentraie eutectoid (S) ajuns la temperatura de 727 C, se transform la rcire n perlit (Pe), care este un eutectoid, adic un amestec mecanic rezultat n urma transformrii unei soluii solide. Perlita este format din ferit i cementit.

    Soluia solid alfa (ferita), ocup domeniul situat n stnga liniei GPQ. Coninutul maxim de carbon pe care l poate dizolva ferita, este dat n punctul P din diagrama Fe-Fe3C, aflat la 0,0218 % C. Solubilitatea carbonului din ferit scade cu scderea temperaturii, conform liniei PQ, iar la temperatura ordinar, ferita poate s conin maximum 0,002 % C (punctul Q). Diferena de carbon dintre cel dizolvat la 727 C (0,0218 % C) i cel dizolvat la temperatura ordinar (0,002 % C) se separ n timpul rcirii ntre aceste dou temperaturi, sub form de cementit. Aceast cementit separat din soluie solid alfa, a primit denumirea de cementit teriar fiind notat cu CeIII .

    U.6.3. Punctele critice din sistemul Fe-Fe3C Punctele critice reprezint temperaturi la care n structura aliajelor fier-carbon au loc

    transformri. Cunoaterea acestor puncte este deosebit de important pentru tratamentele termice, n vederea stabilirii parametrilor termici optimi. n cazul n care ne referim la un anumit aliaj, transformarea are loc la o anumit temperatur, reprezentat pe diagram printr-un punct. Totalitatea punctelor, care reprezint o anumit transformare, pentru toate aliajele din diagram, formeaz linii. Deci, n denumirea de puncte critice, este vorba de puncte pentru aliaje bine determinate i de linii, atunci cnd ne referim la transformrile respective n ansamblul diagramei.

    Punctele critice la nclzire se noteaz Ac (n limba francez: Arrt chauffage - oprire la nclzire) iar cele la rcire se noteaz Ar (n limba francez: Arrt refroidissement - oprire la rcire). Sub form de indice, dup aceste litere mici se scrie o cifr care indic natura transformrii din punctul critic respectiv. Punctele critice la rcire (Ar) sunt mai coborte dect la nclzire (Ac), acest fenomen de ntrziere Ia transformare fiind denumit histerezis termic.

    n diagrama Fe-Fe3C, exist ase puncte critice care sunt prezentate n figura 4.4.

    Figura 4.4. Punctele critice ale diagramei Fe-Fe3C.

    U.6.4. Constituenii de echilibru ai aliajelor Fe-Fe3C

  • 53

    Constituenii metalografici, prezentai n diagrama Fe-Fe3C, arat structura pe care o prezint diferitele aliaje cuprinse n acest sistem.

    Proprietile diferitelor aliaje cuprinse n sistemul Fe-Fe3C depind de natura, ponderea i proprietile diferiilor constitueni, care vor forma structura lor. Proprietile unui anumit aliaj din sistemul Fe-Fe3C sunt determinate de:

    - natura constituenilor prezeni n aliaj, - raportul cantitativ n care se afl i - proprietile fiecrui constituent.

    Constituenii care apar n diagrama de echilibru Fe-Fe3C, sunt: ferita, austenita, cementita, perlita i ledeburita i ei vor fi prezentai n continuare. Ferita este o soluie solid de carbon n fierul alfa cu reeaua cubic cu volum centrat, motiv pentru care se mai numete i soluie solid alfa. Deoarece fierul alfa dizolv foarte puin carbon (0,02 % la temperatura de 727 C i 0,002 % la temperatura ordinar) aceast soluie solid este foarte apropiat de fierul tehnic, motiv pentru care a primit denumirea de ferit. Reeaua fierului alfa, neavnd spaii interstiiale suficient de mari, unde s se plaseze atomii de carbon, acetia, n cantiti reduse, se plaseaz n locurile libere provocate de existena defectelor reticulare, n special la limitele grunilor.

    Figura 4.5. Influena coninutului de carbon asupra aspectului la microscop al structurilor aliajelor Fe-Fe3C.

    n figura 4.5.A este prezentat aspectul la microscop al feritei care apare sub form de gruni aproximativ echiaxiali, de culoare deschis alb-glbuie de nuane diferite, n cazul atacului cu nital.

    Compoziia chimic a feritei este apropiat de cea a fierului pur, motiv pentru care proprietile feritei sunt i ele apropiate de cele ale fierului pur.

    Proprietile feritei sunt ns influenate de prezena elementelor nsoitoare din oeluri, unele din ele dizolvndu-se n reeaua fierului alfa (ex. manganul, siliciul. sulful, fosforul etc.) precum i de mrimea grunilor de ferit. Din punct de vedere magnetic, ferita este feromagnetic pn la temperatura de 770 C (punctul critic A2, cunoscut i sub denumirea de punctul Curie).

    Datorit faptului c ferita este un constituent moale i plastic, prezena ei n structura aliajelor Fe-C contribuie la obinerea unei plasticiti ridicate n aceste aliaje i a unei duriti i rezistene la rupere mai sczute, motiv pentru care ferita este structura de baz a oelurilor moi cu structur feritic, folosite pe scar larg n industrie i mai ales n construcia de autovehicule, supunndu-se operaiilor de deformare la rece.

    Austenita este o soluie solid de ntreptrundere de carbon n fierul gama, cu reeaua cubic cu fee centrate, motiv pentru care se numete i soluie solid gama.

  • 54

    Austenita dizolv carbon n cantiti mai mari dect ferita, cantitatea maxim de carbon, dizolvat n soluia solid gama, este dat de punctul E din diagrama Fe-C, care indic concentraia de 2,11 % C. n oelurile carbon, austenita este stabil numai la temperaturi ridicate, peste 727 C. n cazul n care aliajul conine ns elemente de aliere, care deplaseaz liniile de transformare din diagram i lrgesc domeniul soluiei solide gama, austenita poate s apar i la temperatura ordinar.

    Austenita fiind o soluie solid, este un constituent plastic, motiv pentru care oelurile care urmeaz a fi deformate plastic, se nclzesc la temperaturi ridicate, n domeniul austenitei, deoarece n acest domeniu oelurile sunt mai plastice i se deformeaz uor. Are greutatea specific cea mai mare, dintre constituenii de echilibru ai aliajelor Fe-C. Din punct de vedere magnetic, austenita este paramagnetic.

    Cementita este un compus chimic respectiv o carbur de fier cu formula Fe3C, coninnd 6,67 % C, avnd o reea ortorombic. Datorit acestei reele cementita are posibiliti reduse de alunecare motiv pentru care are o duritate foarte ridicat i o fragilitate foarte mare. S-a stabilit c valoarea duritii variaz ntre 700-800 HB. Din cauza fragilitii ridicate, ct i din cauz c nu pot fi obinute epruvete exclusiv din cementit pentru ncercarea la traciune, rezistena la rupere i alungirea la rupere nu pot fi determinate.

    Din punct de vedere magnetic, cementita este feromagnetic sub temperatura de 210 C (notat cu A0 n diagrama Fe-C) i paramagnetic, peste aceast temperatur.

    La microscop cementita apare de culoare alb strlucitoare, n cazul n care developarea structurii s-a fcut prin utilizarea reactivului obinuit Nital (2-4 % acid azotic n alcool etilic), sau de culoare brun rocat, n cazul atacului cu picrat de sodiu n soluie alcalin la cald. Prin acest din urm atac, cementita poate fi deosebit de ferit, care apare tot de culoare alb ca i cementita, la atacul cu Nital.

    Din punct de vedere al formei sub care apare la microscop, se disting urmtoarele categorii de cementit: - cementita acicular (sub form de cristale primare n fontele albe hipereutectice); - cementit sub form de reea (n oelurile hipereutectoide); - cementit globular sau grunoas (n oelurile hipereutectoide, n care reeaua a fost sfrmat prin forjare sau tratament termic sau n oelurile eutectoide n perlit) i - cementit lamelar (n oelurile eutectoide cu structur perlitic lamelar).

    n structura aliajelor Fe-C, prezena acestui constituent, cu duritate ridicat i fragilitate mare, determin creterea duritii i a rezistenei i coborrea tenacitii.

    Dintre aliajele Fe-C, fontele albe conin cementit n cantiti mari, motiv pentru care fontele albe au seciunea de rupere de culoare alb strlucitoare i sunt foarte dure i casante.

    Perlita este eutectoidul diagramei Fe-Fe3C, fiind deci un amestec mecanic, care apare n urma reaciei eutectoide:

    [4.5] Perlita va avea proprieti intermediare ntre cele ale feritei, care este un constituent moale i cele ale cementitei, care este un constituent dur i fragil. Este necesar s cunoatem care este ns ponderea n structura perlitei, a celor doi constitueni care o formeaz, pentru a-i ti ct mai exact proprietile.

    Cu ajutorul legii prghiei (legii segmentelor inverse) se determin raportul cantitativ dintre fazele aflate n echilibrul. n cazul de fa (figura 4.6), cantitatea de ferit va fi dat de segmentul SK, (opus feritei), iar cantitatea de cementit, de segmentul PS, (opus cementitei). Raportul dintre ferit i cementit din structura perlitei va fi dat de relaia:

    [4.6]

  • 55

    Deci, structura perlitic conine aproximativ 88 % ferit moale i plastic i 12 % cementit dura i fragil. Ferita aflat n cantiti destul de mari, contribuie la pstrarea unei tenaciti bune, iar cementita mrete duritatea i rezistena perlitei. n structura perlitei, ferita i cementita se afl dispuse sub form de lamele, de unde a rezultat i denumirea de perlit lamelar (figura 4.5.C). Cu ct aceste lamele sunt mai fine, cu att proprietile perlitei vor fi mai ridicate .Cei doi constitueni care formeaz perlita, mai pot s apar n anumite condiii i sub aspect globular, cementita aprnd sub form de globule, pe fond de ferit (figura 4.7), amestecul numindu-se perlit globular. La microscop, la mriri mai mici, la care nu se distinge aspectul lamelar sau globular, perlita apare de culoare nchis. Din punct de vedere magnetic perlita este feromagnetic deoarece conine, n structura ei, ferit feromagnetic.

    Figura 4.6. Schem pentru explicarea principiului de calcul al raportului cantitativ dintre

    constituenii aflai n structura perlitei i ledeburitei.

    Figura 4.7. Aspectul la microscop al perlitei globulare.

    Ledeburita este eutecticul diagramei Fe-Fe3C, fiind i ea un amestec mecanic ca i perlita, rezultnd n urma reaciei eutectice. La temperatura ordinar este format din perlit i cementit (4.5.F).

    Conform legii prghiei, cantitatea de perlit este dat de segmentul opus perlitei, iar cantitatea de cementit, de segmentul opus cementitei (figura 4.6). Raportul dintre cei doi constitueni va fi deci:

    [5.7] Din calcul rezult c n ledeburit, cantitatea de cementit, constituent dur i fragil, este

    foarte mare (cca. 60 %), deci proprietile ledeburitei vor fi foarte apropiate de cele ale cementitei. Din cauza aceasta, aliajele n care acest constituent se afl n cantiti mari (fontele albe) vor fi i ele foarte dure i foarte fragile i n general inutilizabile n construcia de maini.

    Ledeburita apare la microscop sub un aspect pestri (figura 4.5.F) fiind format din insule de culoare nchis de perlit, pe fond de cementit de culoare deschis. Din punct de vedere magnetic, ledeburita este feromagnetic deoarece conine perlit feromagnetic.

  • 56

    Exemple Linia ABCD din diagrama Fe C este linia lichidus, deasupra creia toate aliajele se vor afla n stare lichid, iar linia AHJECFD este linia solidus, dedesubtul creia toate aliajele vor fi complet solidificate. ntre cele dou linii se vor afla, n echilibru, soluie lichid i cristale. Natura cristalelor care se vor separa din lichid va fi diferit la diferite grupe de aliaje. Conform regulii orizontalei: - dup linia AB se separ din topitur cristale de soluie solid delta; - dup linia BC, cristale de soluie solid gama (austenit), iar - dup linia CD, cristale de cementit primar.

    Ce tipuri de constituenti metalografici sunt ferita, austenita, cementita, perlita, ledeburita

    S ne reamintim:

    Diagrama Fe C

    Puncte critice

    Constitueni de echilibru

    Rezumat Analiznd diagrama Fe-C constatm c ea prezint o serie de particulariti i

    anume: a) diagrama este aparent complicat; b) diagrama este incomplet, n ea fiind reprezentate numai aliajele cu

    coninut de carbon de pn la 6,67 %. Diagrama Fe-C prezint transformri n stare solid care se datoreaz:

    - transformrilor alotropice ale fierului, - variaiei cu temperatura a solubilitii carbonului n soluiile solide alfa i gama

    Test de evaluare a cunotinelor 1. Care constituenti din diagrama Fe - C sunt soluii solide a.cementita, b.ferita, c. perlita 2. Punctul eutectic este: a.punctul S, b.punctul C, c. punctul J

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 57

    Unitatea de nvare 7. OELURI I FONTE

    Cuprins 7.1. Introducere .....................................................................................................................57 7.2. Competene.................................................................................................. ...................57 U.7.1. Domeniul oelurilor carbon i al fontelor n diagrama Fe-C......................................58 U.7.2. Oelurile carbon......................................................................................................... 59 U.7.3. Clasificarea i simbolizarea oelurilor carbon ...........................................................61 U.7.4. Fonte.......... ................................................................................................................. 63

    7.1. Introducere Aliajele cu coninut de carbon sub 2,11 % sunt oelurile carbon. n timpul

    procesului de elaborare a aliajelor metalice, n acestea rmn pe lng componenii de baz i cei de aliere, o serie de alte elemente. Unele dintre acestea po t influena nefavorabil structura i proprietile aliajelor, numindu-se impuriti nocive, sau altele pot influena favorabil numindu-se n acest caz, impuriti neutre. Aceste elemente au fost numite elemente nsoitoare deoarece sunt prezente n mod obinuit n aliaj. n categoria elementelor nsoitoare intr: manganul, siliciul, sulful, oxigenul, fosforul, azotul i hidrogenul.

    7.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea i simbolizarea oelurilor i fontelor.

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 1 ora.

  • 58

    OELURI I FONTE

    U.7.1. Domeniul oelurilor carbon i al fontelor n diagrama Fe-C

    n figura 5.1 se observ c dup coninutul de carbon, aliajele se mpart n dou categorii:

    Figura 5.1. Domeniul oelurilor carbon i al fontelor n diagrama Fe-C. - oeluri, care conin pn la 2,11 % C; - fonte, cu un coninut de carbon de la 2,11 pn la 6,67 % C. Dup coninutul de carbon (poziia n diagram n raport cu punctul eutectoid S), oelurile se submpart n: - oeluri hipoeutectoide, care conin pn la 0,77 % C i la temperatura ambiant prezint o structur alctuit din ferit i perlit; - oeluri eutectoide, care conin 0,77 % C i au la temperatura ambiant o structur perlitic; - oeluri hipereutectoide, care conin ntre 0,77 i 2,11 % C i a cror structur, la temperatura ambiant este format din perlit i cementit secundar. La rndul lor, dup coninutul de carbon (poziia n diagram n raport cu punctul eutectic C), fontele se clasific n: - fonte hipoeutectice care conin ntre 2,11 i 4,3 % C i a cror structur, la temperatura ambiant, este alctuit din perlit, cementit secundar i ledeburit; - fonte eutectice, care conin 4,3 % C i a cror structur, la temperatura ambiant, este format numai din ledeburit;

  • 59

    - fonte hipereutectice, care conin ntre 4,3 i 6,67 % C, avnd la temperatura ambiant o structur alctuit din ledeburit i cementit primar. Fontele din sistemul Fe-Fe3C se numesc fonte albe datorit aspectului argintiu al rupturii, determinat de prezena masiv a cementitei.

    U.7.2. OTELURILE CARBON

    Aa dup cum s-a artat mai nainte, aliajele cu coninut de carbon sub 2,11 % sunt oelurile carbon.

    Influena elementelor nsoitoare asupra structurii i proprietilor oelurilor carbon

    n timpul procesului de elaborare a aliajelor metalice, n acestea rmn pe lng componenii de baz i cei de aliere, o serie de alte elemente. Unele dintre aces tea pot influena nefavorabil structura i proprietile aliajelor, numindu-se impuriti nocive, sau altele pot influena favorabil numindu-se n acest caz, impuriti neutre. Aceste elemente au fost numite elemente nsoitoare deoarece sunt prezente n mod obinuit n aliaj. n categoria elementelor nsoitoare intr: manganul, siliciul, sulful, oxigenul, fosforul, azotul i hidrogenul.

    Manganul provine n oel din feromanganul introdus n timpul elaborrii pentru dezoxidare i desulfurare. Manganul, parial se dizolv, parial formeaz o serie de compui chimici n oel. La temperatura ordinar, fierul a dizolv pn la 10 % Mn. Dizolvndu-se n ferit, manganul o durific mbuntindu-se astfel proprietile mecanice. De asemenea manganul formeaz cu carbonul, carbura de mangan Mn3C care contribuie la mrirea duritii i rezistenei la rupere a oelului. Deci observm c manganul are o influen pozitiv asupra oelurilor carbon, la aceasta adugndu-se i faptul c el contracareaz influena negativ a sulfului. n timpul elaborrii oelului, deoarece are o afinitate mai mare pentru sulf dect fierul, manganul leag astfel sulful n sulfura de mangan (MnS) care avnd o greutate specific mai mic, se ridic la suprafaa bii metalice i se elimin prin zgur. n cazul n care sulfura de mangan rmne totui n oel, ea are o influen mai puin duntoare dect sulfura de fier, deoarece are o temperatur de topire mai ridicat dect sulfura de fier.

    Manganul se mai poate gsi n oel i sub form de incluziuni nemetalice cum sunt: MnO, MnS, MnOSiO2 , (MnO)2Si2 , care se prezint n mod obinuit sub form de incluziuni la limita grunilor. Conform standardelor, cantitatea de mangan n oelurile carbon este de maximum 0,8 %. Dac se depete acest procentaj manganul nu mai este considerat element nsoitor, ci element de aliere i oelul nu mai este oel carbon, ci oel aliat cu mangan.

    Siliciul provine n oel, parial din fonta brut care a servit la elaborarea oelului, parial din cptueala cuptorului de elaborare, din zgur i din ferosiliciul utilizat pentru dezoxidare.

    Deoarece la temperatura ordinar fierul alfa dizolv pn la 14 % Si, n cea mai mare parte siliciul se dizolv n ferit ridicndu-i duritatea i limita de elasticitate.

    Datorit afinitii mari fa de oxigen siliciul apare n oel sub form de incluziuni nemetalice de oxizi ca SiO2 (silice) sau silicai sau oxizi-silicai ca (FeO)2SiO2 ; (MnO)2SiO2 ; SiO2 , care n urma deformrii plastice (laminrii) primesc o form alungit rezultnd n oeluri structura fibroas.

    De obicei, siliciul se adaug n oelurile carbon la dezoxidare sub form de ferosiliciu, n scopul legrii oxigenului i reducerii oxidului feros (FeO). n oelurile astfel dezoxidate incomplet (semicalmate), coninutul de siliciu este de 0,1 %. n oelurile necalmate coninutul de siliciu este sub 0,02 % Si.

  • 60

    Dac cantitatea de siliciu n aliaj depete 1 % atunci siliciul este considerat element de aliere, iar aliajul se consider oel aliat cu siliciu. n oelurile carbon de construcie coninutul admis de siliciu este de maximum 0,5 %.

    Sulful provine n oel din fonta brut care a servit pentru elaborarea oelului, iar n aceasta ajunge din minereu i mai ales din cocsul utilizat la elaborarea fontei. Nu se dizolv n ferit ci formeaz n oel sulfuri, n special sulfur de fier (FeS) care formeaz la rndul ei cu fierul un eutectic (Fe-FeS) care se plaseaz la limitele grunilor, topindu-se la temperatur relativ sczut (985 C). Acest eutectic, prin nclzirea oelului pentru forjare, la temperaturi de 800-1200 C se topete, fcnd materialul fragil la cald. Deci, sulful confer oelului fragilitate la cald sau fragilitate la rou, fenomen nedorit care poate fi prevenit prin limitarea coninutului de sulf la max. 0,04 %.

    Dup cum s-a artat mai sus, efectul duntor al sulfului este contracarat de mangan. Dac sulful se gsete sub form de sulfur de mangan de form globular, repartizat uniform n oel, atunci poate avea un efect pozitiv deoarece mbuntete prelucrarea prin achiere a oelului. Tocmai pentru acest motiv se admite prezena sulfului n cantiti mai mari i anume de 0,15 -0,30 % S, n oelurile pentru automate care trebuie s dea o achie fragil care s se rup n bucele.

    Fosforul provine n oel din fonta brut de furnal, iar n aceasta din urm, din minereu. Coninutul de fosfor din oel este n funcie de procedeul prin care a fost elaborat oelul. n oelul elaborat n convertizorul Bessemer, coninutul de fosfor din font se pstreaz n ntregime coninnd O0,07-0,12 % P. Prin aplicarea procedeelor bazice, fosforul este n mare parte ndeprtat, astfel nct n oelul Martin bazic, el rmne doar n cantiti de 0,02-0,04 %. Coninutul de fosfor n oelul electric este sub 0,02 %. n oel n cea mai mare parte fosforul se dizolv n ferit, formnd cu aceasta o soluie solid de substituie. Fosforul avnd un diametru atomic mare, deformeaz reeaua, ridicndu-i feritei duritatea i rezistena, dar coborndu-i n acelai timp plasticitatea i tenacitatea. La 0,3 % P, de exemplu, reziliena devine aproape nul. Se spune din aceast cauz c fosforul confer oelului fragilitate la rece.

    Cantitile de fosfor admise n diferite oeluri sunt funcie de proprietile care se urmresc i de destinaia aliajelor respective. Astfel n oelurile pentru automate, din care se execut n general piese mai puin solicitate i de la care se cere n primul rnd formarea unei achii fragile la operaiile de achiere, fragilitatea conferit de fosfor joac un rol favorabil i coninutul admis de fosfor n aceste oeluri se ridic pn la 0,1 - 0,15 % P. Cantitatea de fosfor admis n oelurile destinate executrii unor piese solicitate i la ocuri, pentru a se asigura o tenacitate corespunztoare, este n valori de sutimi de procent, n funcie de coninutul de carbon i structura oelului respectiv. n oelurile cu coninut ridicat de carbon cum sunt de exemplu oelurile de scule n care i aa tenacitatea este mai redus, coninutul de fosfor este limitat la 0,03 % P. n oelurile cu coninut sczut de carbon, care au n general o plasticitate i tenacitate mai bun, se admite un coninut de fosfor de maximum 0,04 % P. n oelurile destinate executrii tablelor subiri pentru ambutisri adnci, ce pot fi executate numai din materiale cu o plasticitate foarte bun i o limit de elasticitate redus, coninutul de fosfor trebuie s fie la limita inferioar (0,02 - 0,03 % P).

    Oxigenul provine n oel, parial din font n care ajunge din minereuri i parial din contactul cu aerul n timpul elaborrii oelului. Oxigenul mai poate ptrunde n oelul n stare solid n timpul nclzirii la temperatur ridicat, prin difuzia care are loc de -a lungul limitelor grunilor. Oxigenul se gsete n oel, dizolvat n soluie solid alfa n cantitate foarte mic (sub 0,05 %), dar mai ales sub form de compui chimici numii oxizi. n timpul elaborrii o parte din oxizi se ridic la suprafaa topiturii i se elimin mpreun cu zgura, iar o parte rmn n oel sub form de incluziuni. n oel pot aprea urmtoarele tipuri de oxizi : oxidul feros (FeO), care atunci cnd are atomi de oxigen n exces se numete wustit, oxidul feric (Fe203) numit i hematit i magnetit (Fe304). Wustita, la rcire la 550 C se descompune n fier i magnetit iar hematita i magnetita sunt stabile pn la temperatura mediului ambiant.

  • 61

    Pe lng oxizii de fier, n structura aliajului mai apar i compui ai oxigenului cu alte elemente cum ar fi: Al203 , Si02 , Cr03 , Ti02 , Zr02 , (FeMn)O, FeOSiO2 , AI2O3FeO i altele. Coninutul maxim de oxigen n oelurile carbon este de 0,05 %.

    Azotul provine n oel din aerul cu care vine n contact la elaborare, motiv pentru care coninutul de azot din oel este influenat de procedeul prin care a fost elaborat oelul, variind funcie de aceasta ntre 0,01 - 0,03 % N. n oelurile electrice, coninutul de azot este mai ridicat dect n oelurile Martin, iar n oelurile elaborate n convertizor, mai ridicat dect n oelurile electrice. Azotul se gsete dizolvat n soluie solid alfa, la temperaturi peste 590 C, unde se poate menine i prin clire. De la aceast temperatur, solubilitatea azotului scade cu scderea temperaturii i la rcire, ferita devine suprasaturat n azot, eliminnd azotul n exces sub form de nitrur de fier (Fe4N). Aceast separare determin creterea fragilitii oelului, deci micorarea rezistenei. Deformarea plastic la rece favorizeaz separarea azotului din ferit suprasaturat i deci apariia fenomenului de fragilizare. Fragilizarea oelului determinat de precipitarea azotului n exces, sub form de nitruri sau a carbonului n exces sub form de cementit teriar, poart denumirea de mbtrnire a oelului. La oelurile deformate plastic, mbtrnirea se produce la temperaturi inferioare temperaturii de recristalizare i ea apare n cursul a 15 -16 zile de la aceast deformare, la temperatura ordinar, iar cnd temperatura este de 200 - 350 C, apare n cteva minute. Ea este mai frecvent la aa numitele oeluri moi, cu coninut sczut de carbon, care n mod obinuit prezint o plasticitate i rezisten la ocuri foarte bune.

    Hidrogenul provine n oel n timpul elaborrii, fie din adaosurile care conin hidrogen i care sunt introduse n oel la elaborare (ferosiliciu, var), fie din cptueala cuptorului sau a oalei de turnare. Hidrogenul mai poate fi absorbit de oel i prin difuzie, n timpul nclzirii aliajului solid. n cazul decaprii oelurilor, hidrogenul ptrunde n acesta i formeaz sufluri de decapare. n acest caz limitarea ptrunderii hidrogenului deci formarea suflurilor se poate face prin adugarea de inhibitori n soluia de decapare. Hidrogenul se poate afla n oel sub dou forme de baz i anume: n stare atomic, cnd formeaz cu fierul o soluie solid de interstiie i n stare molecular, cnd rmne inclus la locul de formare, crend presiuni asupra aliajului solidificat, presiuni ce pot da natere la fisuri microscopice, denumite fulgi. n general fulgii apar n oelurile aliate deformate plastic la cald, n cazul n care dup aceasta, rcirea nu s-a fcut suficient de lent pentru ca hidrogenul n exces s se poat elimina din oel. Deci, pentru a evita apariia fulgilor, rcirea dup deformarea plastic la cald trebuie fcut cu vitez mic. Din cele de mai sus se observ c hidrogenul determin scderea rezistenei i tenacitii, fcnd oelul fragil.

    U.7.3. Clasificarea i simbolizarea oelurilor carbon

    n momentul de fa dispunem de mai multe tipuri de clasificri ale oelurilor carbon, avnd la baz criterii diferite de simbolizare. Dac se vor lua pe rnd fiecare din clasificrile prezentate, se pot arta urmtoarele n legtur cu mrcile cuprinse n clasificarea respectiv i n legtur cu simbolizarea acestor mrci. Simbolurile sunt grupe de litere i cifre, care caut s redea, n mod sintetic, principalele caracteristici ale oelului respectiv. n funcie de principiul care a stat Ia baza simbolizrii, simbolizrile oelurilor pot s dea indicaii privind compoziia chimic a oelului respectiv, caracteristicile lui mecanice, destinaia oelului sau chiar procedeul prin care a fost elaborat. n cazul clasificrii dup modul de prelucrare, n cadrul simbolurilor se face precizarea dac oelul a fost turnat sau a fost deformat plastic (laminat, forjat, matriat etc.). Aceast precizare este necesar

  • 62

    deoarece proprietile pieselor obinute prin deformare plastic sunt mai bune dect a celor obinute prin turnare. Cnd oelul a fost obinut prin turnare, n simbol apare litera T, iar cnd a fost obinut prin laminare, litera L. Cea mai rspndit clasificare a oelurilor carbon este cea dup domeniul lor de utilizare, submprindu-se n dou mari clase: - oeluri de construcie i - oeluri de scule.

    Oelurile de construcie sunt destinate a fi utilizate n: - construciile metalice (poduri metalice, structuri metalice etc.) i n - construciile mecanice, adic executarea de piese pentru diferite maini, instalaii, utilaje,

    maini unelte, automobile etc. Oelurile de scule sunt destinate executrii de scule pentru prelucrarea metalelor i anume:

    att scule destinate prelucrrii metalelor prin achiere (cuite de strung, freze, burghie etc.) ct i scule pentru prelucrarea metalelor prin deformri plastice (matrie, poansoane, filiere e tc.) i scule pentru efectuarea de msurtori (calibre).

    Cea mai mare parte a oelurilor carbon de construcie o reprezint oelurile de construcie cu destinaie general, care pot fi de dou feluri: - oeluri carbon obinuite i - oeluri carbon de calitate.

    Oelurile carbon obinuite sunt folosite n mod curent pentru construcii metalice sau piese de maini mai puin solicitate, motiv pentru care, n mod obinuit, nu se trateaz termic. Deoarece piesele confecionate din aceste oeluri vor avea caracteristicile mecanice cu care sunt livrate de productorul oelului, n simbolurile oelurilor carbon, se menioneaz valoarea principalei caracteristici mecanice, rezistena la rupere minim (Rm ).

    Simbolizarea acestor oeluri se face prin dou litere care indic: O - oel; L - laminat (sau T - turnat), urmat de dou cifre, care indic rezistena la rupere prin traciune, minim, exprimat n daN/mm2 (ex. OL 32; OT 40).

    Produsele laminate se livreaz de obicei fr tratament termic sau cu tratament de normalizare, care poate fi nlocuit, n unele cazuri, cu o rcire dirijat, n vederea obinerii caracteristicilor mecanice cerute. Produsele forjate se livreaz n stare normalizat sau recoapt.

    Oelurile carbon de calitate se deosebesc de oelurile carbon obinuite prin calitatea mai bun pe care o au, calitate rezultat dintr-o elaborare mai ngrijit i de un coninut mai sczut n elemente duntoare (sulf i fosfor). Datorit calitii mai ridicate a acestor oeluri, ele sunt folosite pentru confecionarea de piese de rspundere mai mare, supuse la solicitri mai importante inclusiv Ia ocuri.

    O alt deosebire ntre oelurile carbon obinuite i cele de calitate, const n faptul c dac primele nu se trateaz termic n mod obinuit, celelalte se trateaz termic n mod curent pentru ridicarea suplimentar a proprietilor. Acest lucru influeneaz simbolizarea oelurilor carbon de calitate ce se face nu dup proprietile mecanice care se schimb n cursul tratamentelor ci dup compoziia chimic (coninutul de carbon) care nu se schimb n timpul operaiilor de tratament termic. Compoziia chimic este necesar a fi cunoscut pentru stabilirea parametrilor de tratament termic. Oelurile carbon de calitate se supun urmtoarelor operaii de tratament termic: cementare + tratament termic final la oelurile de cementare i mbuntire (clire + revenire nalt) Ia oelurile de mbuntire.

    Simbolurile acestor oeluri cuprind: - grupul de litere OLC care indic oel (O), laminat (L), de calitate (C); - grupul de cifre (10 - 60) care indic coninutul de carbon n sutimi de procente (0,1 - 0,6). Oelurile carbon de scule se submpart n: oeluri carbon de scule cu destinaie precis i oeluri carbon de scule cu destinaie general.

  • 63

    Oeluri carbon de scule cu destinaie general se utilizeaz pentru executarea sculelor i anume: scule de achiere, scule folosite la deformri plastice (matrie, poansoane) i instrumente de msur (calibre etc.).

    Proprietile pe care trebuie s le aib oelurile de scule pentru a asigura o funcionare corespunztoare sculelor respective sunt: - duritate ridicat (60 - 65 HRC), superioar celei a materialului de achiat; - tenacitate suficient, astfel nct tiurile sculelor s nu se tirbeasc sub apsarea achiilor; - rezisten la uzur ridicat, pentru a asigura pstrarea dimensiunii i formei tiului sculei timp ndelungat; - stabilitate la temperaturi ridicate, aa nct materialul s-i poat menine duritatea i proprietile achietoare, chiar dup nclziri repetate, ce au loc n timpul achierii, mai ales la viteze de achiere mai mari; - clibilitate bun.

    Sunt situaii n care ultimele dou proprieti sunt deficitare Ia oelurile carbon de scule i n aceast situaie se utilizeaz oeluri aliate de scule. Oelurile carbon de scule se trateaz termic. Principiul de simbolizare a oelurilor carbon de scule are la baz compoziia chimic, exprimat prin procentajul de carbon. Grupul de litere are urmtoarea semnificaie: O - oel; S - scule; C - carbon; M - un coninut mai ridicat de mangan iar cifra indic coninutul mediu de carbon, n zecimi de procente. n general oelurile de scule au un coninut de carbon variind ntre 0,6 i 1,3 % C.

    U.7.4. FONTE Microstructura i proprietile fontelor albe

    Fontele albe au un coninut de carbon mai mare de 2,11 % C, fiind situate n diagrama fier-

    cementit n domeniul din dreapta punctului E (2,11 % C). Structura fontelor albe este indicat n cmpurile diagramei Fe-Fe3C. n funcie de poziia lor fa de punctul eutectic (C) se disting: - fontele albe hipoeutectice, cu coninut de carbon variind ntre 2,11 - 4,3 % i cu structura format din perlit, cementit secundar i ledeburit; - fontele albe eutectice, coninnd 4,3 % C i avnd o structur ledeburitic; - fontele albe hipereutectice, cu un coninut de carbon ntre 4,3 i 6,67 % C cu structura format din ledeburit i cementit primar.

    n structura fontelor albe intr o cantitate mare de cementit. Datorit duritii foarte ridicate a cementitei (750 HB) i a ledeburitei (700 HB), fontele albe sunt aliaje foarte dure dar i foarte fragile, motiv pentru care au o utilizare limitat n construcia de maini.

    Sunt utilizate fontele albe hipoeutectice, n care nu apare cementita primar, iar ledeburita se gsete n cantiti mai reduse i fragilitatea ridicat este atenuat de prezena perlitei. Fontele albe perlitice sunt folosite pentru executarea corpurilor de mcinare din morile de ciment pentru mcinarea klinkerului. n construcia de maini, din fonta alb se toarn piese care sunt supuse ulterior operaiei de maleabilizare, prin care sunt obinute n final piese din font maleabil.

    Fonte cu crust dur Acestea au o utilizare ceva mai larg dect fontele albe. Caracteristica acestor fonte este c

    ele au structuri diferite n miez i Ia suprafa, datorit diferitelor viteze de rcire. Datorit unor rciri mai lente n miez, transformrile au loc parial dup diagrama fier-grafit, obinndu-se o

  • 64

    structur de font cenuie, n timp ce la suprafa, viteza de rcire mai mare face ca transformrile s se produc dup diagrama fier-cementit cu formarea unei structuri de font alb. Grosimea stratului de font alb de la suprafa (crust dur) este de 12-30 mm, avnd duritate mare i rezisten ridicat la uzur. El se obine n general prin turnarea fontei respective n forme metalice (cochile) care rcesc mai intens. Din fonta cu crust dur se toarn piese care lucreaz n condiii de uzur foarte intens cum sunt: cilindrii de laminor pentru siderurgie, calandrii pentru industria chimic i a hrtiei, axele cu came pentru motoarele cu ardere intern, roile pentru vagoane etc.

    Fonte cenuii

    Explicarea formrii structurii fontelor cenuii, necesit utilizarea att a diagramei fier-grafit ct i a diagramei fier-cementit, deoarece carbonul se poate separa n ambele forme: att sub form de grafit ct i sub form de cementit. Aceast situaie este determinat de valorile reciproce ale energiilor libere pe care le au lichidul, cementita i grafitul n diferite intervale de temperatur. Microstructura fontelor cenuii (figura 5.2) este format din incluziuni de grafit nglobate ntr -o mas metalic de baz.

    Figura 5.2. Schema microstructurii fontei cenuii, sc.: 100:1.

    Clasificarea, simbolizarea, proprietile i domeniile de utilizare ale fontelor cenuii

    Fonta cenuie are masa metalic de baz format din diferii constitueni, n funcie de condiiile concrete n care s-a format structura respectiv. Astfel, masa metalic de baz poate fi: - feritic, n cazul n care carbonul a suferit o grafitizare total, fonta numindu-se font cenuie feritic; - ferito-perlitic, n cazul n care a avut loc o descompunere parial a cementitei din eutectoid, fonta numindu-se font cenuie ferito-perlitic; - perlitic, n cazul n care transformarea eutectoid a avut loc dup sistemul fier-cementit, fonta numindu-se font cenuie perlitic; - perlito-cementitic, n cazul n care transformarea eutectoid a avut loc dup sistemul fier-cementit, iar cementita secundar nu a suferit descompunere sau a suferit doar descompunere parial, fonta numindu-se font cenuie perlito-cementitic. Proprietile diferitelor tipuri de font cenuie sunt determinate de constituenii din structura lor.

    Fonta cenuie feritic, avnd n structur ferita, care este moale i plastic, va prezenta o rezisten mai redus (Rm = 12 daN/mm2 ) i o tenacitate mai bun.

    Fonta cenuie ferito-perlitic avnd n structur pe lng ferit i constituentul mai dur i mai rezistent, care este perlita, va avea o rezisten (Rm = 12 - 18 daN/mm2 ) i o duritate mai ridicat dect fonta cenuie feritic. Astfel, fontele feritice i ferito-perlitice se folosesc n construcia de maini pentru confecionarea de piese puin solicitate.

  • 65

    Fonta cenuie perlitic, avnd o structur perlitic se caracterizeaz printr-o rezisten i mai bun (Rm = 24 daN/mm2 ) din ea confecionndu-se: pistoane, cilindrii, corpuri de mecanisme etc. Cu ct perlita din structur este mai fin, cu att proprietile mecanice sunt mai ridicate.

    Fonta cenuie perlito-cementitic, avnd n structur pe lng perlit i particule de cementit care au o duritate i mai ridicat i n special o rezisten la uzur superioar, este utilizat pentru confecionarea de piese solicitate la uzur ca de exemplu segmeni de piston. Simbolizarea fontei cenuii se face dup proprietile ei mecanice respectiv dup rezistena la rupere la traciune. Simbolul se compune din literele Fc, care indic font (F) cenuie (c), urmat de trei cifre care indic rezistena minim la rupere la traciune n N/mm 2.

    De exemplu, simbolul Fc 100 indic o font cenuie cu rezisten la rupere Ia traciune minim de 100 N/mm2.

    Ultimele dou mrci (Fc 350 i Fc 400) sunt fonte modificate i se fabric numai cu acordul productorului.

    Proprietile mecanice ale fontelor cenuii pot fi ridicate acionnd asupra structurii ei, adic asupra masei metalice de baz i a incluziunilor de grafit. Asupra incluziunilor de grafit se va aciona n sensul obinerii acestor incluziuni: n cantiti mai mici, de dimensiuni mai reduse i de forme ct mai convenabile. S -a constatat, c n ceea ce privete forma incluziunilor, efectul cel mai nefavorabil l exercit capetele ascuite ale incluziunilor care provoac efectul de cresttur n masa fontei, iar mai convenabil ar fi forma cu capetele rotunjite sau forma globular (nodular). Se poate obine grafit de forme mai convenabile n fontele maleabile i n fontele modificate. Asupra masei metalice de baz se poate aciona n vederea mbuntirii proprietilor prin: - alierea fontelor cenuii i obinerea de fonte cenuii aliate; - tratament termic aplicat fontelor cenuii.

    Fonte maleabile

    La aceste fonte grafitul se obine sub form de grafit n cuiburi sau grafit de recoacere, (figura 5.3), n urma descompunerii cementitei . Aceast reacie are loc ca rezultat a supunerii fontei albe unei operaii de tratament termic, numit recoacere de maleabilizare.

    Prin recoacere de maleabilizare care const n nclzirea, meninerea la anumite temperaturi i rcirea ulterioar cu anumite viteze de rcire a fontei albe, cementita din fonta alb se descompune, dup reacia prezentat mai sus, rezultnd carbonul sub form de grafit n cuiburi.

    Figura 5.3. Microstructura fontelor maleabile: albe (a), negre (b) i perlitice (c), sc. 200: 1.

    n figura 5.4 este prezentat ciclograma recoacerii de maleabilizare. n ciclograma prezentat observm dou regimuri distincte de maleabilizare (a i b),

    diferena ntre ele constnd n modul cum se face rcirea la traversarea punctului critic A1 , la care are loc transformarea eutectoid. Dac traversarea acestui punct se face cu o vitez mai mare (regimul a), reacia eutectoid se produce dup sistemul fier-cementit, obinndu-se eutectoidul cu cementit (perlit). n acest caz,

  • 66

    masa metalic a fontei maleabile va fi perlitic, cu seciunea de rupere de culoare alb strlucitoare, motiv pentru care fonta poart denumirea de font maleabil cu inim alb (figura 5.3,a).

    Dac traversarea punctului critic A1 se face cu o vitez mai mic (regimul b), reacia eutectoid se produce dup sistemul Fe-Grafit i austenita se va transforma n eutectoid cu grafit, format din ferit + grafit. n acest caz, masa metalic a acestei fonte va fi feritic, iar cantitatea de grafit din structur va fi mai mare, deci seciunea de rupere va apare de culoare nchis, motiv pentru care fonta poart denumirea de font maleabil cu inim neagr (figura 5.3,b).

    O alt categorie de font maleabil este fonta maleabil perlitic. Aceast font, dup maleabilizare se mai supune suplimentar unor operaii de tratament termic care transform masa metalic de baz n structuri de neechilibru cu proprieti mecanice ridicate (sorbit, troostit, bainit, martensit etc), structuri care se vor analiza n capitolul referitor la tratamente termice.

    Figura 5.4. Ciclograma recoacerii de maleabilizare pentru obinerea fontei maleabile cu inim alb (a) respectiv neagr (b). Deoarece obinerea fontelor maleabile este de lung durat (100 - 120 ore), s-au cutat procedee mai rapide de obinere a lor. Procesul de grafitizare poate fi accelerat prin: - inocularea fontei lichide cu aluminiu; - ridicarea temperaturii de nclzire, nainte de turnare; - ridicarea temperaturii de nclzire de la recoacerea de maleabilizare; - o nclzire la 350 - 400 C timp de 7 - 8 ore nainte de maleabilizare, n scopul eliminrii mai complete a oxigenului i azotului din font. Aceste procedee micoreaz stabilitatea cementitei, mresc viteza de difuzie a carbonului, accelernd astfel procesul de grafitizare. Cea mai eficace metod const n combinarea inoculrii cu aluminiu cu degazarea prin nclzire la 350 - 400 C nainte de maleabilizare.

    Simbolizarea fontelor maleabile se face astfel: F - font, m - maleabil; a - alb; n - neagr sau p - perlitic, iar cifrele adugate simbolului reprezint rezistena la rupere prin traciune, exprimat n N/mm2 . Fontele maleabile, datorit proprietilor mecanice superioare, se folosesc pentru executarea unor piese de mai mare rspundere, solicitate la sarcini statice apreciabile, precum i la sarcini dinamice i vibratorii cum ar fi: puni spate pentru autovehicule, crlige, coliere, buci etc. Dup cum s-a artat, influenarea formei grafitului prin maleabilizare prezint dezavantajul unei durate lungi care mrete preul de cost al pieselor turnate din font maleabil, motiv pentru care se utilizeaz un procedeu mai rapid i mai ieftin i anume modificarea fontelor cenuii i obinerea fontelor modificate.

    Fonte modificate Prin introducerea (inocularea) n fonta cenuie topit a unor substane numite modificatori,

    se obine fonta modificat. Sunt utilizate urmtoarele categorii de fonte modificate:

  • 67

    - fonte modificate cu grafit lamelar; - fonte modificate cu grafit vermicular; - fonte modificate cu grafit nodular. n figura 5.5. este prezentat forma grafitului din cele trei categorii de fonte modificate.

    Figura 5.5. Principalele forme ale incluziunilor de grafit: A - grafit lamelar grosolan cucapete ascuite; B - grafit lamelar fin cu capete rotunjite; C - grafit vermicular; D - grafit punctiform; E - grafit n cuiburi; F - grafit nodular.

    Exemple Principiul de simbolizare a oelurilor carbon de scule are la baz compoziia chimic, exprimat prin procentajul de carbon. Grupul de litere are urmtoarea semnificaie: O - oel; S - scule; C - carbon; M - un coninut mai ridicat de mangan iar cifra indic coninutul mediu de carbon, n zecimi de procente. n general oelurile de scule au un coninut de carbon variind ntre 0,6 i 1,3 % C.

    Ce tipuri de oeluri i fonte utilizm n industrie.

    S ne reamintim:

    Diagrama Fe C a oelurilor

    Oeluri

    Fonte

    Rezumat Dup coninutul de carbon (poziia n diagram n raport cu punctul eutectoid S), oelurile se submpart n: - oeluri hipoeutectoide, care conin pn la 0,77 % C i la temperatura ambiant prezint o structur alctuit din ferit i perlit; - oeluri eutectoide, care conin 0,77 % C i au la temperatura ambiant o structur perlitic; - oeluri hipereutectoide, care conin ntre 0,77 i 2,11 % C i a cror structur, la

  • 68

    temperatura ambiant este format din perlit i cementit secundar. La rndul lor, dup coninutul de carbon (poziia n diagram n raport cu punctul eutectic C), fontele se clasific n: - fonte hipoeutectice care conin ntre 2,11 i 4,3 % C i a cror structur, la temperatura ambiant, este alctuit din perlit, cementit secundar i ledeburit; - fonte eutectice, care conin 4,3 % C i a cror structur, la temperatura ambiant, este format numai din ledeburit; - fonte hipereutectice, care conin ntre 4,3 i 6,67 % C, avnd la temperatura ambiant o structur alctuit din ledeburit i cementit primar. Fontele din sistemul Fe-Fe3C se numesc fonte albe datorit aspectului argintiu al rupturii, determinat de prezena masiv a cementitei.

    Test de evaluare a cunotinelor 1. Rezistena la cald a oelurilor este dat de: a. crom, b. molibden c. nichel 2. Oelurile criogenice au ca element de aliere principal: a. crom, b. molibden c. nichel 3. Oelurile inoxidabile au: a. peste 12% Cr. b. peste 20% Cr. c. sub 12% Cr.

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 69

    Unitatea de nvare 8. OBINEREA MATERIALELOR METALICE

    Cuprins 8.1. Introducere..................................................................................................................... ..69 8.2. Competene......................................................................................................................69 U.8.1. Principalele materiale folosite n tehnic, minereurile i prepararea lor, metode de extragere a metalelor din minereuri........................................................................................70 U.8.2. Metalurgia fontei.........................................................................................................71

    U.8.3. Metalurgia oelului .............................................................................. .......................74 U.8.4. Turnarea continu a lingourilor de oel ....................................................................... 76

    8.1. Introducere n natur metalele se gsesc n diverse combinaii chimice cu oxigenul,

    sulful, carbonul etc., formnd mineralele (ex. pirita Fe S, siderita Fe CO3). Zcmintele conin pe lng mineralale utile i mineralele sterile (de exemplu: calcar, argil, nisip, etc.).

    Metalele se obin din minereuri, prin operaii de preparare mecanic, urmate de operaii metalurgice.

    Fonta se obine ca produs primar prin reducerea oxizilor de fier din minereuri, folosind ca reductor oxidul de carbon i carbonul. Aceast font se numete font de prim fuziune sau font brut. Oelul se elaboreaz din font i fier vechi. Proporia dintre aceste dou materiale depinde de agregatul de elaborare, unele folosind aproape n exclusivitate fierul vechi unele o proporie foarte mare de font lichid i altele proporii variabile de font i fier vechi (Cuptoarele Siemens-Martin).

    8.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea i cunoasterea principalelor metode de

    obinere a fontelor i a oelui din minereuri de fier.

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 1 ora.

  • 70

    OBINEREA MATERIALELOR METALICE

    U.8.1. Principalele materiale folosite n tehnic, minereurile i prepararea lor , metode de

    extragere a metalelor din minereuri Aliajele fier-carbon au ponderea cea mai mare n industrie: oelul cu un coninut de carbon pn

    la 2,11 % i fonta cu un coninut cuprins ntre 2,11 i 6,67 % (practic ntre 2,3 i 4 %). Fierul i carbonul se pot afla n aceste aliaje sub form de amestec ntre ele, de combinaie chimic (Fe3C - cementit), de amestec ntre fier i combinaia lor chimic i sub forme mai complexe. Celelalte elemente care pot exista (Si, Mn, S, P, Al, Cr, Ni, Ca, Ni, Va, Ti, etc.) pot influena proprietile acestor aliaje, att prin cantitatea n care sunt prezente ct i forma n care sunt aliate cu Fe i C.

    Plasticitatea i sudabilitatea oelurilor sunt mai pronunate la oelurile cu coninut de carbon sub 0,5 %. Pn la acest coninut de carbon oelurile sunt practic neclibile, se toarn foarte greu, au temperatura de topire ridicat. Oelurile cu coninutul de carbon mai mare sunt clibile, se toarn mai uor, dar cu o plasticitate mai sczut. Coninutul mic de carbon (sub 0,05 %)m, precum i depirea coninutului de carbon peste 1,2 % fac ca oelurile s nu fie folosite dect n cazuri speciale.

    Proprieti bune de turnare are fonta nefiind ns plastic. Cuprul, se utilizeaz n tehnic datorit n special conductivitii ridicate. Se folosesc n special

    sub aliajelor i anume: bronzul, (aliaj Cu cu Sn), cu proprieti bune pentru turnare, proprieti de antifiriciune i rezisten la coroziune i alama, aliaj Cu cu Zn este maleabil cu proprieti de antifriciune i cu rezisten la coroziune. Proprietile de turnare ale alamei sunt sczute.

    Aluminiul i magneziul sunt aliaje uoare, maleabile, se toarn (trebuie ferite de oxidare n stare lichid).

    Minereurile i prepararea lor n natur metalele se gsesc n stare nativ. De obicei ele se gsesc n diverse combinaii

    chimice cu oxigenul, sulful, carbonul etc., formnd mineralele (ex. pirita Fe S, siderita Fe CO3). Zcmintele conin pe lng mineralale utile i mineralele sterile (de exemplu: calcar, argil, nisip, etc.).

    Miezul este un ameste intim dintre minerale utile i neutile (sterile). Metalele se obin din minereuri, prin operaii de preparare mecanic, urmate de operaii

    metalurgice. 1. Sfrmarea Sfrmarea este procesul de divizare a unor particule mai mari n unele mai mici sub aciunea

    unor fore mecanice. Mrimea suprafeei de sfrmare este determinat de dimensiunea iniial a particulei D i de

    cea final d, deci gradul de sfrmare n.

    (6.1) Sfrmarea se realizaez prin presare sau lovire, forele care determin ruperea particulei sunt n

    funcie de treapta de sfrmare i tipul de utilaj folosit. Dimensiunile minereurile pn la 20...30 mm se obin prin folosirea concasoarelor cu flci,

    pn la civa mm ntrebuinnsu-se cilindrii de sfrmare sau concasoare conice, iar dimensiunile sub 0,3...0,5 mm se obin utiliznd diverse tipuri de mori n care minereul este sfrmat prin lovire i frecare cu ajutorul unor roi de moar, a unor bile sau unor vergele rezistente la uzur.

    2. Clasarea Clasarea este operaia de separare a materialelor pe clase granulometrice. Fiind vorba de

    granule din acelai material, separarea pe dimensiuni se poate face dup volum (clasarea volumetric), sau dup greutate (clasarea gravimetric).

  • 71

    Clasificarea volumetric se realizeaz prin cernere sau ciuruire cu grtare, ciururi sau site, care folosesc minereuri n buci mai mari de 0,5 mm. La clasarea gravimetric se folosesc buci sub 0,5 mm, se utilizeaz fie curent de ap, fie curent de aer. Clasarea se bazeaz pe faptul c bucile de minereu cad mai repede sau mai ncet n funcie de mrimea acestora i greutatea lor specific.

    3. Sortarea (separarea) i concentrarea Sortarera i concentrarea minereului pe specii minerale, dup compoziia chimic se face dup

    operaia de clasare. Metodele cele mai importante sunt: alegerea manual, sortarea hidrodinamic, flotaia, concentrarea magnetic.

    Sortarea hidrodinamic se face cu ajutorul mainilor de zeaj i a meselor de splare, bazndu-se pe faptul c minereurile fiind mai grele cad la fundul vasului, iar sterilul se separ la suprafa.

    Flotaia minereurilor este operaia prin care granulele minerale utile plutesc la suprafaa apei, ceea ce se realizeaz prin aderarea acestora la suprafaa unor bule de aer. Sterilul cade la fundul vasului.

    Spuma decantat i filtrat formeaz concentratul care se supune n continuarea operaiilor de desecare prin ngroatori, filtre rotative sau usctorii termice pentru ndeprtarea lichidului i a ultimelor cantiti de umezeal.

    Separarea mai poate fi realizat: magnetic (utilizndu-se proprietatea magnetic diferit a materialelor) i electrostatic (atunci cnd se bazeaz pe proprietatea diferit privind conductivitatea electric a materialelor n special minereu i steril).

    U.8.2. Metalurgia fontei Fonta este un aliaj fier carbon cu coninut de carbon mai mare de 2,11 % avnd n compoziie

    cantiti variabile de mangan, siliciu, fosfor i sulf. Uneori fontele conin i alte elemente, n proporii, mici cum ar fi: cupru, nichel, crom, vanadiu, etc.

    Fonta se obine ca produs primar prin reducerea oxizilor de fier din minereuri, folosind ca reductor oxidul de carbon i carbonul. Aceast font se numete font de prim fuziune sau font brut.

    1. Minereurile de fier utilizate pentru elaborarea fontei Pentru elaborarea fontei n furnal se folosec urmtoarele materiale: minereuri de fier i mangan,

    combustibili, fondani i unele deeuri pentru recuperarea fierului din ele. Cele mai importante minereuri de fier sunt: magnetita (Fe3O4), care coninte 45 - 70 % Fe, se

    gsete la noi n ar la Buari i Ocna de fier; hematita (Fe2O3), este un oxid feric deshidratat, cu pn la 65 % Fe (se gsete la Ocna de Fier i Teliuc); limonita (2 Fe2O3 . 3 H2O), este un oxid de fier hidratat cu pn la 60 % Fe (Ghelari i Teliuc); siderita (Fe CO3) cu pn la 40 % Fe (Ghelari, Teliuc, Poiana Rusc); pirita (Fe S2) cu 48 - 50 % Fe.

    2. Obinerea fontei n furnal Construcia i funcionarea furnalului Furnalul (fig. 6.1.) se compune din dou pri tronconice, cuva 5 i etlajul 3, ntre care se afl o

    poriune cilindric denumit pntece 4. Sub etalaj se afl bazinul sau creuzetul 2. Cuva se sprijin pe o serie de coloane. furnalul este construit din zidrie refractar. La exterior furnalul este zidit ntr-un blindaj metalic din tabl de oel rcit cu ap.

  • 72

    Fig. 6.1. Furnalul

    1- orificiul pentru evacuarea fontei;2- creuzet;3 - etalaj;4 - pntece;5 - cuv; 6 - gur de ncrcare; 7 -aparat de ncrcar; 8 - strat de zgur; 9 - orificiu pentru evacuarea zgurei; 10 - font de

    prim fuziune n stare lichid Furnalul funcioneaz pe principiul contracurentului. n partea superioar a furnalului este dispus aparatul pentru ncrcarea materialelor (7) cu

    ajutorul acestuia se repartizeaz uniform materialele, iar gazele nu scap n momentul ncrcrii. Pentru arderea combustibilului n furnal sunt necesare cantiti mari de aer (2 - 4 m3 aer la un

    kg de font elaborat), realizat n turbosuflante. nclzirea aerului nainte de a se introduce n furnal se face cu ajutorul regeneratorului Cowper Furnalele moderne pot funciona de la pornire pn la oprire mai muli ani (10 ani - campania

    furnalului). Cantitatea de font produs n 24 ore pe fiecare m3 volumul util exprimat n t/m3 zi,

    reprezint productivitatea furnalului. Cel mai mare furnal n ara noastr este la combinatul Siderurgic Galai cu un volum util de 3

    500 m3. Procesele din furnal Elaborarea fontei se produce n urma aciunii reciproce a doi cureni: curentul descedent realizat

    de minereuri cocs, fondani i curentul ascendent din gaze.

  • 73

    Temperaturile din diverse zone influneeaz procesele din furnal. n furnal au loc procese fizico-chimice deosebit de complexe ca: arderea combustibilului ntr-o

    zon a furnalului n care are loc i procesul de terminare a formrii fontei i zgurii, descompunerii de carbonai n zona n care au loc i procese de reducere de gaze, reducere de oxizi n zone n care au loc i procese de carburare a fierului i de formare a fontei i a zgurei. Toate aceste procese au loc flux continuu. (fig. 6.2.)

    Fig. 6.2. Zonele de reacie din furnal n raport cu profilul acesteia

    Procesele fizico-chimice au urmtoarea ordine: 1. Zona de prenclzire n care se produce evaporarea apei din metalele umede, care ncepe

    imediat dup ncrcare (la temperatura de 100...2000 C). Evaporarea apei legat chimic, de exemplu, din limonit (Fe2O3 - H2O) se face la temperaturi mai ridicate, de 200 - 3000 C, descompunerea carbonailor n jur de 4000 C.

    2. Zona reductoare n care se produce: reducerea sau topirea reductoare i se bazeaz pe proprietile carbonului i a oxidului de carbon de a reduce la temperatura nalt oxizii de fier n fier metalic. Reducerea minereurilor de fier se face pe dou ci: reducere indirect cu CO i reducere direct cu C incandescent.

    Reducerea indirect are loc la temperaturi de 400...7500 C nsoit de reacii exoterme, pe cnd reducerea direct are loc la temperaturi de peste 9500 C i reaciile sunt endoterme. Reducerea indirect se desfoar astfel:

    3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2 + Q1 (6.10) Fe3O4 + CO = 3 Fe O + CO2 - Q2 (6.11) Fe O + CO = Fe + CO2 + Q3 (6.12)

    Q1 + Q3 > Q2 rezult c reaciile sunt exoterme. Peste 9500 C reducerea Fe O se face direct.

    Fe O + C Fe + CO (6.13) La furnale reducerea se obine princele dou metode n proporii aproximativ egale. 3. Zona de carburare, n care se produce carburarea fierului metalic. Fierul metalic obinut prin

    reducere are proprietatea de a dizolva la temperaturi nalte o anumit cantitate de carbon, formndu-se astfel un aliaj din aceste dou elemente.

    Fierul i carbonul formeaz mpreun un compus chimic Fe3C (carbura de fier sau cementit) care se dizolv n fier, cobornd temperatura de topire a acestuia.

    Carburarea se produce astfel: 2 CO = CO2 + Cactiv (6.14)

    Cactiv + 3 Fe = Fe3 C (6.15)

  • 74

    Carburarea ncepe la cca. 6000 C i se accelereaz cu creterea temperaturii ajungnd maximiul la 1 000 - 1 1000 C.

    4. Zona de topire i formare a zgurii . Zgura din furnal provine din interaciunea dintre ganga din minereu, fondantul din ncrctur i cenua combustibilului. Formarea zgurii trebuie s nceap numai dup ce fonta n stare lichid se scurge n jos, astfel nu se produce carburarea fierului. Dup compoziia lor chimic, zgurile din furnal pot fi bazice sau acide n funcie de valoarea rapotului ntre:

    (6.16)

    n care: M este modulul de bazicitate a zgurii.

    Dac M > 1 zgura este bazic, dac M < 1, zgura este acid. 5. Zona de oxidare sau ardere a carbonului din combustibil, se produce n dreptul gurilor de

    vnt. Din procesul de ardere rezult att cantitatea de cldur necesat nclzirii i topirii ncrcturii ct i gazele reductoare necesare reaciilor chimice:

    C + O2 = CO2 + 409.642 J/mol (6.17) CO2 + C = 2 CO - 156724 J/mol - Carbonul este incandescent (6.18)

    Tot n zona gurilor de vnt are loc o reducere Mn O i Si O2 datorit faptului c necesit cantiti mari de cldur.

    Mn O + C = Mn + CO - 838246 6.19) Si O2 + 2 C = Si + 2 CO - 619.151 J/mol (6.20)

    Mn i Si obinut trec n font nbuntind proprietile mecanice ale acesteia. n furnal se mai reduc n afar de Mn O i Si O2 i fosforul i sulful

    F2O5 + 5 C = 2 P + 5 CO - 921.548 J/mol 6.21) Fe S + Ca O = Fe O + Ca (622)

    n zona gurilor de vnt, cenua rezultat din arderea cocsului se dizolv n zgur. Zgura i fonta format se strng n creuzetele furnalului n dou straturi suprapuse, datorit diferenei de greutate specific i nemiscibilitii. Evacuarea fontei se face la intervale de cca. 4 ore iar a zgurei la intervalul de cca. 2 ore.

    Furnalul electric n furnalul electric cldura necesar pentru elaborarea fontei se obine nu prin arderea cocsului,

    ci prin transformarea energiei electrice n energie caloric. Furnalele electrice sunt de dou tipuri: nalte i cu cuv scund. Procedee moderne de elaborarea a fontei Faptul c n lume cantitiile de minereu de fier i n special cele bogate n fier, sunt limitate, a

    fcut necesar ca s se cerceteze posibilitatea folosirii minereurilor srace n fier i a crbunilor necocsificabili. Rezultatele pe aceast linie sunt nc n stadiu experimental. Se poate meniona: cuptorul cu cuv scund i cuptoarele rotative orizontale.

    U.8.3. Metalurgia oelului Oelul este unul dintre cele mai importante materiale ale epocii noastre din oel crendu-se

    partea activ a fondurilor fixe ale economiei, uneltele de producie. Procesele de elaborare a oelului Oelul se elaboreaz din font i fier vechi. Proporia dintre aceste dou materiale depinde de

    agregatul de elaborare, unele folosind aproape n exclusivitate fierul vechi (cuptoarele electrice cu

  • 75

    arc i cu inducie) unele o proporie foarte mare de font lichid (convertizoarele) i altele proporii variabile de font i fier vechi (Cuptoarele Siemens-Martin).

    Procesele de oxidare sunt principalele procese n elaborarea oelului. Nu se cunoate pn n prezent forma sub care se afl oxigenul dizolvat n oelul lichid. Se obinuiete ns ca n reacii s se foloseasc FeO. Solubilitatea oxigenului n fier crete, cu creterea temperaturii. Factorii care nflueneaz solubilitatea oxigenului n fierul lichid sunt: presiunea oxigenului n atmosfer ambiant; prezena elementelor nsoitoare (Si, O, etc.) n compoziia zgurii.

    Spre sfritul elaborrii, coninutul oxigenului este necesar s fie ct mai mic, deoarece acesta n fierul solid este foarte puin solubil, iar la solidificare se dupune la limitele grunilor cristalini sub form de oxizi. Cantitatea acestor oxizi crete cu concentraia [0] % de la sfritul elaborrii.

    n ceea ce privete eliminarea hidrogenului i azotului, acestea se realizeaz cu ajutorul CO, (gaz insolubil n fier i care se formeaz prin oxidarea carbonului) care le antreneaz n timpul elaborrii. n timpul elaborrii se vor oxida i Si, Mn, P.

    Se numete afinarea procesului de oxidare a elementelor nsoitoare (Si, Mn, S, C) i ndeprtarea produselor de oxidare din baia metalic.

    Procesele de dezoxidare, au loc la sfritul afinrii i constau din eliminarea oxigenului care mai rmme dizolvat n baia metalic a unor elemente care au entalpia liber de formare a oxizilor mai mare dect fierul. Dezoxidarea mai poate fi realizat i cu formarea vidului deasupra bii metalice.

    Corectarea compoziiei se face prin adugarea de fero-aliaje sau a metalelor pure n timpul elaborrii oelului deoarece compoziia chimic prescris a oelului nu s-a putut obine numai prin afinare i dezoxidare.

    Zgura, fiind n contact direct cu oelul influeneaz procesele de elaborare a oelului, ea avnd rolul de a primi i reine produselor de elaborare, alimentarea bii metalice cu oxigen. Zgura transmite cldura de la flacr la baia metalic, n cuptoarele Martin, protejeaz baia metalic de aciunea duntoare a atmosferei gazoase i contribuie la desulfurarea i defosforarea bii metalice. Zgura ia natere prin introducerea n cuptor a materialelor pentru formarea zgurei, cum ar fi: var, minereuri de fier, fluorin, la care se adaug produsele de reacie prin procesul de afinare.

    Caracterul acid sau bazic al zgurei este exprimat prin coeficientul de bazicitate a zgurii p:

    (6.21) Procesele de afinare. Oxidarea elementelor nsoitoare se face de obicei prin intermediul

    oxidului feros (FeO). Deoarece zgura i baia metalic sunt n contact, cocentraia oxidului face din baia metalic depinde de concentraia acestuia n zgur i de temperatur.

    Oxidarea elementelor nsoitoare se face cu ajutorul Fe O, prin reacii exoterme. Oxidarea siliciului din baia metalic, are loc dup urmtorul mecanism:

    2 Fe O + Si =2 Fe + Si O2 (6.22) Siliciul se oxideaz cu att mai repede cu ct temperatura este mai sczut. De aceea, la

    sfritul elaborrii, cnd temperatura este sczut, siliciul este aproape total oxidat. Oxidarea manganului

    Fe O + Mn = Fe + Mn O (6.23) Oxidarea carbonului. Reacia principal la elaborarea oelului este oxidarea carbonului care

    produce fierberea bii meralice i a zgurii, cu aceast ocazie se elimin gazele (ca hidrogen, azot), se uureaz ridicarea n zgur a particulelor metalice solide din baie i se regleaz coninutul de oxigen din baie:

    Fe O + C = Fe + CO (6.24) Deoarece oxidul de carbon este un gaz insolubil n baia metalic, se degaj n atmosfera

    cuptorului i ca urmare reacia rezultat nu poate fi reversibil. Defosforarea (oxidarea fosforului) se face dup urmtorul mecanism:

    5 Fe O + 2 Fe2P + 4 Ca O (CaO)4P2O5 + 9 Fe (6.25) Desulfurarea. Sulful se elimin din oel deoarece este duntor mrindu -i fragilitatea.

  • 76

    Fe S + Mn = Mn S + Fe (6.26) Trecerea n zgur a Mn S se face deoarece aceasta este insolubil n oelul lichid, antrennd cu

    aceast ocazie i o parte din Fe S. n zgur se gsesc Ca O, iar reacia este:

    Fe S + Ca O = Ca S + Fe O (6.27) Procesele de dezoxidare. Sfritul afinrii se consider atunci cnd n baia metalic s-a ajuns la

    coninutul de carbon dorit, moment numit punct de oprire. Dezoxidarea se poate face prin precipitare sau prin difuzie.

    Turnarea lingourilor de oel Oelul indiferent n care agregat a fost elaborat, este finisat (i se termin dezoxidarea i i se

    definitiveaz compoziia) n oala n care este prelucrat pentru a fi turnat. Metode de turnare (clasice) a lingourilor de oel Metodele clasice de turnare a lingourilor de oel se clasific dup modul cum ptrunde oelul

    lichid n ligotier astfel: turnarea de sus (fig. 6.6. a) n care oelul curge din oala de turnare aflat deasupra lingotierei direct sau prin plnia intermediar i turnarea n sifon (fig. 6.6. b) n care oelul curge din oala de turnare ntr-o plnie care conduce oelul la nite canale din amot, canale care conduc oelul la piciorul lingotierei, oelul intrnd n lingotier de jos n sus.

    Fig. 6.6. Schema metodelor de turnare

    Turnarea de sus prezint avantajul c oelul conine puine incluziuni nemetalice, deoarece se toarn cu temperatur mai sczut. Metoda prezint dezavantajul c nu se pot turna lingouri mici din cuptoare mari, deoarece ar trebuie deschis orificiul de turnare al oalei de prea multe ori.

    Turnarea n sifon necesit utilaje suplimentare de transport (poduri, plnii), dar prezint avantajul c permite turnarea simultan a mai multor lingouri. Lingoruile au suprafa curat, dar oelul este mai impur, deoarece pn n lingotier trece prin mai multe canale de materiale refractare i poate antrena particole de impurti.

    U.8.4. Turnarea continu a lingourilor de oel Deficiena turnrii clasice, att de oridin economic (scoaterea mic de produse laminate sau

    forjate, consum mare de utilaje de turntorie i de manoper) ct i cele de ordin metalurgic (structur i compoziia neuniform) sunt nlturate prin turnare continu a lingourilor (fig. 6.7.).

    Instalaia are ca pri principale cristalizatorul (3) din cupru cromat dur cu perei dublii prin care circul ap, instalaia de tragere (6) i instalaia de tiere (7). La nceputul turnrii

  • 77

    cristalizatorului este prevzut cu un fund fals (10) format dintr-un semifabricat de oel cu seciunea semifabricatului care se toarn. Aceasta are un dublu rol: s nchid lingotiera la fund la nceputul turnrii i s dea posibilitatea tragerii lingoului turnat.

    Instalaiile acestea au pn la 30 m nlime, de aceea se construiesc, fie n turn fie n sol. n ambele cazuri exploatarea este foarte dificil. Pentru micorarea nlimii instalaiilor de turnare continu se utilizeaz instalaia cu fir curb sau cu lingotier curb.

    Fig. 6.7. Tipuri de instalaii de turnare. Instalaiile de turnare continu au capacitatea de turnare determinat de mrimea lingoului i de

    numrul de fire (bare) care se toarn concomitent. Metoda aceasta de turnare prezint avantajul c se preteaz la automatizare, ecomonisete

    manoper, are scoaterea mare de semifabricate bune deoarece retasura se formeaz numai la sfritul turnrii. Din punct de vedere metalurgic structura i compoziia semifabricatelor sunt omogene i au granulaie fin, datorit solidificrii rapide.

    Exemple Reducerea indirect are loc la temperaturi de 400...7500 C nsoit de reacii

    exoterme, pe cnd reducerea direct are loc la temperaturi de peste 9500 C i reaciile sunt endoterme. Reducerea indirect se desfoar astfel:

    3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2 + Q1 Fe3O4 + CO = 3 Fe O + CO2 - Q2

    Fe O + CO = Fe + CO2 + Q3 n furnal se mai reduc n afar de Mn O i Si O2 i fosforul i sulful

    F2O5 + 5 C = 2 P + 5 CO - 921.548 J/mol Fe S + Ca O = Fe O + Ca

    Ce procesele fizico-chimice i care sunt zonele de reacie din furnal.

    S ne reamintim:

    Minereurile i prepararea lor Obinere fontei

    Obinere oelului

  • 78

    Rezumat Oelul este unul dintre cele mai importante materiale ale epocii noastre din oel

    crendu-se partea activ a fondurilor fixe ale economiei, uneltele de producie. Plasticitatea i sudabilitatea oelurilor sunt mai pronunate la oelurile cu coninut de carbon sub 0,5 %. Pn la acest coninut de carbon oelurile sunt practic neclibile, se toarn foarte greu, au temperatura de topire ridicat. Oelurile cu coninutul de carbon mai mare sunt clibile, se toarn mai uor, dar cu o plasticitate mai sczut. Coninutul mic de carbon (sub 0,05 %)m, precum i depirea coninutului de carbon peste 1,2 % fac ca oelurile s nu fie folosite dect n cazuri speciale.

    Test de evaluare a cunotinelor 1.Care este ordinea corect a operaiilor de prelucrare a minereurilor ? a. Concentrarea, sfrmarea, clasarea, prelucrarea termic. b. Prelucrarea termic, concentrarea, clasarea, sfrmarea. c. Sfrmarea, clasarea, concentrarea, prelucrarea termic. 2.Care este ordinea corect a zonelor caracteristice la elaborarea fontei brute de prima fuziune n furnal (ncepnd de la gura de ncrcare spre creuzet) ? a.Zona de prenclzire, zona reductoare, zona de carburare, zona de topire i de formare a zgurei. b.Zona de prenclzire, zona de topire i de formare a zgurei, zona reductoare, zona de carburare. c.Zona reductoare, zona de carburare, zona de prenclzire, zona de topire i de formare a zgurei.

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 79

    Unitatea de nvare 9. TURNAREA PIESELOR METALICE

    Cuprins 9.1. Introducere ......... .............................................................................................................79 9.2. Competene......................................................................................................................79 U.9.1. Clasificarea metodelor i procedeelor de turnare........................................................ 80 U.9.2.Turnarea n forme nepermanente.................................................................................. 80

    U.9.3. Turnarea formelor cu modele volatile .......................................................................... 85 U.9.4. Turnarea n forme permanente.....................................................................................87

    9.1. Introducere Se prezint tehnologia de prelucrare prin turnare a semifabricatelor. Prin

    turnare se obin astzi piese cu o configuraie complicat avnd greutatea pornind de la cteva grame i pn la cteva sute de tone. n practic pot fi ntlnite uneori situaii cnd turnarea este singurul procedeu prin care se poate realiza o anumit categorie de piese, iar dac comparativ cu alte procedee avem n vedere i economia de material, se poate spune c procesul de turnare a pieselor este i unul din cele mai economice.

    9.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea i cunoasterea principalelor probleme

    care apar la turnarea pieselor metalice .

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 2 ore.

  • 80

    TURNAREA PIESELOR METALICE

    Aspecte generale

    Tehnica modern pune la dispoziia industriei o gam larg i variat de procedee prin care se pot realiza astzi piesele i subansamblele care intr n compunerea mainilor i instalaiilor.

    Producia de piese turnate ocup n cadrul industriei constructoare de maini un loc important, aproximativ 15 - 20 % din producia de font brut (de prim fuziune), se transform n piese turnate.

    Prin turnare se obin astzi piese cu o configuraie complicat avnd greutatea pornind de la cteva grame i pn la cteva sute de tone. n practic pot fi ntlnite uneori situaii cnd turnarea este singurul procedeu prin care se poate realiza o anumit categorie de piese, iar dac comparativ cu alte procedee avem n vedere i economia de material, se poate spune c procesul de turnare a pieselor este i unul din cele mai economice.

    Prin pies turnat se nelege obiectul mecanic obinut prin turnarea metalului lichid ntr-o form (cavitate) nchis sau deschis care cuprinde n corpul ei o serie de spaii goale reprezentnd configuraia exterioar i interioar a piesei turnate. Distana ntre pereii spaiilor goale reprezint grosimea pereilor piesei turnate.

    Forma de turnare este ansamblul nemetalic sau metalic care cuprinde unul sau mai multe spaii goale, care prin umplere cu metal lichid i solidificare va da una, sau mai multe piese turnate. Pereii exteriori i caviti reprezint configuraia exterioar a piesei, iar miezurile reprezint configuraia interioar. Miezurile se aeaz n forme cu ajutorul unor prelungiri cunoscute sub denumirea de mrci. Formele sunt prevzute cu reele de turnare.

    Reeaua de turnare este alctuit dintr-un ansamblu de elemente pentru ntroducerea metalului lichid n form, umplerea formei, evacuarea gazelor i asigurarea solidificrii fr defecte de turnare.

    U.9.1. Clasificarea metodelor i procedeelor de turnare Alegerea metodei de turnare este condiionat de natura produciei, de dimensiunile i greutatea

    pieselor. Prin natura produciei se nelege numrul de piese care urmeaz a fi turnate. n mod

    convenional se pot deosebi urmtoarele categorii de producii: individual (de unicate, sub 100 buci), serie mic (100...500 buci), serie mijlocie (500...5 000 buci), serie mare (5 000... 20 000 buci) i producie n mas (peste 20 000 buci).

    Din puncte de vedere al dimensiunilor i greuti, se pot deosebi n mod convenional urmtoarele categorii de piese: mici (sub 100 kg.), mijlocii (100...500 kg.), mari (500...5 000 kg.) i foarte mari (peste 5 000 kg.).

    n prezent producia cea mai mare de piese turnate se obine prin turnarea n forme temporare i anume n forme crude (neuscate) executate din amestec de formare cu ajutorul modelelor nepermanente.

    U.9.2.Turnarea n forme nepermanente Procesul tehnologic de obinere a pieselor turnate n forme temporare Metode de turnare n forme temporare cuprinde o serie de operaii care n ansamblu constituie

    procesul tehnologic respectiv. n figura 7.1 se prezint obinerea pieselor turnate.

  • 81

    Fig. 7.1. Obinerea unei piese turnate

    Materiale de formare Formele temporare se compun dintr-un material de baz granular (nisip), cu refractaritate

    ridicat, cruia i se adaug diferii liani i materiale de adaos. Produsul obinut prin dozarea i omogenizarea acestor materiale n proporii dorite se numete amestec de formare.

    Constituenii principali ai nisipului folosit n turntorie sunt silica (SiO2) i argila. n cazuri speciale, la piese mari din oel, se recomand utilizarea unor amestecuri pe baz de zirconiu.

    n vederea obinerii miezurilor se folosete, n principiul, acelai amestec de formare, cu excepia celui care conine liani organici (ulei de in, etc.).

    Amestecul de formare pentru a putea fi folosit n turntorie trebuie s ndeplineasc anumite condiii funcie de natura pieselor care se toarn.

    Proprietile mai importante ale amestecurilor de formare sunt: - permeabilitatea: exprim capacitatea amestecurilor de formare de a permite trecerea gazelor

    prin spaiile intergranulare; - rezistena mecanic la solicitri de compresiune, forfecare, traciune, ncovoiere, etc. ca

    urmare a aciunii aliajului lichid; - plasticitatea: exprim proprietatea amestecului de formare de a se deforma sub aciunea unei

    fore exterioare fr a se produce crpturi i de a -i pstra forma dup ncetarea eforturilor; - durabilitate: exprim proprietatea amestecului de a-i pstra caracteristicile fizice la folosiri

    repetate. - refracteriatea: exprim proprietatea amestecului de a rezista la temperatura de turnare a

    aliajului fr a se vitrifica i fr a intra n reacie cu al iajul sau oxizii acestuia. Aceste proprieti depind de umiditatea coninutului de liant (argil sau betonit) granulaie i

    gradul de ndesare al amestecului de formare. Execuia formelor Cea mai simpl i cea mai veche metod de formare este formarea manual care aplic i astzi

    n cazul pieselor mari sau a unor piese foarte simple. Formarea mecanizat Pentru producia de serie se adopt procedeul de formare mecanizat, semiautomat sau

    automat. n aceste condiii se utilizeaz maini de formare, care produc ndeas prin scuturare sau prin scuturare i presare.

    Mainile de ndesat prin scuturare (vibrare) (fig. 7.2) realizeaz indesarea ca urmare a ridicrii mesei cu placa model la 30 - 80 mm i a cderii acesteia la loc. Numrul cderilor este destul de mare i depinde de tipul mainii.

  • 82

    Fig. 7.2. Maina de format prin scuturare: a) principiul de funcionare; 1 - placa de model; 2 -

    modelul; 3 - ram de formare; 4 - ram de umplere; 5 - piston; 6 - sistem de supare cu sertar; 7 - tij; b) vairaia gradului de ndsare a amestecului pe nlimea ramei

    Prima main realizeaz o form mai puin dens i uniform fa de a doua. Mainile cu ndesarea prin scuturare-presare (fig. 7.3) se utilizeaz cnd se produc piese mari i

    de serie.

    Fig. 7.3. Principiul mainii de format prin scuturare i presare: a) principiul de funcionare; b)

    gradul de ndesare a amestecului pe nlimea formei; 1 - pistonul de scuturare: 2, 3 - cilindrii; 4 - supap; 5 - plac de model; 6 - model; 7 - rama de umplere; 8 - sabot.

    Cu ajutorul aerului comprimat se realizeaz ridicarea i coborrea pistonului 1 (scuturarea)

    mesei, ramei i plcii de model. Supapa 4 este comandat de tija legat de masa mainii. Cilindrul 2 n care lucreaz pistonul de scuturarea este n acelai timp i pistonul de presare. Funcionarea se face n dou etape succesive. Dup ce s-a terminat scuturarea se acioneaz asupra pistonului de presare care ridic masa cu rama i placa de model presnd-o n sabotul 8.

    Formarea n amestec de formare prezint multe avantaje, dintre care se amintesc: flexibilitatea mare, simpl i economic putnd fi utilizat la producerea unei game largi de piese de la cteva grame la zeci de tone. Pe de alt parte formarea n amestec de formare prezint unele dezavantaje: nu poate fi folosit pentru obinerea unor piese cu perei foarte subiri: precizia dimensional i aspectul suprafeelor fiind mai puin corespunztoare.

    Forme executate din amestecuri de ciment n vederea creterii calitii pieselor turnate n forme de amestec de formare s-au adus o serie de

    mbuntiri procedeului i anume:

  • 83

    Formele executate din amestecuri de ciment conin aproximativ 10% ciment amestecat cu nisip i 5 % ap. Acest amestec este utilizat pentru obinerea suprafeei n contact cu modelul sau placa de metal. n rest forma se execut din amestec de formare obinuit.

    Dup formare formele sunt lsate 1...2 zile pentru ntrire. Suprafea formei obinute este foarte rezistent.

    Forme executate din amestecuri de formare cu liant, silicat de so diu, ntrite cu CO2 La aceste forme dup ndesare se insufl timp de cca. 30 secunde CO 2 n interiorul formei. Sub aciunea CO2 silicatul de sodiu reacioneaz conform reaciei: Na2OnSiO2 + CO2+ mH2O = nSiO2pH2O + Na2CO3 (m - p)H2O

    sticl solubil silicagel carbonat de soidiu n figura 7.4 se prezint modul de insuflare a CO 2 n form.

    Fig. 7.4. Insuflarea bioxidului de carbon la o semiform: 1 - tub; 2 - canale executate n placa model

    i model Forme executate din amestecuri autontritoare Cnd un liant reactiv mpreun cu un catalizator se amestec cu nisipul nainte de operaia de

    formare se obin forme din amestecuri autontritoare. ntrirea amestecului de formare are loc ntr-un timp limit. Ca urmare au aprut amestecuri continue care alimenteaz direct mainile de formare.

    n funcie de combinaia dintre liant i catalizator au aprut mai multe variante: 1. Forme pe baz de amestecuri lichide cu silicat de sodiu i silicat bicalcic; 2. Forme pe baz de amestecuri fluide cu rini furanice n care are loc polimerizarea furanului cu un catalizator pe baz de acid fosforic; 3. Forme pe baz de amestecuri fluide cu silicat de etil ca liant (procedeul Shaw), cnd nisip de zirconiu, amot mcinat sau praf de cuar se amestec cu silicat de etil ca liant. Forme coji cu rini termoreactive Formele coji cu liant termoreactiv se execut numai pe cale mecanizat i numai cu plci de

    model metalic. Procesul tehnologic de obinere a formelor coji const n urmtoarele (fig. 7.5): - introducerea nisipului peliculizat n cutia de meiz prenclzit la 250...300 0 C; - meninerea timp de un minut pe placa de model sau cutia de miez cald pentru polimerizare; - extragerea formelor i a miezurilor de pe placa de model, respectiv cutia de miez; - nclzirea miezului ntr-un cuptor separat pentru terminarea polimerizrii; - asamblarea i consolidarea formelor i a miezurilor pentru terminarea polimerizrii.

  • 84

    Fig. 7.5. Fazele procesului tehnologic de obinere a formelor coji.

    Grosimea unei forme coji poate fi ntre 3...15 mm. Prezint dezavantajul c nu au rezisten

    mare, ceea ce limiteaz greutatea pieselor turnate la maximul 50 kg. Se utilizeaz pentru turnarea de piese de oel, font i metale neferoase uoare. Piesele turnate

    au mare precizie dimensional i suprafa fin. n funcie de liantul utilizat se pot executa forme coji cu liani organici, cu argil sau betonit,

    cu sticl solubil i ntrire chimic cu CO2. Forme coji cu modele uor fuzibile Spre deosebire de formele cu liant termoreactiv, care au suprafaa de separaie, formele coji cu

    modele uor fuzibile sunt fr plan de separaie. Procesul tehnologic de obinere a pieselor n forme coji cu modele uor fuzibile cuprinde

    urmtoarele faze (fig. 7.6.):

    Fig. 7.6. Procesul tehnologic de obinere a pieselor n forme coji

  • 85

    - confecionarea modelului fuzibil dintr-un amestec de 50 % parafin + 50 % stearin, mase plastice sau aliaje uor fuzibile.

    - realizarea formei coaj propriu-zis prin scufundarea ciorchinelui bine degresat cu ap i spun, ntr-un ameste de praf de cuar i silicat de etil hidrolizat sau silicat sodiu n raportul 1 : 1 n continuare se presar ciorchinele cu nisip curos, care ader la stratul de silicat de etil i praf de cuar i se introduce pentru ntrire n soluie de clorur de amoniu 25 %.

    Stratul de material refractare are o grosime de 1...2 mm. Dup o repetarea de 3...6 ori se obine forma coaj;

    - ndeprtarea modelului fuzibil din forma coaj prin scufundarea acestuia n ap cald sau prin nclzire cu aer cald. Materialul care rezult se colecteaz i se refolosete;

    - uscarea formelor coji cu scopul creterii rezistenei mecanice; - mpachetarea formelor coji n cutii de oel n care se indroduc nisip pn la umplerea cutiei; - calcinarea formelor coji la 1 000...10500 C; - turnarea aliajului lichid n form cald la cel puin 7000 C; - dezbaterea formelor i curirea pe cale chimic a pieselor. Ca urmare a unei precizii dimensionale deosebite, se elimin aproape complet prelucrarea.

    Metoda se utilizeaz n cazul turnrii unor piese mici pentru automobile, maini de cusut, etc. Se utilizeaz cu succes la turnarea aliajelor greu prelucrabile sau neprelucrabile de tipul stelit, aliajelor dure, etc.

    Formarea n vid Este o metod nou pentru execuia formelor temporare. Diferena dintre formarea clasic n

    amestec de formare i formarea n vid este aceea c materialul de formare const numai din nisip, fr adaos de liant. Forele de legtur dintre granulele de nisip se asigur prin aceea c fiecare semiform este acoperit pe ambele fee cu o foaie de material (0,1 mm) plastic i c n fiecare semiform se creaz o depresiune.

    Metoda se aplic n cazul turnrii unor piese de serie mic. Se obine piese cu suprafee foarte curate ceea ce uureaz munca de curire i se prezeaz la o

    mecanizare i automatizare avansat a procesului tehnologic. U.9.3. Turnarea formelor cu modele volatile Este o metod de turnare i presupune execuia unui model din poliesteren (fig. 7.7) care se

    volatilizeaz la 275 - 2900 C. Dup execuia formei, modelul nu se mai extrage din form, ceea ce are avantajul c piesele obinute au o precizie dimensional mare i nu prezint bavuri.

    Fig. 7.7. Turnarea n forme cu modele volatile. 1 - ram de formare; 2 - model de polistiren Metoda se aplic cu succes n cazul turnrii unor piese mari i de serie foarte mic (unicate). O

    variant a procedeului este cea a turnrii pieselor n forme realizate din alice de font stabilizate magnetic.

    Aceasta presupune, c se execut modelul din polistiren, dup care forma sau modelul acoperit cu alice se trece pe un transportor magnetic, al crui cmp magnetic asigur stabilitatea alicelor pn la solidificarea aliajului.

  • 86

    Extragerea modelului din formele temporare Dup modul de scoatere a modelului din formele temporare, mainile cele mai folosite sunt: cu

    ridicarea ramei, cu extragerea modelului, cu plac rabatabil. Maini de format cu ridicarea ramei Principiul de funcionare (fig. 7.8) const n ridicarea ramei de pe placa de model cu ajutorul

    unor ghidaje antrenate cu aer comprimat, care trec prin orificii speciale, executate n placa model i care se aeaz n colurile ramei. Pe mas rmne placa de model cu modelul.

    Fig. 7.8. Demularea cu mecanisme cu ghidaje. a - poziia iniial; b - dup ridicarea ramei; 1 -

    ghidaje; 2 - plac de model; 3 - model. Metoda aceasta se folosete n cazul modelelor de nlime mic i simple. n cazul scoaterii

    modelului prin ridicarea ramei, a pieselor cu contururi complicate, exist posibilitatea ca modelul s antreneze i o parte a amestecului de formare. Pentru piese mari, unde exist pericolul ca la scoaterea modelului s se rup i forma se folosesc pentru scos modelul maini cu pieptene (fig. 7.9.).

    Fig. 7.9. Demularea cu plac pieptene. a - poziia iniial; b - dup ridicarea ramei; 1 - plac

    pieptene; 2 - plac de model; 3 - mecanism cu tije. Funcionarea mainii este urmtoarea: rama 1 se aeaz pe placa pieptene 2, iar ridicarea

    semiformei de pe placa model 3 se face cu ajutorul mecanismului cu tija 4. Maini de format cu extragerea modelului La aceste maini, extragerea modelului se face prin coborrea plcii de model n timp ce rama

    rmne pe loc (fig. 7.10). Aceste maini pot fi folosite pentru extragerea modelelor din ramele superioare. Pentru a se extrage modelele din ramele inferioare cu astfel de maini ar trebui rsturnat rama inferioar cu 1800 ceea ce este destul de incomod i de aceea nici nu se aplic.

    Fig. 7.10. Principiul mainii de format cu extragerea modelului

    Maini de format cu plac rabatabil

  • 87

    Aceste maini se folosesc la scoaterea modelelor din ramele inferioare. Rama inferioar prins

    solidar de placa de model are posibilitatea de a se roti cu 1800. Dup ndesarea amestecului de formare se basculeaz rama cu tot cu placa de model cu 1800 i se aeaz pe o mas de primire (2) dup care rama se desprinde fie lsndu-se n jos, fie ridicnd modelul. Mainile se folosescn cazul formelor mari cu pri centrale masive i nalte.

    n figura 7.11 se prezint principiul de funcionare al mainii de scos modele cu mas rabatabil.

    Fig. 7.11. Demularea cu mecanism cu mas rabatabil. 1 - plac de mode; 2 - mas de primire.

    U.9.4. Turnarea n forme permanente Formele care se pot folosi la mai multe turnri succesive, fr reparaii poart denumirea de

    forme permanente. Se folosesc n general la turnarea pieselor n serie mare, care nu au o configuraie complicat.

    Formele permanente se pot clasifica dup natura materialului din care se execut acestea i dup modul de umplere cu aliaj lichid.

    Dup natura materialului din care sunt confecionate se ntlnesc forme executate din font cenuie, oel carbon, aluminiu cu siliciu, molibden grafitat.

    Dup modul de umplere cu metal sau aliaj lichid formele permanente pot fi pentru turnarea static, sub presiune, centrifug, continu, prin aspiraie.

    Din punct de vedere a calitii pieselor turnate, are importan deosebit ultima clasificare a formelor permanente. n continuare se vor prezenta pe scurt principalele tehnologii de obinere a pieselor n forme permanente.

    Turnarea static Turnarea static n forme permanente (turnare n cochil) se utilizeaz n special la turnarea

    aliajelor de aluminiu i fontelor cenuii. n figura 7.12 se prezint turnarea unui piston din aluminu n form metalic. Formele permanente se prenclzesc nainte de umplere i se vopsesc cu vopsea refrectar de protecie. n timpul lucrului, dac temperatura lor crete, se impune rcirea lor c u ap.

    Fig. 7.12. Turnarea unui piston din aluminiu n form metalic: 1 - forma; 2 - pistonul turnat; 3 -

    miezuri.

  • 88

    Exemple Forme executate din amestecuri de formare cu liant, silicat de sodiu, ntrite cu

    CO2. La aceste forme dup ndesare se insufl timp de cca. 30 secunde CO2 n interiorul formei.

    Sub aciunea CO2 silicatul de sodiu reacioneaz conform reaciei: Na2OnSiO2 + CO2+ mH2O = nSiO2pH2O + Na2CO3 (m - p)H2O

    sticl solubil silicagel carbonat de soidiu

    Care sunt fazele procesului tehnologic de obinere a formelor coji.

    S ne reamintim: Turnarea n forme coji cu modele uor fuzibile Formarea n vid Turnarea static

    Rezumat Alegerea metodei de turnare este condiionat de natura produciei, de

    dimensiunile i greutatea pieselor. Tehnica modern pune la dispoziia industriei o gam larg i variat de procedee prin care se pot realiza astzi piesele i subansamblele care intr n compunerea mainilor i instalaiilor.

    Producia de piese turnate ocup n cadrul industriei constructoare de maini un loc important, aproximativ 15 - 20 % din producia de font brut (de prim fuziune), se transform n piese turnate. Prin pies turnat se nelege obiectul mecanic obinut prin turnarea metalului lichid ntr-o form (cavitate) nchis sau deschis care cuprinde n corpul ei o serie de spaii goale reprezentnd configuraia exterioar i interioar a piesei turnate. Distana ntre pereii spaiilor goale reprezint grosimea pereilor piesei turnate.

    Test de evaluare a cunotinelor 1.Care este fluxul tehnologic pentru obinerea pieselor turnate n forme temporare ? a.Executarea formelor, turnarea metalului l ichid n cavitatea formei, dezbaterea piesei, eliminarea bavurilor i curirea piesei. b.Executarea formelor, dezbaterea piesei, turnarea metalului lichid n cavitatea formei, eliminarea bavurilor i curirea piesei. c.Executarea formelor, dezbaterea piesei, eliminarea bavurilor i curirea piesei, turnarea metalului lichid n cavitatea formei. 2. Dintre metodele de turnare enumerate n continuare care este aceea care se execut n forme permanente ? a.Turnarea n forme coji cu modele uor fuzibile (turnarea de precizie). b.Turnarea n forme vidate (procedeul V). c.Turnarea sub presiune.

  • 89

    Unitatea de nvare 10. PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTIC

    Cuprins 10.1. Introducere.................................................................................................................... 89 10.2. Competene.............................................................................................................. ......89 U.10.1. Bazele teoretice ale prelucrrii prin deformare plastic ............................................90 U.10.2. nclzirea la prelucrarea prin deforamrea plastic .......... ...........................................92 U.10.3. Legile deformrii plastice..........................................................................................93 U.10.4. Procedee de deformare plastic..................................................................................96 U. 10.5. Laminarea metalelor i aliajelor........................................................................... .....97 U.10.6. Extruziunea...............................................................................................................101

    10.1. Introducere Se prezint bazele teoretice ale prelucrrii prin deformare plastic i

    principalele procedee de deformare plastic. Deformarea plastic este metoda de prelucrare fr achiere prin care, n scopul obinerii unor semifabricate sau produse finite, se realizeaz deformarea permanent a materialelor fr fisurare prin aplicarea forelor exterioare. Deformaiile se pot clasifica n: elastice i permanente, cele permanente la rndul lor pot fi plastice, adic fr fisuri sau ruperi de metale (stare plastic) i cu fisuri, cu ruperi de metal (stare casant).

    10.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea i cunoaterea bazelor teoretice ale

    prelucrrii prin deformare plastica, a legilor deformrii plastice i a principalelor procedee de deformare plastic.

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 2 ore.

  • 90

    PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTIC

    Deformarea plastic este metoda de prelucrare fr achiere prin care, n scopul obinerii unor

    semifabricate sau produse finite, se realizeaz deformarea permanent a materialelor fr fisurare prin aplicarea forelor exterioare.

    U.10.1. Bazele teoretice ale prelucrrii prin deformare plastic

    Deformri elastice i deformri plastice Deformrile sunt posibile datorit schimbrii echilibrului dintre forele interne ale materialului

    sub aciunea forelor exterioare materialului. Deformrile sunt condiionate de repartizarea forelor, din direcia n care se manifest acestea,

    felul solicitrii i de viteza cu care se exercit forele exterioare. Deformaiile se pot clasifica n: elastice i permanente, cele permanente la rndul lor pot fi

    plastice, adic fr fisuri sau ruperi de metale (stare plastic) i cu fisuri, cu ruperi de metal (stare casant).

    Deformarea elastic are loc prin deplasarea atomilor din poziia lor de echilibru, mrimea deplasrii nedepind ordinul de mrimi al distanei dintre atomi. Deformarea nu produce modificri n structura intern a metalului. Se monteaz unele proprieti fizice i chimice, cum ar fi conductivitatea electric, culoare, etc.

    Deformarea plastic se realizeaz prin deplasarea relativ a atomilor n poziii noi de echilibru la distane mult mai mari dect distanele dintre atomi, n reeaua cristalin. Metalul sufer modificri importante n structura sa, deformarea produs nu mai respect legea lui Hooke.

    n timpul prelucrrii materialelor metalice prin deformare plastic este necesar ca forele ce acioneaz s aib efortul unitar de prelucrare (), mai mare dect limita de curgere (c) i mai mic dect rezistena la rupere (r).

    De aceea pentru o deformare plastic este necesar de a aduce c la o valoare ct mai mic, prin diferite metode (temperatur, etc.), iar valoarea lui r s fie ct mai mare.

    Deformarea plastic la rece Se consider c avem deformare plastic la rece, atunci cnd aceasta are loc la o temperatur:

    (1) n care: Tt este temperatura de topire a amestecului.

    Deformarea plastic se poate produce prin alunecare, prin maclare i prin alunecare i maclare. Deformarea plastic prin alunecare a policristalelor. Materialele metalice tehnice sunt corpuri

    policristaline, a cror deformare plastic se compune din deformarea intracristalin (a cristalelor) i deformarea intercristalin (a substanei intercristaline).

    Deformarea intracristalin este cu att mai dificil cu ct grunii care compn cristalele sunt mai mici.

    La nceput se deformeaz plastic numai cristalele cu orientare favorabil a planelor de alunecare iar ceilali gruni sufer o deformare elastic.

    Deformarea intercristalin se produce datorit faptului c n timpul deformrii plastice a policristalului tot mai muli gruni se rotesc. Deformarea plastic a policristalului nu se produce uniform n toi grunii. Unii gruni, cu orientare favorabil (fig. 8.1) aciunii efortului se deformeaz puternic, n timp ce ceilali gruni nu s -au deformat deloc sau foarte puin.

  • 91

    Deformarea plastic prin maclare. Acest fenomen are loc atunci cnd o parte a reelei cristaline se rotete n jurul nodurilor sale cnd cele dou pri ajung ntr-o poziie simetric una fa de cealalt (fig. 8.2). Prin maclare o parte din cristal se reorienteaz n raport cu restul de-a lungul unui anumit plan, numit plan de maclare. Partea rotit deformat a cristalului se numete macl.

    Fig. 8.1. Fig. 8.2

    Influena deformrii plastice la rece asupra proprietii metalelor. Prelucrarea prin deformare plastic la rece provoac ecruisarea (ntrirea) metalului, aceasta reprezint ansamblul fenomenelor legate de modificarea proprietilor mecanice, fizice i chimice n procesul de deformare plastic la rece (fig. 8.3).

    Fig. 8.3. Deformarea plastic la cald Deformarea plastic la cald se realizeaz prin alunecare sau prin maclare. Prin nclzire, datorit

    creterii mobilitii atomilor n reea, dispar tensiunile interne. Revenirea este procesul de mrire a plasticitii materialului care se realizeaz la temperaturi

    cuprinse intre o,2d Tt i 0,4 Tt (din temperatura de topire), nlturndu-se astfel deformaia reelei. La aceste temperaturi nu se produce nici o modificare a microstructuii.

    Recristalizarea este fenomenul care ncepe la temperaturi superioare temperaturii de revenire. Atomii ajungnd la o mobilitate suficient, se mrete procesul de difuzie i ncepe procesul de refacere a structurii prin apariia unor noi centri de cristalizare iar n final dispar complet tensiunile interne.

    Recristalizarea influeneaz nu numai asupra reelei cirstaline, dar i asupra formei i dimensiunile grunilor.

    Formele deformrilor plastice Cunoscnd fenomenele. se poate face o mprire a procedeelor de prelucrare plastic dup

    domeniul de temperatur n:

  • 92

    - deformarea plastic la rece, cnd se lucreaz sub temperatura de restaurare, obinndu-se o structur ecruisat Td < 0,25 Tt.

    - deformarea plastic incomplet la rece, cnd se lucreaz n domeniul temperaturii de regenerare se obine o structur cu tensiuni interne reduse n urma regenerrii grunilor cristalini. Acetia i pstreaz ns forma texturat alungit, proprietile fiind puin ameliorate fa de structura ecruisat.

    Td = (0,25 - 0,35) Tt

    - deformarea plastic incomplet la cald, cnd se lucreaz la temperatura de recristalizare, fr a depi aceasta.

    Structura se compune n parte din gruni recristalizai i n parte din gruni regenerai, aceast structur fiind neomogen nrutete proprietile obinute, deci nu se prea recomand.

    - deformarea plastic la cald, cnd se lucreaz deasupra teperaturii de recristalizare, omogen cu capacitate de deformaie constant, permanet; deci este deformarea cea mai indicat pentru deformri cu un grad de deformare ridicat. Se menioneaz ns c temperatura de recristalizare este i ea influenat de gradul de deformare, iar structura obinut n urma recristalizrii depinde i de temperatura de recristalizare i de viteza de deformare.

    Cu ct temperatura de recristalizare este mai ridicat cu att se vor obine gruni mai mari.

    U.10.2. nclzirea la prelucrarea prin deforamrea plastic Aspecte generale Reuita unei bune prelucrri prin deformare plastic la cald depinde n mare msur de

    nclzirea corect a materialului supus deformrii, de temperatura de nceput i de sfrit de prelucrare.

    Procesul de nclzire-rcire este prezentat n figura 8.4.

    nclzirea pn n momentul deformrii (t1) se face n dou etape i anume o etap pn la

    atingerea temperaturii de nceput de deformare i o a doua etap de meninere la aceast temperatur.

    Durata de nclzire se poate calcula cu ajutorul formulei empirice

    (2)

    n care: d este diametrul semifabricatului sau grosimea lui; K1 - coeficient cuprins ntre 10 i 20 n funcie de calitatea oelului (aliat sau nealiat) i mrimea piesei; K2 - coeficent cuprin ntre 1 i 4 n funcie de aezarea semifabricatelor n cuptor. n literatura de specialitate se gsesc tabele pentru valorile K1 i K2.

    n timpul deformrii propriu-zise (t2) temperatura scade de la valoarea Tid la Tsd. Temperaturile de nceput i de sfrit de deformare se aleg n funcie de procentul de carbon.

    Aceasta se face n jurul punctelor critice A3 + (30...500) i A4 + (150...2000). Stadiul de rcire constituie rcirea materialului de la temperatura de deformare pn la temperatura ambiant i

  • 93

    depinde de mediul de rcire ales. De fapt timpul de rcire al piesei se compune din timpul de rcire n cursul deformrii t2 i din timpul de rcire de dup deformare t3.

    Dincele expuse rezult c plasitcitatea metalelor depinde de temperatur i c n general ea crete cu creterea temperaturii.

    Instalaii de nclzire Instalaiile folosite pentru nclzirea semifabricatelor n vederea deformrii plastice trebuie s

    ndeplineasc urmtoarele condiii: s asigure o nclzire uniform i ptruns, s permit reglarea pentru un anumit regim de nclzire, s permit controlul procesului de nclzire, s aib un randament ridicat.

    Randamentul unei instalaii de nclzire se exprim prin relaia :

    n care: Qp este cldura acumulat de pies i Qa - cldura realizat prin arderea combustibilului. Cuptoarele de nclzire se clasific (fig. 8.5.) dup cum urmeaz: n figura 8.6 este prezentat cuptorul cu vatr rotativ tip carusel. Aceste cuptoare sunt folosite

    pentru nclzirea semifabricatelor de form variat: evi, roi, bandaje, etc. Productivitatea acestor cuptoare variaz ntre 20 i 100 t/h.

    U.10.3. Legile deformrii plastice

    n urma studiilor teoretice i a datelor experimentale s-a ajuns s se precizeze anumite legi cu

    privire la comportarea metalelor i aliajelor n timpul deformrii plastice. La baza deformrii plastice a unui metal stau urmtoarele legi:

    1 - legea volumului constant; 2 - legea prezenei deformrilor elastice n timpul deformrii plastice; 3 - legea rezistenei minime; 4 - legea apariiei i echilibrului eforturilor interioare suplimentare; 5 - legea similitudinii.

    Legea volumului constant. Fcnd abstracie de micile variaii de volum prin ndesare sau

    pierderi n oxizi se poate considera c deformarea are loc la volum constant. Dac l0, b0, h0 sunt dimensiunile unui corp nainte de deformare i l1, b1, h1 dup deformare (fig. 8.8) se poate scrie c:

    V = l0, b0, h0 = l1, b1, h1 = constant (3)

    sau:

    Prin logaritmare rezult:

    (4)

  • 94

    i dac notm:

    se obine:

    (5)

    adic suma gradelor de deformare logaritmice dup cele trei direcii este nul. Una din gradele de deformare care are semn diferit de celelalte dou va avea mrimea absolut egal cu a celorlalte dou.

    Gradele de deformare se mai pot exprima i sub forma:

    (6) n care: - sunt gradele de deformare de ordinul nti;

    - gradele de deformare de ordinul al doilea. Cum gradul de deformare logaritmic deformrii elementare relative la un moment dat se poate

    scrie c:

    (7)

    rezult c: (8) Interpretnd tehnologic aceast lege se poate spune c dac: deformarea se produce dup toate

    trei direciile. Dac: deformarea se produce numai dup dou direcii. Dac prima ecuaie a sistemului (8) se nmulete cu V, rezult:

    (9)

    Cum produsul dintre volum i gradul de deformare reprezint volumul deplasat n direcia

    corespunztoare axelor x, y, z se poate afirma c i suma volumelor deplasate n trei direcii perpendiculare ntre ele este egal cu zero.

    Legea prezenei deformrilor elastice n timpul defromrii plastice. Esena legii const n faptul c deformarea plastic este ntotdeauna nsoit de o deformare elastic, legea se poate exprima sub forma:

    (10)

    n care: e este deformarea total suferit de corp; ee - mrimea deformrii elastice; ep - mrimea deformrii plastice. De aceast lege se ine cont mai ales la prelucrarea la rece cnd ponderea deformrii elastice este destul de mare i materialul are tendina de mrire a volumu lui dup deformare.

    Legea rezistenei minime. Aceast lege are mai multe formulri: - orice form a seciunii transversale a unui corp supus deformrii plastice prin refulare n

    prezena frecrii pe suprafaa de contact tinde s ia forma care are perimetrul minim la suprafaa dat; la limit se tindectre un cerc;

  • 95

    - deplasarea punctelor corpului pe suprafaa perpendicular pe direcia forelor exterioare are loc dup normala cea mai scurt dus la perimetrul seciunii, ceea de nseamn c n cazul posibilitii deplasrii punctului corpului deformat n diferite direcii fiecare punct se va deplasa n direcia rezistenei minime.

    Deformarea maxim se va produce n acea direcie n care se va deplasa cea mai mare cantitate de material.

    Dac se consider pentru deformarea unui semifabricat de form paralelipipedic, conform principiului deplasrii punctulelor dup normala cea mai scurt la perimetru, dreptunghiul se poate mprii n dou trapeze i dou triunghuiri (fig. 8.9). Se observ tendina transformrii formei dreptunghiulare a seciunii iniiale n elips, respectiv cerc. Materialul deplasndu-se mai ales dup direcia y. Legea rezistenei minime trebuie luat n considerare n cazul matririi cu bavur. Pentru a asigura umplerea complet a cavitii formei trebuie ca n acea direcie s se opun curgerii materialului o rezisten minim.

    Pentru a asigura aceste condiii se prevede n jurul cavitii un canal de bavur. Prin formarea

    bavurii se creaz n mod artificial o rezisten sporit la curgerea materialului afar din cavitate i astfel se asigur umplerea cavitii matriei.

    Legea apariiei i echilibrului eforturilor interioare suplimentare . La orice schimbare a formei unui corp policristalin aflat n stare plastic apar in interiorul

    materialul eforturi suplimentare ce se opun deformrii relative i care tind s se echilibreze reciproc. Eforturile suplimentare apar datorit frecrii de contact dintre scul i semifabricat, repartiiei uniforme a temperaturii n semifabricat, neomogenitii compoziiei chimice i a proprietilor mecanice ale materialului, tendinei de frnare a dislocaiilor n timpul deformrii plastice etc.

    Eforturile interioare produse i rmase n piesa prelucrat se pot aduga eforturile interioare ce apar n timpul funcionrii ceea ce poate duce la apariia de fisuri, chiar la eforturi mici. Pe de alt parte ele micoreaz plasticitatea i elasticitatea chimic a materialului. Spre exemplu n cazul tragerii srmelor, apar eforturi suplimentare ntre straturile de material centrale cu tendina de lungire mare i straturile superficiale mpiedicate n tendina lor de deformare prin ntindere de ctre forele de frecare n contact cu filiera.

    n consecin n straturile superficiale apar eforturi suplimentare de ntindere iar n cele interioare eforturi suplimentare de compresiune.

    Pentru evitarea apariiei eforturilor suplimentare se vor reduce pe ct posibil frecrile ntre suprafaa materialului ce se deformeaz i suprafaa sculei de lucru, iar forma semifabricatului se va alege ct mai apropiat de cea a piesei finite.

    Legea similitudinilor. Pentru aceleai condiii de deformare a dou corpuri geometrice asemenea care au mrimi diferite presiunile specifice de deformare sunt egale ntre ele, raportul forelor de deformare este egal cu ptratul raportului mrimilor liniare, iar raportul mrimilor ale corpului deformat:

    (11) Legea este valabil n condiiile cnd ambele corpuri au aceleai faze structurale aceeai stare

    chimic i aceleai caracteristici mecanice, iar temperatura corpului la nceputul i n timpul deformrii este aceeai. Rezultatele obinute pe model nu mai corespund dect cu corecii la piesele

  • 96

    mari ntruct condiiile impuse sunt greu de respectat iar n timpul prelucrrii intervin o serie de factori care influeneaz rezultatele.

    U.10.4. Procedee de deformare plastic Clasificarea procedeelor de deformare plastic Procedeele de deformare plastic a materialelor metalice se pot clasifica dup urmtoarele

    criterii: - dup temperatura la care are loc deformaera (la rece, incomplet la rece, semicald i cald); - dup viteza de deplasare a sculei (cu viteze mici de deformare v < 10 m/s; cu viteza mari de

    deformare v > 10 m/s); - dup calitatea suprafeei realizate: (eboarea); - dup natura operaiilor aplicate la deforarea plastic (degroare, finisare); - dup complexitatea procedeelor ntrebuinate (procedee intrinseci, procedee complexe) . Procesele de deformare plastic mai pot fi clasificate i pe baza tipului de fore care se aplic

    piesei atunci cnd este prelucrat prin deformare. Astfel avem: - procese bazate pe compreaiune direct; - procese bazate pe compresiune indirect; - procese bazate pe traciune; - procese bazate pe ncovoiere; - procese bazate pe forfecare. n cazul proceselor bazate pe compresiune direct, fora se aplic pe suprafaa piesei de

    prelucrat i metalul curge pe direcii ce formeaz unghiuri drepte cu direcia pe care aplic fora de compresiune. Principalele exemple de astfel de proces de acest tip sunt forjarea i laminarea (fig. 8.11. a,b ).

    Procesele bazate pe compresiune indirect cuprind tragerea srmelor i evilor, extruziunea i ambutisarea adnc a unui pahar. Forele primare aplicate asupra peisei sunt adeseori fore de traciune, dar forele indirecte cel puina una dintre direciile principale (fig. 8.11. c,d,e).

    Cel mai bun exemplu de proces de prelucrare prin deformare bazat pe traciune l constituie ntinderea prin forjare, n care metalul este silit s se deformeze dup conturul unei matrie, prin aplicarea unei fore de ntindere (fig. 8.11. f).

    Procesele bazate pe ncovoiere sunt legate de aplicarea unui moment ncovoietor (fig. 8.11. g) n timp ce cele bazate pe forfecare reprezint cazuri de aplicare a unor fore de forfecare de mrime suficient pentru a produce ruperea metalului n planul de forfecare. n figura 8.11 se ilustreaz acest proces n mod cu totul simplificat.

    Fig. 8.11

  • 97

    U. 10.5. Laminarea metalelor i aliajelor Produse obinute prin laminare Procesul de deformare plastic a unui metal, realizat prin trecerea acetuia ntre doi cilindri, se

    numete laminare. El reprezint cel mai larg i rspndit proces de prelucrare a metalelor prin deformare, deoarece se preteaz la o producie de mas i la un control final riguros al produsului. Prin deformarea metalului ntre cilindrii laminorului piesa este supus la o tensiune tangenial superficial, ca urmare a frecrii dintre cilindri i metal. Forele de frecare sunt, de asemenea, cauza reducerii metalului care se produce ntre cilindri.

    Laminarea lingoului n blumuri, brame, tagle i alte produse semifabricate se realizeaz, n general la cald. Aceast prim faz este urmat de o a doua laminare la cald pentru a obine table groase, table subiri, bare, evi ine i alte produse finite. n prezent, laminarea la rece a metalelor a cptat n industrie un loc de importan major. Prin laminarea la rece se produc table groase, benzi i table subiri, avnd o bun finisare a suprafeei i o rezisten mecanic sporit, putndu-se menine n timpul procesului de prelucrare un control riguros al dimensiunilor produsului.

    Terminologia utilizat pentru a defini produsele laminate este destul de larg i nu se pot face delimitri stricte n ce privete denumirile diferitelor produse n funcie de dimensiunile lor. Blumul este produsul obinut din prima laminare a lingoului. O nou reducere a dimensiunilor transversale prin laminare la cald conduce la obinerea unei agle.

    O bram reprezint un produs laminat dintr-un lingou avnd aria seciunii transversale mai mare dect 100 cm2 i cu o lime care s fie cel puin de dou ori mai mare dect grosimea. Blumurile, aglele i bramele sunt cunoscute sub denumirea de produse semifabricate deoarece ele urmeaz a fi apoi transformate n alte produse prin laminare sau forjare.

    Benzile laminate se mpart funcie de lime, n trei grupe: benzi nguste avnd limea mai mic de 100 mm, mijlocii avnd limea de 100...600 mm i late avnd limea mai mare de 600 mm. Benzile se nfoar n colaci sau se livreaz n form de fii.

    Profilele laminate sunt multiple dup form i mrime. Profilele convenionale n form de I, U, T, cornier etc. sunt grele, cnd au dimensiunile maxime peste 80 mm i uoare sub aceast valoare.

    Srma se numete acel produs laminat, care se nfoar n colaci, avnd seciuni de forme diferite. Dimensiunea minim ce se poate obine prin laminare este de 5 mm.

    evile laminate sunt produse care se obin prin procedee speciale, cu diametre i grosimi diferite de perei.

    Utilajul de laminare Un laminor const n esen din cilindrii de laminare, lagre, o caj n care se monteaz aceste

    elemente i un grup de antrenare pentru aplicarea puterii necesare laminrii i pentru a controla viteza de laminare. Forele ce iau natere n timpul laminrii pot s ating cu uurin zeci de milioane de newtoni. Sunt prin urmare, necesare construcii foarte rigide i motoare puternice pentru a furniza puterea necesar.

    Laminoarele pot fi clasificate n funcie de numrul de cilindrii de laminare i de aranjarea acestora (fig. 8.12).

    Pentru a realiza un produs sunt necesare de obicei mai multe treceri.

    Fig. 8.12

  • 98

    Bazele teoretice ale laminrii Prin procesul de laminare, adic trecerea forat a semifabricatului printre cilindrii de laminare,

    se obine un produs cu o seciune mult micorat fa de aceea a semifabricatului i cu o lungime mult mai mare dect aceea a semifabricatului iniial.

    Aceast reducere a seciunii i alungire pronunat se obine n urma aciunii unor fore de compresiune directe, exercitate de cilindrii laminorului asupra materialului de prelucrat. Pentru a putea studia teoretic procesul de laminare simplu, se fac cteva ipoteze i anume: materialul este omogen; n timpul laminrii se produce o lire uniform a seciunii laminate; cilindrii nu alunec pe suprafaa materialului i viteza de trecere printre cilindrii de laminare ntr-o anumit seciune dat este constant.

    n punctul A din figura 8.13 asupra metalului acioneaz dou fore: fora radial Fr i fora tangenial de frecare F. Componenta vertical a forei Fr, se numete for de laminare P. Fora de laminare este aceea for cu care cilindrii preseaz metalul. Presiunea de laminare p este egal cu raportul dintre fora de laminare i suprafaa de contact. Suprafaa de contact dintre metal i cilindrii este egal cu produsul dintre limea tablei b i lungimea proiectat Lp a arcului de contac.

    n cazul limit fora normal pe un element de suprafa are valoarea:

    (12)

    unde: Kdm este rezistena medie opus la deformare a metalului; b - limea semifabricatului n locul considerat; R - raza cilindrului.

    Integrnd n limitele unghiului corespunztor arcului de contact se obine:

    (13)

    Dac se consider c limea medie n zona de deformare este constant i se noteaz lungimea

    arcului de contact cu Lac rezult:

    (14) Lungimea proiectat Lp a arcului de contact se poate calcula cu relaia:

    (15)

    Prin urmare, presiunea de laminare este dat de relaia:

    (16)

    O urmare fireasc a existenei diferenelor de vitez ntre metal i suprafaa cilinrilor este faptul

    c ia natere o for de frecare F. Admind c frecarea ntre cilindru i metal este caracterizat prin coeficentul de frecare m, fora de frecare pe un element de suprafa se poate exprima cu relaia:

    (17)

    sau dup integrare:

  • 99

    (18) Unghiul a dintre planul de intrare i linia ce trece prin centrul cilindrilor se numte unghi de

    contact sau unghi de prindere. Metalul nu pate fi prins ntre cilindrii dac tga depete coeficientul de frecare dintre cilindrii i metalul prelucrat.

    Pentru ca semifabricatul s fie antrenat ntre cilindrii trebuie ndeplinit condiia:

    H = 2 (H1 - H2) > 0 (19)

    adic s existe o for orizontal ndirecia de laminare. Cele dou componente orizontale care iau natere pot fi uor deduse, (fig. 8.14).

    Pentru ca H > 0 trebuie ca H1 > H2 adic:

    Prcos > Prsin (20)

    se poate deduce c:

    (21) Unghiul de contact determin raportul dintre diametrul cilindrului i reducerea realizat la o

    trecere. Din figura 8.14 se observ c:

    sau h0 - h1 = 2R(1 - cos)

    Diferena h0 - h1 = Dh reprezint reducerea pe nlime iar 2R = D, diametrul cilindrului. Se

    obine n final relaia:

    (22)

    Fig. 8.13

    n practic valoarea unghiului de prindere se alege la cilindrul vitezei = 22...240 i la cilindrii striai = 30...320.

    Din relaia 22 se poate trage concluzia: nu este posibil s se realizeze la o singur trecere o reducere nelimitat de mare. S-a vzut ns, c produsele laminate finite au seciunea mult mai mic dect semifabricatul. Acest lucru se poate realiza numai, trecnd semifabricatul respectiv de mai multe ori printre cilindri, laminnd deci n mai multe treceri.

  • 100

    Pentru a obine prin urmare dintr-un semifabricat cu o seciune iniial S0 o seciune final S a produsului finit este necesar s se calculeze numrul necesar s se calculeze numrul necesar de treceri printre cilindri de laminor.

    Deformarea la laminare se exprim prin urmtoarele caracteristici:

    gradul de laminare (23)

    i

    coeficient de reducere (24) ntre gradul de laminare i coeficientul de reducere exist urmtoarea relaie:

    H = (1 - a)100 [%] (25) Pentru a deforma omogen semifabricatul se caut, ca la fiecare trecere coeficientul de reducere

    s fie acelai. La prima trecere se va obine deci: S1 = aS0, la a doua S2 = aS1 = a2S0, la a treia S3 = aS2 = a3S0, .a.m.d. pn la ultima trecere S = aSn -1 = anS0. Dac se logaritmeaz ultima expresie se obine:

    log S =nlog a + log S0

    de unde:

    (26)

    gsind astfel numrul necesar de treceri al semifabricatului ntre cilindrii de laminare, pentru a reduce aciunea S0 la seciunea S.

    Laminarea la cald a semifabricatelor intermediare Laminara blumurilor i bramelor este foarte important, deoarece toat producia de oel care

    dup elaborare nu este prelucrat prin turnare direct n piese sau prin alte procedee, este transformat la nceput, din lingouri, n blumuri sau brame (cca. 90 % din producia de oel).

    Blumurile i bramele se obin de obicei pe laminoare simple, cu caje duo reversibile, sau universale. Laminoarele pe care se lamineaz blumuri se numesc bluminguri (numite i laminoare degrosisoare) iar cele pe care se obin breme se numesc slebinguri.

    Laminarea produselor finite la cald Laminarea tablei groase la cald se face din bame, cu o mas pn la 38 t . Lamonoarele care asigur randamentul maxim la laminarea tablelor groase, precum i precizia

    i uniformitatea maxim n grosime, sunt laminoare cvarto reversibile. Laminarea tablelor subiri se face din platine. Dup laminare se aplic tablelor un tratament de

    recoacere. Pentru protecia mpotriva oxidrii se folosesc cuptoare cu atmosfer neutr sau controlat, sau se pun tablele n cutii nchise ermetic.

    Tabla simpl recoapt se numete tabl neagr. Dac se aplic dup recoacere o decaprare, adic o ndeprtare a oxizilor de pe suprafa n bi de acid sulfuric, se obine tabla simpl decapat. n cazul n care se face o decapare naintea laminrii, adic a platinei, sau n timpul procesului de laminare, se obine tabla dublu decapat.

  • 101

    Laminarea benzilor. Laminarea la cald a benzilor se efectueaz pe laminoare tandem continue. Laminarea barelor i profilelor. Se deosebete esenial de laminarea tablelor i a produselor

    intermediare. Barele de seciune circular sau hexagonal i profilele laminate cum sunt profilele I, U, cornierele sau inele de cale ferat sunt produse n cantitate mare prin laminare la cald pe caje sau cilindri profilai.

    Laminarea la rece Laminarea la rece este utilizat pentru a produce table subiri i benzi, cu o finisare mai bun a

    suprafeei i cu telerane mai strnse dect se pot obine prin laminare la cald. n plus ecruisarea ce rezult n urma reducerii la rece a dimensiunilor transversale poate fi utilizat pentru mrirea rezistenei. Materialul de la care pornete laminarea la rece a oelului se prezint sub forma de role de band decapat, obinut prin laminare la cald pe un laminor continuu.

    Se finiseaz prin laminare la rece un procent mai mare de metale neferoase dect produse din oel.

    Laminoarele utilizate pentru laminarea la rece pot fi laminoare simple cu caje cuarto reversibile, la care se poate executa un numr dorit de treceri.

    U.10.6. Extruziunea Clasificarea proceselor de extruziune Extruziunea este un proces prin care seciunea unui bloc de metal sau aliaj este redus fornd

    metalul s treac prin orificiul unei matrie prin aplicarea de presiuni ridicate. n general extruziunea se utilizeaz pentru fabricarea barelor cilindrice i a evilor, dar se pot produce i profile cu seciuni transversale neregulate din metale ce se pot extruda uor cum este de exemplu aluminiul. Din cauza forelor mari necesitate de procesul de extruziune, majoritatea metalelor se extrudeaz la cald, n condiii n care rezistena la deformare a metalului este mai redus. Este ns posibil extrudarea la rece a metalelor, extruziunea n aceste condiii a cptat o importan din ce n ce mai mare n industrie.

    Reaciunea dintre semifabricatul supus extrudrii i recipient respectiv matria conduce la tensiuni de compresiune foarte ridicate care acioneaz n sensul reducerii fisurrii materialelor n perioada primei deformri a lingoului. Acesa este unul din motivele importante care justific utilizarea pe scar din ce n ce mai larg a extruziunii prin prelucrarea metalelor ce prezint probleme atunci cnd sunt deformate, cum sunt oelurile inoxidabile, aliajele pe baz de nichel i respectiv molibden.

    Exist dou tipuri fundamentale de extruziune a barelor, profilelor i evilor: extruziunea direct i extruziunea indirect (fig. 8.15. a,b).

    Fig. 8. 15

    n figura 8.16 se arat mai multe tipuri de extrudare utilizate pentru fabricarea unro piese pline sau gurite de lungime mic.

    Extruziunea ca procedeu tehnologic i gsete o aplicare economic n urmtoarele cazuri:

  • 102

    - dac este necesar prelucrarea prin deformare plastic a unor metale care nu se pot deforma prin alte procedee. n acest sens de exemplu sunt extrudate bare n vederea mrii plasticitii, a unor lingouri cu proprieti insuficiente de deformabilitate.

    La oeluri nalt aliate se realizeaz n acest scop un coroiaj de C 4. - Profilele care au seciune ce nu poate fi laminat se execut exclusiv prin ex truziune.

    Fig. 8. 16.

    - Este necesar a se produce o cantitate de semifabricate intermediare, cu seciunea plin sau goal, pentru care reglarea unui laminor sau chiar calibrarea unor cilindri de laminor este neeconomic, se aplic extruziunea.

    - Justificat este extruziunea i n cazul producerii unor profile pentru executarea crora s-ar produce pierderi mari prin achiere.

    n figura 8.17 se arat cteva tipuri de profile care pot fi obinute prin extrudare.

    Fig. 8. 17

    Factorii ce influeneaz procesul de extruziune Principalii factori care influeneaz mrirea forei necesare pentru a produce extrziunea sunt:

    tipul extruziunii (direct, invers, sau combinat), gradul de extruziune, temperatura de lucru, viteza de deformare i frecarea cu matri i pereii recipientului (containerului).

    n figura 8.18 s-a prezentat variaia presiunii de extruziune n funcie de cursa mpingtorului, pentru extruziunea direct i invers.

  • 103

    Presiunea de extruziune este raportul dintre fora de extruziune i aria seciunii transversale a

    aglei. Gradul de extruziune este raportul dintre aria seciunii transversale iniiale i aria seciunii

    transversale dup extruziune, . Presiunea de extruziune este o funcie aproximativ liniar de logaritmul natural al gradului de

    extruziune. Prin urmare fora de extruziune P este dat de relaia:

    (27) n relaia (27) c este tensiunea de curgere pentru starea de tensiune liniar n condiiile de

    temperatur i vitez de deformare utilizate n decursul operaiei de extruziune. Aceast relaie va da o for de extruziune mai mic dect fora de extruziune real. Aceasta se datorete faptului c ecuaia (27) nu ine seama de unii factori cum sunt: deformarea neomogen a aglei (care cere consumarea unui lucru mecanic suplimentar), frecarea n matri, frecarea ntre metal i recipient (pentru extruziunea direct).

    Utilajul i sculele pentru extruziune Cea mai mare parte a operaiilor de extruziune se efectueaz pe prese hidraulice. Presele

    hidraulice de extruziune se mpart n verticale i orizontale n fucie de direcia de deplasare a poansonului.

    Presele de extruziune orizonatale sunt utilizate pentru fabricarea barelor i tuburilor. Matriele i sculele utilizate la extruziune trebuie s lucreze n condiii grele de solicitare,

    datorit tensiunilor ridicate, a ocului termic i oxidrii. Se utilizeaz oeluri nalt aliate pentru fabricarea de matrie i scule tenace, care s aib o rezisten corespunztoare la temperaturi nalte.

    Exemple Legea volumului constant. Fcnd abstracie de micile variaii de volum prin

    ndesare sau pierderi n oxizi se poate considera c deformarea are loc la volum constant. Dac l0, b0, h0 sunt dimensiunile unui corp nainte de deformare i l1, b1, h1 dup deformare (fig. 8.8) se poate scrie c:

    V = l0, b0, h0 = l1, b1, h1 = constant

    sau:

    Prin logaritmare rezult:

  • 104

    i dac notm:

    se obine:

    Care sunt legile deformrii plastice i ce tipuri de deformri plastice utilizm n practic.

    S ne reamintim:

    Legea volumului constant

    Laminarea la cald

    Tipuri de extruziune

    Rezumat Cunoscnd fenomenele. se poate face o mprire a procedeelor de prelucrare

    plastic dup domeniul de temperatur n: - deformarea plastic la rece, cnd se lucreaz sub temperatura de restaurare,

    obinndu-se o structur ecruisat Td < 0,25 Tt. - deformarea plastic incomplet la rece, cnd se lucreaz n domeniul

    temperaturii de regenerare se obine o structur cu tensiuni interne reduse n urma regenerrii grunilor cristalini.

    Procesul de deformare plastic a unui metal, realizat prin trecerea acetuia ntre doi cilindri, se numete laminare. El reprezint cel mai larg i rspndit proces de prelucrare a metalelor prin deformare, deoarece se preteaz la o producie de mas i la un control final riguros al produsului.

    Extruziunea este un proces prin care seciunea unui bloc de metal sau aliaj este redus fornd metalul s treac prin orificiul unei matrie prin aplicarea de presiuni ridicate.

    Test de evaluare a cunotinelor 1.Care sunt legile de baz ale deformrii plastice ? a.Legea volumului constant; legea prezenei deformaiilor elastice concomitent cu deformaiile plastice; legea Joule-Lenz; legea deformaiilor neuniforme i a apariiei tensiunilor secundare n structura pieselor; legea similitudinii. b.Legea conservrii energiei; legea prezenei deformaiilor elastice concomitent cu deformaiile plastice; legea rezistenei minime; legea deformaiilor neuniforme i a apariiei tensiunilor secundare n structura pieselor; legea similitudinii. c.Legea volumului constant; legea prezenei deformaiilor elastice concomitent cu deformaiile plastice; legea rezistenei minime; legea deformaiilor neuniforme i a apariiei tensiunilor secundare n structura pieselor; legea similitudinii. 2.Dintre cuptoarele de nclzire a semifabricatelor enumerate mai jos, care este cu funcionare continu ?

  • 105

    a.Cuptorul cu vatr rotativ. b.Cuptorul cu mufl. c.Cuptorul adnc. 3.Care sunt operaiile de baz ale forjrii libere ? a.Refularea, ntinderea, trefilarea, tierea, gurirea, rsucirea. b.Refularea, ntinderea, tierea, gurirea, ndoirea, rsucirea. c.Refularea, extrudarea, ntinderea, gurirea, ndoirea, rsucirea.

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 106

    Unitatea de nvare 11. SUDAREA MATERIALELOR

    Cuprins 11.1. Introducere ..................................................................................................................106 11.2. Competene....................... ...........................................................................................106 U.11.1. Sudarea metalelor, generaliti................................................................................107 U.11.2. Sudabilitatea metalelor i aliajelor........................................................................ 108

    U.11.3. Sudarea prin topire................................................................................................ 110

    11.1. Introducere Sudarea este un procedeu tehnologic prin care se realizeaz mbinarea

    nedemontabil a dou corpuri solide, prin stabilirea, n anumite condiii de temperatur i presiune, a unor fore de legtur ntre atomii marginali, aparinnd celor dou corpuri de mbinare.

    n funcie de calitatea materialului, de forma i dimensiunile pieselor care urmeaz s fie mbinate, precum i de destinaia acestora, se alege procedeul de sudare. Sudabilitatea metalelor i aliajelor este nsuirea acestora ce determin capacitatea lor de a realiza mbinri nedemontabile corespunztoare condiiilor de exploatare. Se consider c un material este sudabil dac prin aplicarea unei anumite tehnologii este potrivit pentru realizarea unei mbinri care s corespund condiiilor de exploatare date.

    11.2. Competenele unitii de nvare Competene n caracterizarea i cunoaterea bazelor teoretice ale

    procesului de sudare, a sudabilitii materialelor i a principalelor procedee de sudare.

    Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 1 ora.

  • 107

    SUDAREA MATERIALELOR

    U.11.1. Sudarea metalelor, generaliti Sudarea este un procedeu tehnologic prin care se realizeaz mbinarea nedemontabil a dou

    corpuri solide, prin stabilirea, n anumite condiii de temperatur i presiune, a unor fore de legtur ntre atomii marginali, aparinnd celor dou corpuri de mbinare.

    n funcie de calitatea materialului, de forma i dimensiunile pieselor care urmeaz s fie mbinate, precum i de destinaia acestora, se alege procedeul de sudare.

    Clasificarea procedeelor de sudare Pentru clasificarea procedeelor de sudare pn n prezent nu exist un criteriu unic, unanim

    acceptat. Din acest motiv, pentru a se realiza o clasificare unitar, se pornete de la cele dou considerente fundamentale care stau la baza oricrei mbinri sudate i anume: introducerea de energie sub form localizat n sistem i apropierea atomilor marginali. n cazul n care se folosete temperatura, o msur a acesteia o constituie temperatura la locul de contact dintre componente (Tc0). Apropierea atomilor marginali se realizeaz prin apsarea componentelor dup o prelucrare corespunztoare a suprafeelor ce vin n contact, apsarea a crei msur este presiunea la locul de contact (p).

    Reprezentnd funcia Tc0 = f(p), pentru fiecare metal sau aliaj metalic exist o

    Fig. 9.1.

    linie ce mparte planul diagramei (fig. 9.1) n dou regiuni: o regiune n care comonentele nu se sudeaz i alta n care componentele se sudeaz. Pentru a se realiza mbinarea este necesar ca valorile temperaturii i presiunii s se situeze deasupra curbei Tc0 = f(p). Procesul combinat de nclzire i compresiune determin apropierea necesar formrii grunilor cristalini comuni celor dou componente.

    Urmrind diagrama prezentat se constat dou cazuri extreme: a. cazul n careTc0 Tt i p = 0 (unde Tt este temperatura de topire) corespunztor situaiei n

    care componentele se topesc i formeaz o baie metalic lichid; procesul de sudare corespunztor acestui procedeu se numete sudare prin topire.

    b. cazul n care Tc0 < Tt i p 0, corespunztor faptului c nu are loc topirea local a componentelor i sudarea se realizeaz prin deformarea plastic local; procesul de sudare corespunztor se numete se numete sudare prin presiune. Un ceas particular al sudrii prin presiune este sudarea prin presiune la rece sau sudarea prin deformarea plastic fr nclzire, care corespund condiiilor Tco = Tma p p0 (unde Tmy este temperatura mediului ambiant). Se face meniunea c numai aluminiul, cuprul i aliajel lor pot fi sudate prin acest procedu.

  • 108

    Bazele teoretice ale sudrii Apariia forelor de legtur ntre cele dou corpuri metalice diferite este posibil datorit

    faptului c atomii dispui la supfaraa unui corp au legturi libere i pot intra n aciune cu atomii de la suprafaa altui corp. Prin cele dou modalizi, topire i presiune se realizeaz pe de o parte, nclzirea, care are rolul de a stabili forele de legtur ntre atomi, de a le mri solubilitatea i n final, de a mri plasticitatea metalului, iar pe de alt parte, presiunea exercitat asupra prilor de mbinat duce la deformaii plastice, care determin curgerea materialului de-a lungul suprafeelor de contact ce mediul nconjurtor i care se prind reciproc cu mai mult uurin. Dac nclzirea este destul de mare, materialul lichid formeaz o baie comun ntre cele dou componente, iar prin solidificare se obine sudura.

    Procese fizico-chimice de baz ale mbinrilor sudate Apariia forelor de legtur ntre componentele ce urmeaz a fi sudate este dependent de

    starea de agregare n care se gsesc acestea, adic solid-solid; lichid-lichid; i n cazuri deosebite, solid-lichid.

    La sudarea n faz lichid stabilirea legturilor depinde de solubilitatea reciproc a celor dou materiale, mrimea tensiunii supreficiale, densitate i alte proprieti fizice specifice. Procesul ncepe cu interaciunea picturilor topite n baia comun i se continu n procesul de cristalizare a custurii sudate.

    Sudarea obinut prin topire are o structur i compoziie chimic proprie. Custura este rezultatul amestecului materialului de baz (aparinnd pieselor de sudat) cu materialul de adaos (aparinnd srmei din electrod) i eventual cu substane metalice din nveli, flux, sau cu elemente din mediul de gaz protector cu care baia de sudur intr n reacii chimide. Concomitent baia lichid poate pierde elemenet (Si, Mn, C, Cr, etc.) prin reacii de oxidare, poate primi elemente de aliere sau poate ngloba prin absorbie O2, H2, N2. n afar de forma gazoas n care se pot genera sulfuri. Aceste gaze pot forma compui chimici sau soluii solide. Oxigenul va genera n incluziuni (oxizi), hidrogenul se dizolv (faciliteaz apariia fisurilor), iar azotul poate forma nitruri de fier care reduc plasticitatea sudurii. Dup solificare la locul mbinrii apar structuri caracteristice (fig. 9.2).

    Fig. 9.2. Zonele unei mbinri sudate: 1 - custur; 2 - zon de trecere; 3 - zon influenat

    termic; 4 - metalul de baz. Datorit transmiterii cldurii n jurul custurii, pe o anumit proiune numit zona influenat

    termic ZIT, se produc modificri structurale ale cristalelor metelice, urmate de schimbarea proprietilor metalului.

    Limita dintre custur i zona influenat termic ZIT se numete zon de trecere ZT i mpreun cu ZIT are un rol extrem de important n comportarea ulterioar a mbinrii sudate n exploatare.

    La sudarea n stare solid stabilirea legturilor se realizaez prin apropierea mecanic a atomilor pe suprafeele de contact ale celor dou piese, apropierea care este necesar s fie de ordinul parametrilor reelei cristaline ntre toi atomii dispui pe suprafaa de mbinare.

    U.11.2. Sudabilitatea metalelor i aliajelor Sudabilitatea metalelor i aliajelor este nsuirea acestora ce determin capacitatea lor de a

    realiza mbinri nedemontabile corespunztoare condiiilor de exploatare. Se consider c un material este sudabil dac prin aplicarea unei anumite tehnologii este potrivit pentru realizarea unei mbinri care s corespund condiiilor de exploatare date. Noiunea de sudabilitate este legat att

  • 109

    de proprietile metalului, ct i de modul n care se realizeaz sudarea i reprezint o proprietate de baz n ceea ce privete alegerea materialului i tehnologiei corespunztoare.

    Sudabilitatea nu este pn n prezent stabilit ntr-o metod cantitativ tiinific, n schimb, pentru fiecare categorie de materiale metalice exist prescripii i criterii de apreciere care difer de la ar la ar.

    Oelurile, din punct de vedere al sudabilitii sunt clasificate n trei mari grupe. Grupa I are dou subgrupe: oelurile cu sudabilitate bun, nedcondiionat, bun condiionat; Grupa a II-a: sudabilitate posibil i grupa a III-a sudabilitate necorespunztoare. Sudabilitatea oelurilor depinde de viteza critic de clire a acestora care la rndul ei este funcie de compoziia chimic a oelurilor.

    Fig. 9.3. Dependena sudabilitii n funcie de carbonul echivalent

    La determinarea sudabilitii oelurilor dup compoziia chimic se folosete drept indice de sudabilitate aa numitul coninut de carbon echivalent (fig. 9.3) definit ca procentul n carbon al unui oel nealiat care are aceeai sudabilitate cu a oelului aliat utilizat (STAS 7194). Carbonul echivalent se calculeaz cu urmtoarea relaie:

    (1)

    n care: g este grosimea materialului [mm] Dintre fonte, numai fontele cenuii sunt sudabile i acest lucru numai dac se iau msuri ca

    viteza de rcire s fie redus i n baia de sudur s se introduc elemente grafitizante, altfel existnd pericolul ca dup rcire este necesar i pentru reducerea tensiunilor remanente.

    Cuprul se consider sudabil dac coninutul de O2 este sub 0,4 %. Se menioneaz c se iau msuri pentru a evita pierderile mari de cldur datorate conductivitii termice ridicate.

    Alama, din cauza Zn, care se oxideaz uor, se sudeaz mai greu dect cuprul. La fel bronzul se sudeaz greu din cauza segregaiei puternice.

    Aluminiul i aliajele sale ridic probleme la sudare din cauza conductivitii termice ridicate i a oxidului de aluminiu ce se formeaz pe suprafaa pieselor ce urmeaz a fi mbinate. Pentru a nltura aceste neajunsuri la sudare se folosesc surse termice concentrate.

    Nichelul se consider sudabil prin orice procedeu dac coninutul de sulf este sub 0,02 %. Materialele de adaos la sudare Sudarea poate fi executat fr material de adaos, cnd custura este format din materiale

    provenite din componentele de mbinat, sau cu material de adaos cnd n custur se introduce material din afar.

    Se vor considera urmtoarele categorii de material de ados pentru procedeele de sudare prin topire: srma de sudur, electrozi nvelii, fluxuri i fondani. Gazele protectoare (hidrogen, argon, bioxid de carbon) nu sunt considerate de adaos.

    Srmele de sudur, nenvelite, sub form de colaci sau vergele, au diametre cuprinse ntre 0,5...12,5 mm i se folosesc pentru sudarea cu flacr oxiacetilienic sau cu arc n baia de zgur sau

  • 110

    medii protectoare. Aceste srme pot fi aliate sau nealiate. Compoziia chimic a srmei este diferit i este simbolizat conform STAS 1126.

    Electrozii nvelii pentru sudare sunt, n general, destinai sudrii manuale cu arc. Prin noiunea de electrod n tehnica sudrii se nelege orice corp metalic legat la unul din polii sursei electrice de sudare, dac acel corp nu este nsi obiectul prelucrat. Electrozii pot fi fuzibili cnd pe lng rolul electric au i rolul de a participa ca material de adaos i nufuzibili cnd particip doar la realizarea sursei termice.

    nveliul electrozilor are un rol foarte important, ndeplinind mai multe funcii n procesul de sudare. n structura nveliului poate intra o mare vairetate de materiale: ionizani, zgurifiani, fluidizani, gazeificai, liani i componeni de adaos.

    nvelirea electrozilor se face prin presare, imersionare, extrudare, nvelire sau combinaii ale acestora.

    Fluxurile sunt materiale compuse din amestecuri de minerale, de form granular i care au rol de a proteja baia de metal topit, de a contribui cu elemente de aliere i dezoxidante la formarea custurii, de a elimina gazele, de a micora viteza de rcire i de stabilizator al arcului.

    Fluxurile din punct de vedere chimic sunt caracterizate de raportul:

    (2) Ele se numesc acide cnd B < 1; neutre pentru B = 1 i bazice pentru B > 1.

    U.11.3. Sudarea prin topire

    Procedeele de sudare prin topire se caracterizeaz prin nclzirea i topirea local a marginilor

    pieselor ce trebuie mbinate, cu sau fr topirea unui metal de adaos i fr exercitarea unei presiuni mecanice asupra pieselor. Topirea poate fi fcut cu energia electric, chimic sau de radiaie.

    Sudarea prin topire cu energie electric Majoritatea procedeelor de sudare prin topire utilizeaz, pentru obinerea temperaturii de topire

    dat, energia electric. Se remarc ca surse electrice de cldur utilizate la sudare: descrcrile electrice n medii gazoase i efectul Joule dezvoltat de curentul electric n conductori n stare lichid sau solid.

    Componena i structura arcului electric de sudare Arcul electric este o descrcare electric autonom n gaze i vapori metalici, caracterizat

    printr-o densitate mare a curentului de descrcare, stabilit pentru valori mici ale tensiunii pe arc. Descrcarea sub form de arc electric este determinat de natura gazului n care are loc descrcarea, starea gazului, starea electric, corpurile ntre care se formeaz descrcarea temperatura mediului ambiant, tensiunea de alimentare a descrcrii n arc i lungimea intervalului ntre cei doi electrozi.

    Considernd c sursa de alimentare a arcului este o surs de curent continuu, polaritatea (-) a sursei se leag la electrodul de sudare formnd catodul, iar polaritatea (+) la piesa de sudat formnd anodul. Urmrind procesul de formare a arcului, se remarc cele dou zone n stare lichid care vor apare, datorit transportul de ioni. la anod sub form de crater, iar la catod sub form de con.

    Spaiul arcului este delimitat schematic n trei zone caracteristice ale descrcrii n arc: zona catodic; coloana arcului i zona anodic (fig. 9.4).

  • 111

    Fig. 9.4. Zonele caracteristice ale descrcrii n arc: 1 - pata catodic; 2 - zona catodic; 3 -

    coloana arcului; 4 - pata anodic: 5 - zona anodic. Zona catodic este sursa de electroni care ionizeaz gazul din spaiul arcului, avnd o lungime

    foarte mic de mrimea drumului liber, mijlociu, al electrodului n gazul ce nconjoar catodul (10-4...10-6 cm). Concentraia de ioni n aceast zon este mult mai mare dect concentraia de electroni, deoarece sub aciunea cmpului electric foarte intens (104...109 V/m), electrozii au vitez mult mai mare dect ionii pozitivi, datorit diferenei mari ntre masele lor. Zona catodic se caracterizeaz printr-o cderea de tensiune mare numit ctere de tensiune catodic.

    Repartizarea curentului nu se face uniform pe suprafaa catodului, ci se concentreaz pe o poriune mic numit pat catodic care are o temperatur ridicat i este generatoarea cea mai important a electronilor necesari meninerii arcului electric.

    Zona anodic este zona n care electronii accelerai de tensiunea anodic vin din coloana arcului i intr n metal. Prin ciocnire ei cedeaz att energia cinetic acumulat, ct i cea dobndit la ieirea lor din materialul catodului. Acest lucru se ntmpl deoarece la anod nuare loc emisie de electroni. Densitatea de curent n pata anodic ramne const, iar suprafaa ei crete odat cu creterea curentului de sudare.

    Coloana arcului este regiunea n care au loc ionizri, excitri i recombinri. Acest spaiu umplut cu gaze are temperatura ridicat i de aceea, n coloana arcului o importan deosebit o are ionizarea termic care se produce att datorit ciocnirilor neelastice ale electronilor cu atomii, ct i ca urmare a ciocnirii atomilor ntre ei. Atmosfera arcului reprezint un ameste ce electroni, ioni pozitivi i unele cazuri negativi, precum i de atomi neutrii. Coloana arcului este neutr din punct de vedere electric, suma sarcinilor particulelor negative fiind egal cu suma sarcinilor particulare pozitive.

    ntruct numrul electronilor n unitatea de volum n coloana arcului este mult mai mare dect cel al electronilor emii n catod, conductivitatea electric a coloanei arcului este mult mai mare dect a zonei catodice. Ca urmare cmpul electric este mult mai mic.

    Parametrii ce determin comportarea arcului la sudare sunt: curentul care trece prin prin arc Is, tensiunea arcului U i lungimea arcului ls. Relaia general de dependen ntre aceti parametrii poate fi scris:

    I (3)

    i se numete caracteristica arcului electric. Obinuit caracteristica arcului se reprezint sub forma unei familii de curbe Us = f(Is), lund drept parametru variabil lungimea arcului l s. Aceast dependen poart denumirea de caracteristica static a arcului i este caracteristica de baz deoarece determin dependena ntre valorile stabilizate ale curentului i tensiunii arcului la lungimea lui constant.

    n curent alternativ condiiile de ntreinere a desrcrii n arc sunt mai grele deoarece catodul i anodul alterneaz de la un electrod la cellalt, n timpul unei perioade curentul trecnd de dou ori prin valoarea zero, ceea ce face ca arcul s se sting i s se reaprind periodic n funcie de frecvena curentului. Din aceast cauz, se iau msuri speciale pentru ca mediul gazos s aib un potenial de ionizare mai sczut i s se realizeze un defazaj ntre tensiunea de alimentare

  • 112

    sinusoidal i tensiunea pe arc astfel nct la trecerea prin zero tensiunea pe arc s fie mai mare dect tensiunea de alimentare.

    Cantitatea de cldur dezvoltat n arc face din el principala surs utilizat n prezent n sudarea prin topire. Cldura total dezvoltat n arc este dat de expresia:

    I

    n care: t este timpul de funcionare.

    Sudarea cu arc electric descoperit Sudarea cu arc electric descoperit este cel mai des ntlnit procedeu de mbinare prin sudare.

    Principal (fig. 9.5) acest procedeu const n aceea c arcul electric topete prin aciune direct o parte din materiale de baz (1) i din cel de adaos (2), formnd baia comun de metal lichid (3) care odat cu deplasarea electrodului se rcete formnd crusta sudat (4). Simultan cu topirea materialului de adaos se topete i nveliul (5) electrodului, formnd o baie de zgur (7). nveliul se vaporizeaz parial, dnd natere n jurul descrcrii unei atmosfere izo late protectoare.

    Fig. 9.5. Principiul sudrii cu arc electric descoperit: 1 - materialul de baz; 2 - materialul de

    adaos; 3 - baie metalic; 4 - custur; 5 - nveliul electrodului; 6 - baie de zgur protectoare; 7 - crust de zgur

    Sudarea electric cu arc descoperit se poate executa printr-o serie ntreag de variante funcionale cum ar fi:

    Sudarea sub flux magnetic const n nlocuirea nveliului electrodului cu un flux metaloceramic cu proprietatea de a se magnetiza i de a fi atras de srma nenvelit sub aciunea cmpului magnetic generat de curentul de sudare. Granulele de flux magnetizate se lipesc de srma electrod formnd un nveli a crui grosime este determinat de mrimea orificiului de ieire din rezervorul de flux. De asemenea, este prevzut un magnet care are rolul de a mpiedica s cad fluxul cnd srma nu este parcurs de curent. Productivitatea procedeului este cu 50 % mai mare fa de sudarea manual, datorit pulberii de fier care se introduce pentru magnetizarea fluxului. Avansul srmei se realizeaz cu dispozitive specifice sudrii automate.

    Sudarea cu arc electric acoperit sub flux La acest procedeu de sudare, cldura necesar mbinrii se obine de la arcul electric format

    ntre electrod i piese de sudat (fig. 9.6). Descrcarea sub form de arc are loc sub un strat de zgur solid care protejeaz funcionarea arcului i formarea custurii. Prin topirea materialului de adaos i a unei pri din materialul de baz se formeaz baia de lichid.

  • 113

    Fig. 9.6

    Sudarea sub strat de flux a fost perfecionat n timp dnd natere la o serie ntreag de variante: Sudarea automat cu mai multe arce care pot lucra n timp dnd natere la o serie ntreag de

    variante: Sudarea automat cu mai multe arce care poate lucra: cu arce separate n caviti diferite (fig.

    9.7. a) fiecare arc fiind alimentat de la o surs proprie printr-un cap de sudare invidual, cu arce separate n aceeai cavitate (fig. 9.7. b) primul arc realiznd ptrunderea i nclzirea materialului de baz, iar cel de-al doilea dnd form definitiv custurii i sudarea cu arce gemene (fig. 9.7. c) n aceeai cavitate i alimentate de la aceeai surs, prin plasarea corespunztoare a electrozilor, putndu-se obine limi mai mari ale custurii dect la sudarea cu un singur arc.

    Fig. 9.7.

    Sudarea n mediu de gaze

  • 114

    Necesitatea ridicrii productivitii sudrii a impus i promovat introducerea procedeelor de sudare n mediu de gaze protectoare. La sudarea cu aceste procedee, arcul electric i zona de formare a custurii se gsesc nconjurate de un gaz care le izoleaz fa de aerul atmosferic.

    n unele cazuri , gazul pe lng protecie, particip la sudare prin anumite reacii chimice i termice.

    Procedeele de sudare n mediu de gaze protectoare se mpart dup natura electrodului n dou mari clase: cu electrozi nefuzibili i cu electrozi fuzibili nenvelii.

    La sudarea n mediu de gaze inerte cu electrod nefuzibil arcul electric se stabilete ntre electrodul nefuzibil i piesa de sudat (fig. 9.8). Electrodul se confecioneaz din volfram pur sau aliat, iar ca gaze de protecie se ntrebuineaz argonul sau heliul, care sunt gaze inerte. Procedeul este cunoscut n tehnica mondial sub iniiale WIG (wolfram-inert-gaz) sau TIG (Tungsten-inert-gaz) i poate fi aplicat manual sau automat. Procedeul este aplicabil n special pentru sudarea aluminiului i aliajelor sale, a magneziului, a cuprului i aliajelor sale, a nichelului i aliajelor sale, a oelurilor nalt aliate cu compoziii diferite, precum i a titanului.

    Sudarea cu electrozi fuzibili nvelii n mediu de gaze protectoare se clasific dup natura gazului:

    a. sudarea cu electrozi fuzibili nvelii n mediu de gaze inerte (argon, heliu), procedeu cunoscut sub iniiale MIG (metal-inert-gaz) figura 9.9. Tehnologia sudarii prin acest procedeu este asemntoare cu cea a sudrii cu arc electric obinuit. Se folosete pentru sudarea aluminiului i aliajele sale, a cuprului i aliajelor sale, a nichelului i aliajelor sale, a oelurilor cu crom nichel i a oelurilor obinuite.

    b. sudarea n mediu de bioxid de carbon (gaze active), cunoscut i sub numele de procedeul MAG (metal-activ-gaz) care gazul n afara rolului de protecie are i unul activ de a participa prin relaii chimice la procesul de ardere. Gazul activ este bioxidul de carbon (CO2) care se scurge printr-un spaiu inelar n jurul electrod.

    Fig. 9.8 Fig. 9.9.

    Exemple La determinarea sudabilitii oelurilor dup compoziia chimic se folosete

    drept indice de sudabilitate aa numitul coninut de carbon echivalent (fig. 9.3) definit ca procentul n carbon al unui oel nealiat care are aceeai sudabilitate cu a oelului aliat utilizat. Carbonul echivalent se calculeaz cu urmtoarea relaie:

    (1)

    n care: g este grosimea materialului [mm]. Fluxurile din punct de vedere chimic sunt caracterizate de raportul:

  • 115

    (2) Ele se numesc acide cnd B < 1; neutre pentru B = 1 i bazice pentru B > 1.

    Ce factori influeneaz sudabilitatea materialelor i care sunt zonele unei mbinrii sudate.

    S ne reamintim: Sudabilitatea materialelor

    Sudarea cu arc electric

    Sudarea n mediu de gaze

    Rezumat Sudarea este un procedeu tehnologic prin care se realizeaz mbinarea

    nedemontabil a dou corpuri solide, prin stabilirea, n anumite condiii de temperatur i presiune, a unor fore de legtur ntre atomii marginali, aparinnd celor dou corpuri de mbinare.

    Procedeele de sudare prin topire se caracterizeaz prin nclzirea i topirea local a marginilor pieselor ce trebuie mbinate, cu sau fr topirea unui metal de adaos i fr exercitarea unei presiuni mecanice asupra pieselor. Topirea poate fi fcut cu energia electric, chimic sau de radiaie.

    Test de evaluare a cunotinelor 1. Dintre procedeele de sudare n medii protectoare de gaze enumerate mai jos, la care se utilizeaz electrod fuzibil i gaz activ ? a.Procedeul de sudare arc-atom (cu hidrogen atomic). b.Procedeul de sudare WIG. c.Procedeul de sudare MAG-CO2. 2.Ce raport de combustie o (o = [O2 ]/ [C2H2] ) are o flacr normal la sudarea oxi-gaz ?

    a) o = {0,7.1}. b) o = {1,1.1,2}. c) o = {1,2.1,5}.

    Test de autoevaluare a cunotinelor

  • 116

    Tem de control CHESTIONAR

    1.Structura materialelor metalice este: a)amorf b)cristalin c)vitroas 2.Care este proprietatea tehnologic a unui material: a)clibilitatea b)fluajul c)difuzivitatea 3.Care este ncercare de duritate: a)Charpy b)Rockwell c)Wohler 4. Efectul care st la baza controlului cu ultrasunete este: a) chimicoelectric; b) piezoelectric; c) termoelectric. 5. Radiaiile x sunt: a) de natur termomagnetic; b) de natur termonuclear c) de natur electromagnetic. 6. Care este defectul punctiform din structura cristalin : a) discolcaii; b) blocuri n mozaic c) vacan 7. Difuzia atomilor n materiale are la baz: a) variaia energiei termice; b) variaia energiei mecanice c) variaia energiei electrice. 8. Solidificarea unui material metalic este nsoit de: a) modificarea concentraiei; b) modificarea energiei libere c) modificarea densitii. 9. Proprietatea unui material de a avea mai multe forme cristaline se numete: a) morfism; b) izomorfism c) polimorfism. 10. Oelurile nealiate cu C peste 0,22% au o tendin de: a. durificare prin precipitate, b. durificare prin clire, c. durificare prin clire i revenire 11. Oelurile nealiate cu C sub 0,22% au o structur: a. feritic cu cantiti mici de perlit, b. feritic cu cantiti mari de perlit, c. perlitic cu cantiti mici de ferit, 12. Oelurile sensibile la durificare prin tratament termic sunt: a. criogenice, nonQT, PH, b QT, nonQT, PH c. NQT, nonQT, PH, 13. Oelurile mbuntite sunt:

  • 117

    a. oeluri cu C mai mare de 0,25% clite i revenite, b. oeluri cu C mai mic de 0,25% clite i revenite, c. oeluri cu C de 0,25% clite i revenite, 14. Oelurile patinale sunt oeluri C-Mn, aliate suplimentar cu: a. Cr Cu Ni, Cr Cu V, b. Cr Cu Ni, Cr Cu P, c. Cr Cu P, Cr Cu V, 15. Rezistena la cald a oelurilor este dat de: a. crom, b. molibden c. nichel 16. Oelurile criogenice au ca element de aliere principal: a. crom, b. molibden c. nichel 17. Ce garanteaz clasa de calitate 4. a. reziliena la -400C, b. reziliena la -200C, c. reziliena la -300C 18. Oelurile inoxidabile au: a. peste 12% Cr. b. peste 20% Cr. c. sub 12% Cr. 19. Dup forma grafitului fontele pot fi: a. cu grafit lamelar, nodular, n cuiburi b. albe, cenuii, pestrie c. albe, cu grafit nodular, maleabile 20. Aluminiul are o rezisten mare la coroziune datorit: a. fenomenului de pasivare, b. fenomenului de carburare c. fenomenului de nitrurare 21. Alama este un aliaj. a. Cu Pb, b. Cu Zn, c. Cu Sn 22.Transformarea perlitei n austenit este determinat de: a. variaia energiei libere, b. variaia compoziiei chimice, c. variaia densitii 23. Oelurile cu grunte ereditat mic sunt: a. dezoxidate cu feromangan, b. dezoxidate cu ferosiliciu c. dezoxidate n plus cu aluminiu 24. Transformrile la rcire pot fi: a. cu difuzie, fr difuzie, intermitente b. intermediare, fr difuzie, intermitente c. cu difuzie, fr difuzie, intermediare 25. Sub punctul Ms se afl: a. bainit i martensit, b. martensit i austenit rezidual, c. numai martensit

  • 118

    26. Transformarea fr difuzie este: a. bainitic, b. martensitic c. perlitic 27. Sulful i fosforul dintr-un oel: a. mbuntesc proprietile oelului, b. dezoxideaz i calmeaz oelul, c. sunt impuriti cu influene duntoare 28. Ct este temperatura la detensionare: a. 850 900 oC, b. 600 650 oC, c. 250 300 oC 33. Hidrogenul din oel: a. nu influeneaz proprietile oelului,

    b. provoac fisuri, c. are influen pozitiv asupra oelului 34. Recoacerea de omogenizare se face la. a. 850 900 oC, b. 600 650 oC, c. 1000 1050 oC

    35. Care este ordinea corect a operaiilor de prelucrare a minereurilor ? d. Concentrarea, sfrmarea, clasarea, prelucrarea termic. e. Prelucrarea termic, concentrarea, clasarea, sfrmarea. f. Sfrmarea, clasarea, concentrarea, prelucrarea termic.

    36. Care este ordinea corect a zonelor caracteristice la elaborarea fontei brute de prima fuziune n furnal (ncepnd de la gura de ncrcare spre creuzet) ?

    a) Zona de prenclzire, zona reductoare, zona de carburare, zona de topire i de formare a zgurei.

    b) Zona de prenclzire, zona de topire i de formare a zgurei, zona reductoare, zona de carburare.

    c) Zona reductoare, zona de carburare, zona de prenclzire, zona de topire i de formare a zgurei.

    37. Care este tehnologia de elaborare a oelurilor din font brut de prima fuziune care nu necesit aport de energie din exterior ?

    a) Elaborarea oelurilor n cuptorul Siemens-Martin. b) Elaborarea oelurilor n cuptorul electric cu arc. c) Elaborarea oelurilor n convertizoare.

    38. Care este fluxul tehnologic pentru obinerea pieselor turnate n forme temporare ?

    a) Executarea formelor, turnarea metalului lichid n cavitatea formei, dezbaterea piesei, eliminarea bavurilor i curirea piesei.

    b) Executarea formelor, dezbaterea piesei, turnarea metalului lichid n cavitatea formei, eliminarea bavurilor i curirea piesei.

    c) Executarea formelor, dezbaterea piesei, eliminarea bavurilor i curirea piesei, turnarea metalului lichid n cavitatea formei.

    39. Dintre metodele de turnare enumerate n continuare care este aceea care se execut n forme permanente ?

    a) Turnarea n forme coji cu modele uor fuzibile (turnarea de precizie).

    b) Turnarea n forme vidate (procedeul V).

  • 119

    c) Turnarea sub presiune. 40. Care sunt legile de baz ale deformrii plastice ?

    a) Legea volumului constant; legea prezenei deformaiilor elastice concomitent cu deformaiile plastice; legea Joule-Lenz; legea deformaiilor neuniforme i a apariiei tensiunilor secundare n structura pieselor; legea similitudinii.

    b) Legea conservrii energiei; legea prezenei deformaiilor elastice concomitent cu deformaiile plastice; legea rezistenei minime; legea deformaiilor neuniforme i a apariiei tensiunilor secundare n structura pieselor; legea similitudinii.

    c) Legea volumului constant; legea prezenei deformaiilor elastice concomitent cu deformaiile plastice; legea rezistenei minime; legea deformaiilor neuniforme i a apariiei tensiunilor secundare n structura pieselor; legea similitudinii.

    41. Dintre cuptoarele de nclzire a semifabricatelor enumerate mai jos, care este cu funcionare continu ?

    a) Cuptorul cu vatr rotativ. b) Cuptorul cu mufl. c) Cuptorul adnc.

    42. Care sunt operaiile de baz ale forjrii libere ? a) Refularea, ntinderea, trefilarea, tierea, gurirea, rsucirea. b) Refularea, ntinderea, tierea, gurirea, ndoirea, r sucirea. c) Refularea, extrudarea, ntinderea, gurirea, ndoirea, rsucirea.

    43. Dintre procedeele de sudare n medii protectoare de gaze enumerate mai jos, la care se utilizeaz electrod fuzibil i gaz activ ?

    a) Procedeul de sudare arc-atom (cu hidrogen atomic). b) Procedeul de sudare WIG. c) Procedeul de sudare MAG-CO2.

    44. Ce raport de combustie o (o = [O2 ]/ [C2H2] ) are o flacr normal la sudarea oxi-gaz ?

    d) o = {0,7.1}. e) o = {1,1.1,2}. f) o = {1,2.1,5}.

    .

  • 120

    Test de evaluare Completai n mod corespunztor spatiile goale si notatiile in diagrama Fe-Fe3C:

    Alegeti raspunsul corect prin incercuirea punctului corespunzator:

    1. Aliajele Fe-Fe3C cu continutul de carbon cuprins intre 2,14-4,3 % se numesc: a) oteluri hipoeutectice; b) fonte hipoeutectoide; c) fonte hipoeutectice.

    2. Aliajele Fe-Fe3C cu continutul de carbon cuprins intre 0,01-0,77 % se numesc: a) oteluri hipoeutectice; b) oteluri hipoeutectoide; c) oteluri hipereutectiode.

    3. Care constiutenti structurali din diagrama sunt solutii solide: a) cementita; b) ferita; c) austenita; d) ledeburita; e) perlita.

    4. Care constiutenti structurali din diagrama sunt amestecuri mecanice: a) cementita; b) ferita; c) austenita; d) ledeburita; e) perlita.

    5. Linia eutectoida este; a) linia ECF; b) linia PSK; c)linia HJB. 6. Linia eutectica este; a) linia ECF; b) linia PSK; c) linia HJB; d) linia MO. 7. Punctul eutectoid este: a) punctul C; b) punctul S; c) punctul J. 8. Punctul eutectic este: a) punctul C; b) punctul S; c) punctul J; d) punctul E. 9. Urmatorii constituenti structurali sunt cu plasticitate mare: a) ferita; b) perlita; c)

    austenita; d) cementita; e) ledeburita. 10. Cine cristalizeaza in cvc (cub cu volum centrat): a) Fe ; b) Fe ; c) Fe . 11. Minereurile de fier contin intre: a) 20-30% Fe; b) 30-60% Fe. 12. Cocsul metalurgic are urmatoarele functii: a) furnizeaza caldura necesara topirii; b)

    carbureaza o parte dintre oxizii de fier; c) reduce o parte dintre oxizii de fier. 13. Fonta obtinuta in furnal se numeste: a) fonta de prima fuziune; b) fonta bruta. 14. Blumurile, taglele, sleburile si platinele sunt: a) semifabricate; b) produse laminate

    finite; c) piese profilate. 15. Culoarea fontelor cenusii este data de prezenta: a) cementita; b) perlita; c) grafitul. 16. Culoarea fontelor albe este data de : a) cementita; b) perlita; c) grafit; d) ledeburita. 17. Otelurile sunt aliaje Fe-C cu continutul de carbon cuprins intre: a) 2,11-4,3% C; b)

    0,01-2,11% C; c) 0,77-2,115 C. 18. Fontele sunt aliaje Fe-C cu continutul de carbon cuprins intre: a) 2,11-4,3% C; b)

    0,01-2,11% C; c) 0,77-2,115 C; d) 2,11-6,67% C. 19. Care aliaje prezinta capacitate de deformare plastica mare: a) fontele; b) otelurile.

  • 121

    Bibliografie. 1. CTAN, D. Procesarea materialelor avansate, Ed. Lux Libris, Braov, 2004

    2. DINESCU R. Ceramica din oxid de aluminiu, Ed. Tehnic Bucureti, 1979

    3. DOMA Al. . a. Materiale inginereti speciale avansate, Ed. Casa Crii de tiin,

    Cluj Napoca, 2002

    4. POPESCU R. Tehnologia materialelor, Ed. Lux Libris, Braov, 2005MACHEDON

    T., . - Materiale i tehnologii primare, curs, Univ. "Transilvania" Braov, 2002.

    5. MACHEDON T.MACHEDON E., - Materiale i tehnologii primare, ndrumar, Univ.

    "Transilvania" Braov, 2002

    6. ERBAN, C.,. tiina materialelor metalice, Ed. Lux Libris Braov, 2000.

    7. EFTIMIE, L., .a. - Tehnologia Materialelor (Tehnologii Secundare), Ed. Lux Libris

    Braov, 1998.

    8. JAKAB E., .a. Tehnologia Materialelor - Univ. "Transilvania" Braov, 1989.

    9. Murgulescu I. G. s.a., Teoria molecular cinetica a materiei, Editura

    Academiei, Bucuresti, 1979.

    10. Nanu A., Tehnologia materialelor, Editura Didactica si Pedagogica,

    Bucuresti, 1972.

    11. Gadea Suzana si Petrescu Maria, Metalurgie fizica si studiul metalelor, vol.

    12. I, II si III, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1979.

    13. Geru N., Metalurgie fizica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti,

    1981.

    14. *** Metals Handbook, vol. 7 si 8, Ohio, 1983.

    15. Sternberg S. s.a., Chimie fizica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti,1981.

    16. Georgescu L. s.a, Fizica starii lichide, Editura Didactica si Pedagogica,Bucuresti,

    1983.

    17. Stefanescu F., Compozite metalice, Editura Matrix Rom, Bucuresti, 1996.

    18. Dumitrescu C., Saban R., Metalurigie fizica tratamente termice, Editura FairParteners

    2001.

    19. Cosmeleata G, Suciu V. Materiale si tehnologii pentru ingineri economisti, Editura

    Man-Dely 2004.