04_alegerea_materialelor

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAŞOV FACULTATEA DE INGINERIE TEHNOLOGICĂ ŞI MANAGEMENT INDUSTRIAL INGINERIE ECONOMICĂ INDUSTRIALĂ - ID

VLADIMIR MĂRĂSCU KLEIN ICHIM IZABELLA

ALEGEREA MATERIALELOR

ANUL III

1

Introducere

Cursul intitulat Materiale Industriale îşi propune să ofere cunoştinţele de bază

necesare activităţilor legate de asigurarea bazei materiale în industrie, bază materială ce are o

importanţă de prim ordin, atât în prezent cât şi în perspectivă. În prezent, în perspectiva pe

termen scurt şi mediu, accentul este pus pe realizarea unor produse cu consumuri specifice de

materiale şi energie cât mai reduse, pe înlocuirea materialelor scumpe sau deficitare,

extinderea recuperării materialelor şi recondiţionarea pieselor uzate, iar în perspectiva pe

termen lung accentul cade pe producerea şi utilizarea unor materiale noi, neconvenţionale.

Actualmente, în industrie se utilizează o gamă largă de materiale, o parte dintre acestea făcând

obiectul cursului.

Obiectivele cursului

Cursul intitulat Materiale Industriale, are ca obiectiv principal îmbogăţirea

cunoştinţelor din sfera disciplinelor de specialitate, ale studenţilor Programului de

studii Inginerie Economică Industrială, forma de învăţământ ID. În acest sens, la

sfârşitul acestui curs, studenţii vor fi capabili să:

identifice principalele grupe de materiale utilizate în industrie şi să descrie

principalele proprietăţi şi domenii de utilizare ale acestora;

descrie modalitatea de alegere raţională a unui material pentru un anumit

produs;

descrie principalele grupe de materiale utilizate în industrie pentru diverse

produse şi principalele tratamente recomandate.

Cerinţe preliminare

Pentru însuşirea corespunzătoare a noţiunilor din cadrul cursului, este

necesar ca în prealabil să fie parcursă disciplina: „Studiul şi tehnologia

materialelor”.

Structura cursului

Cursul de Materiale Industriale este structurat în trei module, astfel: primul

modul cuprinde şapte unităţi de învăţare, al doilea modul cuprinde trei unităţi de

învăţare iar ultimul modul cuprinde patru unităţi de învăţare. La rândul său,

fiecare unitate de învăţare cuprinde: obiective, aspecte teoretice privind tematica

unităţii de învăţare respective, exemple, teste de evaluare sau autoevaluare.

Durata medie de studiu individual

Parcurgerea de către studenţi a unităţilor de învăţare ale cursului de

Materiale Industriale (atât aspectele teoretice cât şi rezolvarea testelor de

evaluare sau autoevaluare) se poate face în 2 ore pentru fiecare unitate.

Evaluarea

La sfârşitul semestrului, fiecare student va fi evaluat printr-un un test grilă,

ce va conţine întrebări teoretice din materia prezentată în cadrul acestui material,

test ce va deţine o pondere de 50% în nota finală şi un test clasic din tematica

activităţii aplicative aplicate ce va deţine o pondere de 50% în nota finală.

2

Chestionar evaluare prerechizite

1. Principalul element de aliere al materialelor feroase este:

a) siliciul c) oxigenul

b) carbonul

2. La oţeluri, odată cu creşterea conţinutului în carbon, valorile caracteristicilor

mecanice se modifică astfel:

a) se micşorează c) se măresc

b) rămân constante

3. Alamele sunt aliaje:

a) Cu-Sn c) Cu-Al

b) Cu-Zn

4. Rezistenţa la rupere a unui material este o proprietate:

a) mecanică c) chimică

b) fizică

5. Între material şi tratamentul termic există o legătură:

a) strânsă c) slabă

b) nu există legătură

6. Utilizarea semifabricatelor turnate se recomandă la producţia:

a) de serie mare c) de unicate

b) de serie mică

7. Între proprietăţile unui material şi structura sa există o l egătură:

a) slabă c) strânsă


8. Proprietatea cea mai importantă a materialelor pentru confecţionarea

arcurilor este:

a) duritate ridicată c) rigiditate

b) limită de elasticitate ridicată

9. Materialul pentru executarea unei roţi dinţate se alege în funcţie de:

a) solicitările danturii c) lăţimea butucului

b) diametrul exterior

10. Pentru o producţie de serie mare a unor batiuri executate din fontă se

utilizează următorul procedeu tehnologic:

a) sudare c) forjare

b) turnare

3

Cuprins

Modulul 1. Materiale. Clasificare, proprietăţi, utilizare ................................ ........ 7 M1.1. Introducere ................................ ................................ ................................ .................... 7

M1.2. Obiectivele modului ................................ ................................ ................................ ...... 7

M1.3. Competenţe conferite ................................ ................................ ................................ ... 7

Unitatea de învăţare M1.U1. Materiale feroase ................................ ................................ . 8

M1.U1.1. Introducere ................................ ................................ ................................ .......... 8

M1.U1.2. Obiectivele unităţii de învăţare ................................ ................................ ........... 8

M1.U1.3. Oţeluri ................................ ................................ ................................ ................. 9

M1.U1.3.1. Oţeluri carbon de uz general ................................ ................................ .... 10

M1.U1.3.2. Oţeluri carbon cu calitate şi aliate ................................ ............................ 10

M1.U1.3.3. Oţeluri turnate în piese ................................ ................................ ............. 12

M1.U1.3.4. Oţeluri cu înaltă rezistenţă mecanică, sudabile ................................ ........ 14

M1.U1.3.5. Oţeluri pentru automate ................................ ................................ ........... 14

M1.U1.3.6. Oţeluri microaliate şi de înlocuire ................................ ........................... 15

M1.U1.4. Fonte ................................ ................................ ................................ ................ 16

M1.U1.4.1. Fonte albe ................................ ................................ ................................ . 16

M1.U1.4.2. Fonte cenuşii cu grafit lamelar ................................ ................................ . 17

M1.U1.4.3. Fonte modificate ................................ ................................ ...................... 17

M1.U1.4.4. Fonte maleabile ................................ ................................ ........................ 18

M1.U1.4.5. Fonte aliate ................................ ................................ ............................... 18

M1.U1.5. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 19

M1.U1.6. TEST DE EVALUARE A CUNOŞTINŢELOR ................................ ............. 19

Unitatea de învăţare M1.U2. Materiale neferoase ................................ .............................. 21

M1.U2.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ........ 21

M1.U2.2. Obiectivele unităţii de învăţare ................................ ................................ ......... 21

M1.U2.3. Metale şi aliaje uşoare ................................ ................................ ...................... 22

M1.U2.3.1. Aluminiu şi aliaje de aluminiu ................................ ................................ . 22

M1.U2.3.2. Aliaje de magneziu ................................ ................................ .................. 24

M1.U2.4. Cupru şi aliaje de cupru ................................ ................................ .................... 25

M1.U2.4.1. Alame ................................ ................................ ................................ ....... 25

M1.U2.4.2. Bronzuri ................................ ................................ ................................ ... 26

M1.U2.5. Zinc şi aliajele de zinc ................................ ................................ ..................... 29

M1.U2.6. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 29


Unitatea de învăţare M1.U3. Materiale sinterizate şi materiale compozite ..................... 31

M1.U3.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ....... 31

M1.U3.2. Obiectivele unităţii de învăţare................................ ................................ ......... 31

M1.U3.3. Materiale sinterizate ................................ ................................ ........................ 32

M1.U3.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 41


M1.U3.6. Materiale compozite ................................ ................................ ......................... 42

M1.U3.6.1. Materiale compozite armate cu fibre ................................ ........................ 43

M1.U3.6.2. Materiale compozite disperse ................................ ................................ ... 47

M1.U3.6.3. Materiale compozite stratificate................................ ................................ 47

M1.U3.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 47


Unitatea de învăţare M1.U4. Materiale plastice şi adezivi ................................ ................ 49

4

M1.U4.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ....... 49


M1.U4.3. Materiale plastice ................................ ................................ ............................. 50

M1.U4.3.1. Materiale plastice termoplaste ................................ ................................ .. 50

M1.U4.3.2. Materiale plastice termorigide ................................ ................................ . 54

M1.U4.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 55


M1.U4.6. Adezivi................................ ................................ ................................ .............. 56

M1.U4.6.1. Adezivi vegetali ................................ ................................ ........................ 56

M1.U4.6.2. Adezivi animali ................................ ................................ ......................... 57

M1.U4.6.3. Adezivi minerali ................................ ................................ ....................... 57

M1.U4.6.4. Elastomeri ................................ ................................ ................................ . 57

M1.U4.6.5. Adezivi termoplastici ................................ ................................ ................ 57

M1.U4.6.6. Adezivi termorigizi ................................ ................................ ................... 58

M1.U4.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 59


Unitatea de învăţare M1.U5. Materiale rezistente la uzare şi materiale

rezistente la coroziune ................................ ................................ ................................ ........... 60

M1.U5.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ....... 60


M1.U5.3. Materiale rezistente la uzare ................................ ................................ ............ 61

M1.U5.3.1. Materiale antifricţiune................................ ................................ ............... 66

M1.U5.3.2. Materiale de fricţiune................................ ................................ ................ 68

M1.U5.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 71


M1.U5.6. Materiale rezistente la coroziune ................................ ................................ ...... 72

M1.U5.6.1. Coroziunea metalelor şi aliajelor ................................ .............................. 72

M1.U5.6.2. Metode de protecţie împotriva coroziunii................................ ................. 73

M1.U5.6.3. Materiale anticorozive ................................ ................................ .............. 78

M1.U5.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 81


Unitatea de învăţare M1.U6. Materiale rezistente la temperaturi înalte şi

materiale rezistente la temperaturi joase ................................ ................................ ............ 82

M1.U6.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ....... 82


M1.U6.3. Materiale rezistente la temperaturi înalte ................................ ........................ 83

M1.U6.3.1. Materiale cu stabilitate chimică ridicată la temperaturi înalte .................. 83

M1.U6.3.2. Materiale cu rezistenţă mecanică ridicată la temperaturi înalte................ 85

M1.U6.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 86


M1.U6.6. Materiale rezistente la temperaturi joase ................................ .......................... 87

M1.U6.6.1. Oţeluri criogenice ................................ ................................ ..................... 87

M1.U6.6.2. Fonte criogenice ................................ ................................ ........................ 88

M1.U6.6.3. Aliaje de aluminiu................................ ................................ ..................... 88

M1.U6.6.4. Aliaje de cupru ................................ ................................ ......................... 88

M1.U6.6.5. Aliaje de nichel, titan şi cobalt ................................ ................................ . 88

M1.U6.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 89


Unitatea de învăţare M1.U7. Materiale electrotehnice şi materiale cu memoria

formei ................................ ................................ ................................ ................................ ...... 90

5

M1.U7.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ....... 90

M1.U7.2. Obiectivele unităţii de învăţare................................ ................................ ......... 90

M1.U7.3. Materiale electrotehnice ................................ ................................ ................... 91

M1.U7.3.1. Materiale pentru conductori electrici ................................ ........................ 91

M1.U7.3.2. Materiale pentru contacte electrice ................................ ........................... 92

M1.U7.3.3. Materiale cu rezistivitate electrică ridicată ................................ .............. 93

M1.U7.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 93


M1.U7.6. Materiale cu memoria formei ................................ ................................ ........... 95

M1.U7.6.1. Aspecte generale ................................ ................................ ....................... 95

M1.U7.6.2. Descrierea principalelor fenomene de memoria formei ........................... 95

M1.U7.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ ........... 99


M1.4. TEST DE AUTOEVALUARE ................................ ................................ ................... 99

Modulul 2. Alegerea materialelor ................................ ................................ .............. 101

M2.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ................ 101

M2.2. Obiectivele modului ................................ ................................ ................................ .. 101

M2.3. Competenţe conferite ................................ ................................ ............................... 101

Unitatea de învăţare M2.U8. Aspecte generale privind alegerea materialelor .............. 102

M2.U8.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ...... 102

M2.U8.2. Obiectivele unităţii de învăţare ................................ ................................ ....... 102

M2.U8.3. Aspecte generale privind alegerea materialelor................................ .............. 102

M2.U8.3.1. Criterii utilizate la alegerea raţională a materialelor ............................... 104

M2.U8.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ......... 115

M2.U8.5. TEST DE EVALUARE A CUNOŞTINŢELOR ................................ ........... 115

Unitatea de învăţare M2.U9. Influenţa materialului şi a tratamentului termic asupra

formei pieselor ................................ ................................ ................................ ...................... 116

M2.U9.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ..... 116


M2.U9.3. Influenţa materialului şi a tratamentului termic asupra formei piese lor......... 116

M2.U9.3.1. Dependenţa funcţionalitate - formă - solicitări ................................ ....... 116

M2.U9.3.2. Dependenţa proprietăţi – structură................................ .......................... 117

M2.U9.3.3. Dependenţa material-tehnologie de fabricaţie ................................ ........ 118

M2.U9.3.4. Criterii tehnico-economice ................................ ................................ ..... 120

M2.U9.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ......... 121


Unitatea de învăţare M2.U10. Alegerea semifabricatelor ................................ ................ 122

M2.U10.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ... 122

M2.U10.2. Obiectivele unităţii de învăţare ................................ ................................ ..... 122

M2.U10.3. Alegerea semifabricatelor ................................ ................................ ............ 122

M2.U10.3.1. Semifabricate turnate ................................ ................................ ............ 123

M2.U10.3.2. Semifabricate forjate şi matriţate la cald ................................ .............. 123

M2.U10.3.3. Semifabricate matriţate la rece ................................ ............................. 123

M2.U10.3.4. Semifabricate laminate ................................ ................................ ......... 123

M2.U10.3.5. Semifabricate sudate ................................ ................................ ............. 124

M2.U10.3.6. Alte semifabricate ................................ ................................ ................. 124

M2.U10.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ....... 125

M2.U10.5. TEST DE EVALUARE A CUNOŞTINŢELOR ................................ ......... 125

M2.4. TEST DE AUTOEVALUARE ................................ ................................ ................ 125

6

Modulul 3. Materiale şi tratamente pentru diverse produse ............................ 127 M3.1.Introducere ................................ ................................ ................................ ................. 127

M3.2.Obiectivele modului ................................ ................................ ................................ ... 127

M3.3.Competeţe conferite ................................ ................................ ................................ .. 127

Unitatea de învăţare M3.U11. Materiale şi tratamente pentru scule ............................. 128

M3.U11.1. Introducere ................................ ................................ ................................ .... 128


M3.U11.3. Materiale şi tratamente pentru scule ................................ ............................. 128

M3.U11.3.1. Scule pentru aşchiere ................................ ................................ ........... 129

M3.U11.3.2. Scule pentru deformare plastică la rece şi tăi ere ................................ .. 133

M3.U11.3.3. Scule pentru deformare plastică la cald ................................ ............... 134

M3.U11.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ....... 135


Unitatea de învăţare M3.U12. Materiale şi tratamente pentru lagăre şi

roţi dinţate ................................ ................................ ................................ .......................... 136

M3.U12.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ... 136


M3.U12.3. Materiale şi tratamente pentru lagăre ................................ .......................... 137

M3.U12.3.1. Lagăre cu rostogolire ................................ ................................ ............ 137

M3.U12.3.2. Lagăre cu alunecare ................................ ................................ ............. 140

M3.U12.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ....... 142


M3.U12.6. Materiale şi tratamente pentru roţi dinţate................................ .................... 144

M3.U12.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ ....... 149


Unitatea de învăţare M3.U13. Materiale şi tratamente pentru arcuri şi ghidaje .......... 151

M3.U13.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ... 151


M3.U13.3. Materiale şi tratamente pentru arcuri ................................ ............................ 152

M3.U13.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ....... 153


M3.U13.6. Materiale şi tratamente pentru ghidaje ................................ ......................... 154

M3.U13.6.1. Ghidaje cu alunecare ................................ ................................ ............. 154

M3.U13.6.2. Ghidaje cu rostogolire ................................ ................................ ........... 156

M3.U13.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ ....... 156


Unitatea de învăţare M3.U14. Materiale şi tratamente pen tru batiuri şi carcase,

arbori şi axe ................................ ................................ ................................ ......................... 157

M3.U14.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ... 157


M3.U14.3. Materiale şi tratamente pentru batiuri şi carcase ................................ .......... 158

M3.U14.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ....... 161


M3.U14.6. Materiale şi tratamente pentru arbori şi axe ................................ ................. 161

M3.U14.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ ....... 163


M3.4. TEST DE AUTOEVALUARE ................................ ................................ ................ 164

Bibliografie ................................ ................................ ................................ ......................... 166

7

Modulul 1. Materiale. Clasificare, proprietăţi, utilizare

Cuprins

M1.1. Introducere ................................ ................................ ................................ .................. 7

M1.2. Obiectivele modului ................................ ................................ ................................ .... 7

M1.3. Competenţe conferite ................................ ................................ ................................ . 7

M1.U.1. Materiale feroase ................................ ................................ ................................ .... 8

M1.U.2. Materiale neferoase ................................ ................................ .............................. 21

M1.U.3. Materiale sinterizate şi materiale compozite ................................ ........................ 31

M1.U.4. Materiale plastice şi adezivi ................................ ................................ ................. 49

M1.U.5. Materiale rezistente la uzare şi materiale rezistente la coroziune ....................... 60

M1.U.6. Materiale rezistente la temperaturi înalte şi materiale rezistente la

temperaturi joase ................................ ................................ ................................ .. 82

M1.U.7. Materiale electrotehnice şi materiale cu memoria formei ................................ .... 90

M1.4. TEST DE AUTOEVALUARE ................................ ................................ ................. 99

M1.1. Introducere

Exigenţele crescânde ale industriei impun elaborarea şi utilizarea unei game

extrem de diversă de materiale care să asigure fiabilitatea produselor în timpul

exploatării. În prezent, accentul este pus pe realizarea unor produse cu consumuri

specifice de materiale şi energie cât mai reduse, pe înlocuirea materialelor

scumpe sau deficitare, extinderea recuperării materialelor şi recondiţionarea

pieselor uzate.

M1.2. Obiectivele modului

Obiectivele modulului constau în prezentarea principalelor grupe de

materiale utilizate în mod curent în industrie, în general, şi în industria

constructoare de maşini, în special. Sunt prezentate, pentru început, o serie de

grupe de materiale caracterizate prin structură, compoziţie, proprietăţi,

comportare etc. specifice, după cum urmează: materiale feroase, materiale

neferoase, materiale sinterizate, materiale compozite, materiale plastice, adezivi.

Sunt prezentate, apoi, materiale caracterizate printr-o proprietate specifică care le

face să fie utilizate cu predilecţie într-un anumit domeniu şi anume: materiale

rezistente la uzare, materiale rezistente la coroziune, materiale rezistente la

temperaturi înalte, materiale rezistente la temperaturi joase, materiale

electrotehnice, materiale cu memoria formei. Pentru grupele de materiale de mai

sus sunt prezentate principalele clasificări, proprietăţi şi domenii de utilizare.

M1.3. Competenţe conferite

La sfârşitul acestui modul studenţii vor fi capabili să identifice principalele

grupe de materiale utilizate în industrie şi să descrie proprietăţile caracteristice şi

domenii de utilizare ale acestora.

8

Unitatea de învăţare M1.U1. Materiale Feroase

Cuprins

M1.U1.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ............ 8

M1.U1.2. Obiectivele unităţii de învăţare ................................ ................................ ............. 8

M1.U1.3. Oţeluri................................ ................................ ................................ .................... 9

M1.U1.3.1. Oţeluri carbon de uz general ................................ ................................ ........10

M1.U1.3.2. Oţeluri carbon cu calitate şi aliate ................................ .............................. 10

M1.U1.3.3. Oţeluri turnate în piese ................................ ................................ ............... 12

M1.U1.3.4. Oţeluri cu înaltă rezistenţă mecanică, sudabile ................................ .......... 14

M1.U1.3.5. Oţeluri pentru automate ................................ ................................ .............. 14

M1.U1.3.6. Oţeluri microaliate şi de înlocuire ................................ .............................. 15

M1.U1.4. Fonte ................................ ................................ ................................ ................... 16

M1.U1.4.1. Fonte albe ................................ ................................ ................................ ... 16

M1.U1.4.2. Fonte cenuşii cu grafit lamelar ................................ ................................ ... 17

M1.U1.4.3. Fonte modificate ................................ ................................ ......................... 17

M1.U1.4.4. Fonte maleabile ................................ ................................ ........................... 18

M1.U1.4.5. Fonte aliate ................................ ................................ ................................ . 18

M1.U1.5. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 19

M1.U1.6. TEST DE EVALUARE A CUNOŞTINŢELOR ................................ ............... 19

M1.U1.1. Introducere

Aliajele fierului sunt cele mai întrebuinţate materiale metalice, atât în

industrie, în general, cât şi în construcţia de maşini, în special. Aceasta se

datorează, între altele, şi preţului de cost relativ scăzut. Proprietăţile mecanice ale

materialelor feroase pot fi modificate în limite largi, în mai mare măsură decât în

cazul altor materiale. De asemenea, materialele feroase pot fi prelucrate aproape

prin toate metodele tehnologice cunoscute şi, în mare măsură, pot fi refolosite. In

funcţie de conţinutul de carbon se deosebesc două categorii mari de materiale

feroase: aliaje de Fe cu până la 1,5…2,11 % carbon - oţelurile şi până la 4,5…6,67

% carbon - fontele.

M1.U1.2. Obiectivele unităţii de învăţare

Această unitate de învăţare îşi propune ca obiectiv principal prezentarea

materialelor feroase, insistându-se pe proprietăţile şi simbolizarea acestora.

La sfârşitul acestei unităţi de învăţare studenţii vor fi capabili să:

clasifice materialele feroase după anumite criterii şi să explice principiul care

stă la baza simbolizării acestora;

identifice principalele proprietăţi ale materialelor feroase şi să descrie influenţa

elementelor de aliere asupra acestora;

prezinte domeniile de utilizare ale materialelor feroase.

Durata de parcurgere a primei unităţi de învăţare este de 2 ore.

9

M1.U1.3. Oţeluri

Datorită multitudinilor proprietăţilor care se cer în diferite ramuri industriale, gama

calităţilor de oţeluri a ajuns să fie foarte largă, cuprinzând un foarte mare număr de mărci.

Clasificarea este necesară, atât pentru clarificarea proprietăţilor şi destinaţiilor diferitelor

categorii de oţeluri, cât şi pentru a înţelege principiul care stă la baza simbolizării mărcilor de

oţeluri. În funcţie de scopul urmărit, mărcile de oţel pot fi clasificate după criterii diferite,

cum sunt: compoziţia chimică, domeniul de utilizare, structura etc.

Clasificarea oţelurilor în funcţie de compoziţia lor chimică poate fi făcută astfel:

oţeluri nealiate sau oţeluri carbon: - cu destinaţie generală;

cu destinaţie precizată (pt. arcuri, pt. automate etc.);

oţeluri aliate: - slab aliate;

- mediu aliate - cu destinaţie generală;

- cu destinaţie precizată;

- înalt aliate.

Clasificarea în funcţie de domeniul de utilizare poate fi făcută în modul următor:

oţeluri pentru construcţia de maşini: - de cementare (conţin până la 0,25 % C);

- de îmbunătăţire (conţin 0,25…0,65 % C);

oţeluri de scule (conţin 0,65…1,5 % C).

Clasificarea în funcţie de structură poate fi făcută după cum urmează:

oţeluri hipoeutectoide (0…0,77 % C);

oţeluri eutectoide (0,77 % C);

oţeluri hipereutectoide (peste 0,77% C).

În general, proprietăţile oţelurilor sunt influenţate de conţinutul de carbon, deci de

variaţia cantitativă a constituenţilor lor structurali. Caracteristicile lor de rezistenţă mecanică

cresc, iar cele de plasticitate scad cu creşterea conţinutului de carbon (figura M1.U1.1.).

Fig. M1.U1.1. Influenţa conţinutului de carbon asupra proprietăţilor mecanice

ale oţelurilor în stare normalizată

10

M1.U1.3.1. Oţeluri carbon de uz general

Acestea sunt oţeluri cu conţinut de carbon până la 0,6 %, nealiate sau slab aliate cu Mn

(OL 44) sau cu Mn, Si şi V (OL 52), disponibile sub formă de semifabricate deformate plastic

la cald (laminate, forjate etc.). Ele sunt utilizabile în mod curent netratate termic (eventual

normalizate), pentru piese solicitate static la temperaturi cuprinse între –400C şi +300

0C.

Oţelurile carbon de uz general au largă utilizare fiind ieftine dar şi pentru că, în general, nu

mai necesită deformare plastică la cald, au bună deformabilitate la rece şi o bună sudabilitate.

După garanţiile date la livrare se disting patru clase de calitate:

clasa 1 - cu garanţii privind compoziţia chimică, caracteristicile mecanice la tracţiune şi

îndoirea la rece;

clasa 2 - cu garanţii suplimentare privind rezilienţa (KCU) la 200C;

clasa 3 - cu garanţii suplimentare privind energia la rupere (KV) la 00C;

clasa 4 - cu garanţii suplimentare privind energia la rupere la –200C.

Se simbolizează cu grupul de litere OL (oţel laminat) urmat de un grup de cifre

care indică rezistenţa la rupere Rm (daN/mm2).

M1.U1.3.2. Oţeluri carbon cu calitate şi aliate

Primele sunt oţeluri nealitate cu compoziţie şi proprietăţi mecanice garantate (STAS

880-80) utilizate - tratate termic sau termochimic - pentru piese mai puternic solicitate

mecanic.

În funcţie de caracteristicile prescrise pot fi: - oţeluri de calitate propriu-zise;

- oţeluri de calitate superioare.

În funcţie de tratamentul termic pot fi: - oţeluri pentru cementare;

- oţeluri pentru îmbunătăţire.

Oţelurile carbon de calitate se simbolizează cu grupul de litere OLC (oţel laminat

de calitate), urmat de un grup de cifre care indică conţinutul mediu de carbon exprimat

în sutimi de procent.

Oţelul carbon de calitate OLC 45 are un conţinut mediu de carbon de:

a) 45 % c) 0,45 %

b) 4,5 %

Oţelurile aliate se simbolizează prin litere şi cifre, după cum urmează: primul

grup de cifre indică conţinutul în carbon în sutimi de procent, urmează simbolurile

elementelor de aliere; cifrele care urmează după fiecare element indică concentraţia

acestuia în zecimi de procent iar dacă nu urmează cifre concentraţia acestuia este

aproximativ 1 %. Elementul principal de aliere, care se găseşte în cantitatea ce a mai

mare, se trece ultimul în şirul acestor simboluri.

M1.U1.3.2.1. Oţeluri pentru cementare

Cementarea conduce la obţinerea unor suprafeţe dure, rezistente la uzare şi chiar la

oboseală. Cel mai convenabil şi ieftin tratament termic ulterior este călirea direct de la

temperatura de carburare (în săruri sau gaze carburante). În cele mai multe cazuri însă, piesele

se răcesc lent de la temperatura normală de carburare până la cea normală, în structură

rezultând grăunţi fini. Apoi se face o călire, simplă sau dublă, urmată de revenire joasă, pentru

detensionare.

11

Exemple

În construcţia de maşini se utilizează OLC 10 pentru clicheţi, furci, pene de

ghidare, role pentru lanţuri; OLC 15 pentru şuruburi de mişcare, piuliţe, pârghii,

pene de ghidare; 15Cr08 pentru arbori cu came, bucşe, roţi dinţate, melci;

13CrNi30 sau 16CrMn12 pentru roţi dinţate, arbori, pene.

1. În funcţie de simbolizare, se vor determina care sunt elementele de aliere din

oţelurile următoare (calitativ şi cantitativ): 15Cr08; 13CrNi30; 50VCr11;

35MnSi12; 35Mn16; 40BCr10.

2. Se vor determina, pentru aceste oţeluri, principalele caracteristici datorate

elementelor de aliere (caracteristici mecanice şi caracteristici tehnologice).

3. Oţelul aliat 13CrNi30 are un conţinut mediu de carbon de:

a) 13 % c) 30 %

b) 0,13 %

M1.U1.3.2.2. Oţeluri pentru îmbunătăţire

În vederea obţinerii concomitente a unor rezistenţe şi tenacităţi ridicate, aceste oţeluri

sunt supuse unei căliri urmată de o revenire înaltă (îmbunătăţire).

În funcţie de compoziţia lor chimică, oţelurile de îmbunătăţire sunt pot fi de cinci

tipuri: nealiate (OLC 25, OLC 35, OLC 45, OLC 55, OLC 60); aliate cu Mn; aliate cu Cr;

aliate cu Cr - Mo; aliate cu Ni-Cr-Mo.

La oţelurile nealiate, rezistenţa după îmbunătăţire creşte odată cu conţinutul de carbon.

Prezenţa manganului îmbunătăţeşte şi mai mult călibilitatea, ridicând şi stabilitatea după

revenire. Nichelul măreşte tenacitatea oţelurilor. Până la C < 0,3 % aceste oţeluri se sudează

bine, dar condiţionat, necesitând preîncălzire şi recoacere după sudarea prin topire.

Aşchiabilitatea cea mai favorabilă o au cele nealiate până la 0,45 % C precum şi cele de tipul

35Mn16. Pentru toate celelalte este recomandabilă o recoacere prealabilă de înmuiere.

În industrie, în funcţie de tratamentul termic pot fi: - oţeluri pentru cementare;

- oţeluri pentru îmbunătăţire.

-

Exemple

O grupă aparte a oţelurilor pentru îmbunătăţire o formează cele pentru nitrurare,

care conţin elemente de aliere ca Al, Cr, Mo şi V. Ele sunt aşchiabile atât după

recoacerea de înmuiere, cât şi în stare îmbunătăţită. Din aceste oţeluri se execută,

de exemplu, arborii principali ai maşinilor-unelte. O altă grupă aparte a oţelurilor

pentru îmbunătăţire o constituie cele pentru piese mari (cu dimensiuni peste 100

mm) forjate. Ele sunt elaborate îngrijit (dezoxidate în vid), lipsite de hidrogen şi

incluziuni nemetalice.

În tabelul M1.U1.1. se prezintă caracteristicile mecanice ale oţelurilor carbon de

calitate şi aliate folosite în construcţia de maşini.

12

Tabelul M1.U1.1. Caracteristici mecanice ale oţelurilor carbon de calitate şi aliate

folosite în construcţia de maşini

Caracteristici mecanice Nr.

de

ord

Marca de

oţel

Stare

material /

epruvetă

[mm]

Limita de

curgere

[N/mm2]

Rezist. la

rupere

[N/mm2]

Alung.

A5

[%]

Rezilienţa

KCU/2

[J/cm2]

a) Oţeluri carbon de calitate (STAS 880-80)

1. OL 10 Cr / 30 290 490…640 16 89

2. OL 15 Cr / 30 350 590…780 14 78

3. OL 20 Cr / 16 310 490…630 20 -

4. OL 25 Cr / 16 360 540…690 19 108

5. OL 35 Cr / 16 420 620…760 17 70

6. OL 45 Cr / 16 480 690…840 14 60

7. OL 55 Cr / 16 540 780…930 12 -

8. OL 60 Cr / 16 570 830…980 11 -

b) Oţeluri aliate (STAS 791-80)

9. 15Cr08 Cr/ 30 410 690…880 11 78

10. 18MnCr10 Cr/ 30 540 790…1080 10 69

11. 21MoMnCr12 Cr/ 30 740 980…1270 10 59

12. 18MoCrNi13 Cr/ 30 690 930…1220 9 78

13. 13CrNi30 Cr/ 30 640 880…1170 10 78

14. 20MoNi35 Cr/ 30 690 930…1220 11 78

15. 21TiMnCr12 Cr/ 30 78 1030…1320 9 69

16. 28TiMnCr12 Cr/ 30 980 1230…1320 8 59

17. 35Mn16 CR/ 16 510 740…930 12 59

18. 40Cr10 CR/ 16 790 980…1180 10 39

19. 40BCr10 CR/ 16 740 880…1080 11 69

20. 33MoCr11 CR/ 16 780 980…1180 12 69

21. 41MoCr11 CR/ 16 880 1080…1270 10 59

22. 50VCr11 CR/ 16 880 1080…1270 9 59

23. 34MnCrNi15 CR/ 16 980 1180…1370 9 59

24. 30MoCrNi20 CR/ 16 1030 1230…1420 9 59

25. 38MoCrA109 CR/ 16 790 980…1180 10 59

26. 41CrNi12 CR/ 16 830 980…1180 11 69

27. 35MnSi12 CR/ 16 740 930…1130 14 39

Notaţii: Cr - călit şi revenit la temperatură joasă, CR- călit şi revenit la temperatură înaltă

M1.U1.3.3. Oţeluri turnate în piese

Din punct de vedere tehnologic şi economic este mai avantajos ca piesele cu

configuraţie complicată cărora li se cer rezistenţă şi tenacitate să fie executate nu prin forjare

sau sudare, ci prin turnare din oţeluri adecvate. În pofida proprietăţilor în general scăzute de

turnare şi a sensibilităţii pronunţate la răcire, actualmente, destul de numeroase oţeluri

nealiate (OT 40…OT 70, STAS 600-82) sau aliate (T20Mn14, T35MoCrNi08 etc., STAS

13

1773-82) se elaborează şi se utilizează pentru obţinerea pieselor turnate. Datorită granulaţiei

mai grosolane şi prezenţei defectelor de turnare, oţelurile turnate, comparativ cu cele laminate

au rezistenţa, plasticitatea şi tenacitatea inferioare celor în direcţia laminării şi uşor superioare

celor perpendiculare pe direcţia laminării. Rezistenţele la oboseală, la temperaturi înalte şi la

uzare sunt, de asemenea, sensibil inferioare celor ale oţelurilor laminate.

Exemple

Domeniile de utilizare ale oţelurilor turnate în piese sunt: roţi pentru cabluri şi

lanţuri, roţi dinţate, carcase, corpuri de pompe, arbori cotiţi, flanşe etc.

Se simbolizează cu grupul de litere OT (oţel turnat) urmat de un grup de cifre

care indică rezistenţa minimă la rupere Rm (N/mm2).

În tabelul M1.U1.2. se prezintă caracteristicile mecanice ale oţelului carbon turnat în

piese, după tratamentul termic de normalizare.

Oţelurile pentru turnătorie se utilizează pentru producerea unor piese:

a) cu greutate redusă c) cu formă complexă

b) cu rezistenţă mecanică ridicată

Tabelul M1.U1.2. Caracteristici mecanice ale oţelurilor carbon turnate în piese

Grupa Marca

oţelului

Rezistenţa

la rupere

la tracţiune

Rm

[N/mm2]

Limita de

curgere

Rp o,2,

[N/mm2]

Alungirea

la rupere

A5

[%]

Rezilienţa

KCU

[J/cm2]

Duritatea

Brinell

HB (inf.)

OT 400 390 - 20 - 110

OT 450 440 - 18 - 124

OT 500 490 - 15 - 138

OT 550 540 - 12 - 153

OT 600 590 - 10 - 169

1

OT 700 690 - 6 - 179

OT 400 390 200 25 - 110

OT 450 440 240 22 - 124

OT 500 490 270 18 - 138

OT 550 540 310 15 - 153

OT 600 590 340 12 - 169

2

OT 700 690 410 10 - 179

OT 400 390 200 25 50 110

OT 450 440 240 22 40 124

OT 500 490 270 18 35 138

OT 550 540 310 15 30 153

3

OT 600 590 340 12 25 169

14

M1.U1.3.4. Oţeluri cu înaltă rezistenţă mecanică, sudabile

Acestea sunt oţeluri slab aliate cu Mn, Si, Mo, Cr, Ni (max.2 % fiecare şi sub 5 % în

total) cu structură austenică fină şi rezistenţa la rupere ridicată (Rm = 60…220 daN/ mm2).

Ele sunt de două tipuri:

oţeluri "non QT" (laminate la cald sau normalizate) a căror rezistenţă ridicată se

datorează elementelor de aliere; ele se pot deforma la cald şi suda bine, fără pericol de

fisurare;

oţeluri "QT" a căror rezistenţă foarte ridicată se datorează atât elementelor de aliere

cât şi unui tratament termic de îmbunătăţire, necesar în urma scăderii proprietăţilor mecanice

după deformarea la cald sau sudare.

Pe de altă parte, aceste oţeluri se împart frecvent în trei grupe:

I - cu rezistenţă ridicată: Rm > 50 daN/ mm2 şi Rp > 31 daN/ mm

2;

II - suprarezistente: Rm = 70…90 daN/ mm2 şi Rp = 60…80 daN/ mm

2;

III - ultrarezistente: Rm = 140…200 daN/ mm2 şi Rp = 120…180 daN/ mm

2.

Din această categorie fac parte oţeluri ca: OL 52.3, OCS 52…OCS58, 15Cr08, R 58,

20Mn10, OLT 65.

Exemple

Oţelurile cu înaltă rezistenţă îşi găsesc o utilizare din ce în ce mai largă în

construcţii aeronavale şi spaţiale, dar sunt utilizate şi în industrie pentru piese

puternic solicitate sau expuse la presiuni mari: arbori de antrenare a rotorului

principal, rezervoarele cilindrilor sub presiune, elemente ale cutiilor de viteze,

angrenaje, pistoanele preselor pentru extrudat aliaje neferoase etc.

M1.U1.3.5. Oţeluri pentru automate

Întrucât prelucrarea prin aşchiere pe maşini-unelte automate este caracteristică pieselor

mici, de serie foarte mare, în acest scop se utilizează preponderent oţeluri nealiate, de

cementare sau îmbunătăţire cu 0,10…0,45 % C care conţin - în vederea obţinerii unei aşchieri

mai uşoare cu viteze mari - şi S (0,1…0,3 %) şi P (0,04…0,15 %). Sulful formează cu Mn

incluziuni de sulfuri, care întrerup continuitatea masei metalice, asigurând formarea unor

aşchii fărâmicioase, scurte.

Prezenţa fosforului are efecte de fragilizare, mărind caracterul casant al aşchiilor şi

conduce, de asemenea, la obţinerea unor suprafeţe netede, de calitate superioară. De

asemenea, se utilizează oţeluri pentru automate aliate şi cu alte elemente, spre exemplu cu

0,15…0,30 % Pb care are şi un efect lubrifiant, mărind durabilitatea sculelor aşchietoare de

până la patru ori. Rezultate şi mai bune se obţin la aşchierea oţelurilor cu adaosuri de Te, Se,

Bi sau Pb-Te, care permit mărirea vitezei de aşchiere cu peste 40 %. Oţelurile pentru automate

pot fi supuse aceloraşi tratamente termice ca şi oţelurile cu compoziţii chimice similare, dar

cu conţinuturi scăzute în S şi P.

Se simbolizează cu grupul de litere AUT urmat de un grup de cifre care indică

conţinutul mediu de carbon exprimat în sutimi de procent.

În tabelul M1.U1.3. se prezintă caracteristicile mecanice ale oţelurilor pentru automate

(STAS 1350-80).

15

Oţelul pentru automate AUT 12 se caracterizează prin:

a) aşchiabilitate ridicată c) turnabilitate ridicată

b) sudabilitate ridicată

Tabelul M1.U1.3. Caracteristici mecanice ale oţelurilor pentru automate

Caracteristici mecanice Duritatea

Brinell

HB

Marca

de oţel

Starea

materialului Limita de

curgere

[N/mm2]

Rezistenţa

la rupere

[N/mm2]

Alungirea

A

[%] N R

AUT 12 L 220 410…560 22 - 160

AUT 20 L 250 450…600 20 - 168

AUT 30 L - 510…660 15 - 183

AUT 40M L - 590…740 14 - 207

Notaţii: L - laminat la cald; N - normalizat; R – revenit

M1.U1.3.6. Oţeluri microaliate şi de înlocuire

Aceste materiale sunt oţeluri microaliate cu anumite elemente în proporţii foarte mici

(sutimi sau miimi de %) care micşorează granulaţia şi îmbunătăţesc călibilitatea. Astfel,

oţelurile microaliate cu V (0,01…0,03%), călite şi revenite înalt, au duritatea, rezistenţa la

rupere Rm şi rezistenţa la curgere Rp mult superioare aceloraşi oţeluri fără V. Prezenţa unui

adaos de 0,001% B (în 40BCr10) conferă aceeaşi călibilitate ca şi 1,3 % Ni + 3,1% Cr +

0,04% Mo, economisindu-se astfel elemente de aliere scumpe, deficitare şi îmbunătăţindu-se

concomitent proprietăţile mecanice. Alierea cu mai multe elemente în proporţii mici

influenţează proprietăţile oţelurilor într-o măsură mai mare decât alierea cu un singur element

în cantităţi mari.

Să ne reamintim...

În general, proprietăţile oţelurilor sunt influenţate de conţinutul de carbon:

caracteristicile lor de rezistenţă mecanică cresc, iar cele de plasticitate scad

cu creşterea conţinutului de carbon.

Oţelurile carbon de uz general sunt oţeluri cu conţinut de carbon până la

0,6%, nealiate, disponibile sub formă de semifabricate deformate plastic la

cald (laminate, forjate etc.), utilizabile în mod curent netratate termic.

Oţelurile carbon cu calitate sunt oţeluri nealitate cu compoziţie şi proprietăţi

mecanice garantate (STAS 880-80) utilizate - tratate termic sau termochimic

- pentru piese mai puternic solicitate mecanic.

Oţelurile aliate, datorită elementelor de aliere din compoziţia lor, sunt mai

scumpe dar au proprietăţi, mai ales mecanice, mai ridicate.

Din punct de vedere tehnologic şi economic este mai avantajos ca piesele cu

configuraţie complicată cărora li se cer rezistenţă şi tenacitate să fie

executate nu prin forjare sau sudare, ci prin turnare din o ţeluri adecvate.

16

M1.U1.4. Fonte

Fontele sunt aliaje fier - carbon al căror conţinut de carbon, depăşind 1,7 %, este

frecvent cuprins între 2,2…3,8 % şi care mai conţin elemente însoţitoare (Si, Mn, P, S) şi

elemente de aliere. Aceste aliaje au, în general, foarte slabe proprietăţi plastice (forjabilitatea)

şi sudabilitate redusă, rezistenţa mecanică mai mică decât a oţelurilor, dar turnabilitate bună

(temperatură de topire mai scăzută, fluiditate mare, interval de solidificare şi implicit tendinţă

de segregare reduse, contracţie mică la solidificare - până la max.2 %), precum şi capacitate

de amortizare a vibraţiilor.

Clasificarea fontelor se poate face după sistemul de cristalizare, în modul următor:

fonte albe;

fonte cenuşii (de turnătorie).

Clasificarea fontelor de turnătorie se poate face după cum urmează:

după conţinutul în carbon echivalent CE, care se determină cu relaţia:

CE = Ctot +1/3 (Si + P) + 0,4 S (M1.U1.1.)

- fonte hipoeutectice: CE < 4,26 %;

- fonte eutectice: CE = 4,26 %;

- fonte hipereutectice: CE > 4,26 %.

după forma grafitului:

- fonte cu grafit lamelar;

- fonte cu grafit nodular (fonte modificate);

- fonte cu grafit în cuiburi (fonte maleabile).

după modul de aliere:

- fonte nealiate (conţin Fe şi C, dar şi Si, Mn, P, S, în cantităţi mici);

- fonte aliate (conţin şi Cr, Ni, Cu, Al, Mo etc .):

- slab aliate (suma elementelor de aliere sub 4 %);

- mediu aliate (suma elementelor de aliere 4…10 %);

- bogat aliate (suma elementelor de aliere peste 10 %).

M1.U1.4.1. Fonte albe

Datorită durităţii foarte ridicate a cementitei (750 HB) şi ledeburitei (700 HB), fontele

albe sunt aliaje foarte dure, dar şi foarte fragile. Ca urmare a acestor proprietăţi, precum şi a

dificultăţilor de prelucrare care rezultă, fontele albe au o utilizare limitată în industrie.

Exemple

Un domeniu de utilizare a fontei albe în industrie îl prezintă piesele turnate,

supuse ulterior operaţiei de maleabilizare, prin care se obţin în final piese din

fontă maleabilă. Un alt exemplu de utilizare îl constituie folosirea fontelor albe

perlitice pentru executarea corpurilor de măcinare din morile de ciment.

O utilizare ceva mai largă o au aşa numitele fonte cu crustă dură. În aceste fonte,

datorită vitezelor de răcire diferite în miez şi la suprafaţă, se obţin structuri diferite. În miez se

obţine structură de fontă cenuşie, iar la suprafaţă se obţine un strat de 12…30 mm cu structură

de fontă albă.

Din fontă cu crustă dură se toarnă piese care lucrează în condiţii de frecare foarte

intensă cum sunt: cilindrii de laminor pentru siderurgie, calandrii pentru industria chimică şi a

17

hârtiei, tăvălugii pentru mori, rolele pentru industria siderurgică, roţile de vagoane, axele cu

came pentru motoare cu ardere internă etc.

M1.U1.4.2. Fonte cenuşii cu grafit lamelar

Aceste fonte conţin între 2,8 % şi 3,6 % C, precum şi Si, Mn, P, S. Prezenţa unor

conţinuturi mai mici de Ctotal conferă fontelor cenuşii proprietăţi mecanice mai bune (figura

M1.U1.2). Dintre elementele însoţitoare, prezenţa unor cantităţi mai mari de Si micşorează

proprietăţile mecanice ale acestor aliaje (figura M1.U1.3).

Fonta cenuşie feritică, având o masă metalică feritică moale şi plastică, va prezenta o

rezistenţă mai redusă (Rm = 120 N/ mm2). Fonta cenuşie feritico-perlitică, având în structură

alături de ferită şi constituentul mai dur şi mai rezistent, perlita, va poseda o rezistenţă şi o

duritate ceva mai ridicate (Rm =120…180 N/mm2). Fonta cenuşie perlitică se remarcă printr-

o rezistenţă şi mai bună (Rm = 240 N/ mm2). Fonta cenuşie perlito-cementitică posedă o

duritate şi mai ridicată şi în special o rezistenţă la uzare superioară. Fontele cenuşii au cea

mai bună capacitate de amortizare a vibraţiilor.

Fig. M1.U1.2. Influenţa conţinutului de Fig. M1.U1.3. Influenţa conţinutului de

carbon asupra proprietăţilor mecanice siliciu asupra proprietăţilor mecanice

Simbolizarea fontelor cenuşii se face cu grupul de litere Fc (fontă cenuşie) urmat

de un grup de cifre care indică rezistenţa minimă la rupere prin tracţiune Rm (N/mm2).

M1.U1.4.3. Fonte modificate

Fontele de calitate superioară sunt obţinute prin modificare - introducerea unei cantităţi

mici de substanţe (modificatori), care formând particule insolubile în topitură, servesc ca

centre de cristalizare, conducând la formarea unui grafit fin, unifo rm dispersat.

În funcţie de forma şi distribuţia grafitului în masa de bază, fontele modificate pot fi:

cu grafit lamelar rotunjit;

cu grafit vermicular;

cu grafit nodular.

Fontele cu grafit nodular au proprietăţi superioare tuturor fontelor, fiind similare cu

cele ale oţelurilor. Modulul de elasticitate este ridicat (16.500 - 18.500 daN/mm2),

aşchiabilitatea este foarte bună, recomandându-se pentru piese care reclamă rezistenţă

(îndeosebi la solicitări dinamice) şi plasticitate mai ridicate decât cele ale fontelor cu grafit

lamelar.

Simbolizarea fontelor cu grafit nodular se face cu grupul de litere Fgn (fontă cu

grafit nodular) urmat de un grup de cifre care indică rezistenţa minimă la rupere prin

18

tracţiune Rm (N/mm2).

M1.U1.4.4. Fonte maleabile

Acestea sunt fonte superioare, obţinute prin grafitizarea celor albe turnate în piese,

printr-un tratament termic caracteristic – recoacere de maleabilizare. Forma mai convenabilă

a grafitului (grafit în cuiburi), obţinută în fontele maleabile, face ca acestea să posede

caracteristici mecanice superioare fontelor cenuşii.

Simbolizarea fontelor maleabile se face astfel: F – fontă; m – maleabilă; a – albă; n –

neagră; p – perlitică, iar cifrele adăugate simbolului reprezintă rezistenţa la rupere prin

tracţiune, exprimată în [N/mm2].

În funcţie de modul cum se realizează răcirea în timpul maleabilizării se pot obţine

structuri diferite ale masei metalice de bază, astfel încât fontele maleabile pot fi:

fonte maleabile albe;

fonte maleabile negre;

fonte maleabile perlitice.

Aşchiabilitatea fontelor maleabile albe este similară celei a oţelurilor turnate, iar a

celor maleabile negre, mai bună. Sudabilitatea fontelor maleabile albe cu grosimi g 6 mm

este corespunzătoare, dar cele negre se sudează dificil. Datorită proprietăţilor superioare şi a

preţului de cost inferior, fontele maleabile negre sunt mai des utilizate în industrie decât cele

albe. Utilizarea fontelor maleabile este îngrădită de grosimea limitată a pereţilor pieselor

(max.25…30 mm), iar a celor negre, parţial şi de duritatea redusă care împiedică folosirea lor

pentru piese rezistente la uzare. În general, ele se recomandă pentru confecţionarea pieselor

turnate mici, în forme complicate, cu pereţi subţiri, cu bună rezistenţă, oarecare tenacitate şi

rezistenţă la şocuri.

În simbolul fontei maleabile Fma 400, numărul 400 reprezintă:

a) duritatea c) limita de curgere

b) rezistenţa la rupere prin

tracţiune

M1.U1.4.5. Fonte aliate

Acestea sunt fonte cenuşii, albe sau maleabile care datorită prezenţei unor elemente de

aliere ca: peste 0,3 % Ni, Cr, Cu sau W, peste 0,1 % Mo, V sau Ti, mai mult de 2 % Mn şi 4

% Si, posedă caracteristici mecanice îmbunătăţite, inclusiv rezistenţă la uzare şi la temperaturi

înalte (fontele slab şi mediu aliate) sau rezistenţă ridicată la coroziune (fontele bogat aliate).

În funcţie de structură şi de proprietăţi, fontele slab şi mediu aliate (pentru utilizări

diverse şi nu speciale) se împart în:

fonte cenuşii perlitice, cu Ni, Cr, Cu, Mo, V etc. în diferite combinaţii (Ni-V-Mo, Mo-

Cr, Cu-Cr-V); cele conţinând Ni, Cr, Mo, Cu, au Rm = 35…40 daN/mm2 şi rezistenţă bună la

uzare şi oxidare; sunt utilizate pentru principalele piese turnate ale motoarelor cu ardere

internă şi compresoarelor;

fonte cenuşii aciculare (bainito-martensitice), cu Ni şi Mo sau Ni şi W, prin a căror

dozare în funcţie şi de viteza de răcire, se pot obţine direct din turnare - eventual prin

tratamente termice ulterioare - structuri cu separări fine de grafit lamelar sau nodular şi

implicit proprietăţi ridicate (Rm = 40…70 daN/mm2, HB = 300…400, A = 0,5…0,85 %).

19

Să ne reamintim...

Fontele au, în general, foarte slabe proprietăţi plastice (forjabilitatea) şi

sudabilitate redusă, rezistenţa mecanică mai mică decât a oţelurilor, dar

turnabilitate bună (temperatura de topire mai scăzută, fluiditate mare, interval de

solidificare şi implicit tendinţă de segregare reduse, contracţie mică la

solidificare până la max.2%), precum şi capacitate de amortizare a vibraţiilor.

Prezenţa cromului într-o fontă aliată determină:

a) îmbunătăţirea aşchiabilităţii c) îmbunătăţirea rezistenţei

la coroziune

b) înrăutăţirea comportării la

temperaturi ridicate

M1.U1.6. Rezumat

Gama calităţilor de oţeluri a ajuns să fie foarte largă, cuprinzând un foarte

mare număr de mărci.

Mărcile de oţel pot fi clasificate după criterii diferite, cum sunt: compoziţia

chimică, domeniul de utilizare, structura etc.

În general, proprietăţile oţelurilor sunt influenţate de conţinutul de carbon,

deci de variaţia cantitativă a constituenţilor lor structurali.

Principalele proprietăţi sunt: rezistenţă mecanică şi duritate ridicate, rezilienţă

mare, limită de curgere cu valori acceptabile, prelucrabilitate bună prin

aşchiere, deformare plastică etc.,

În funcţie de tratamentul termic pot fi: oţeluri pentru cementare, respectiv

oţeluri pentru îmbunătăţire.

Fontele sunt aliaje fier - carbon al căror conţinut de carbon, depăşind 1,7 %,

este frecvent cuprins între 2,2…3,8 % şi care mai conţin elemente însoţitoare

(Si, Mn, P, S) şi elemente de aliere.

Ele au, în general, foarte slabe proprietăţi plastice, rezistenţa mecanică mai

mică decât a oţelurilor, dar turnabilitate bună, precum şi capacitate de

amortizare a vibraţiilor.

Dintre fontele nealiate, cele cu grafit nodular au proprietăţi superioare tuturor

fontelor, fiind similare cu cele ale oţelurilor.

M1.U1.6. TEST DE EVALUARE A CUNOŞTINŢELOR

1. Principalul element de aliere al materialelor feroase este:

a) siliciul c) oxigenul

b) carbonul

20

2. Oţelurile de cementare conţin:

a) peste 0,5 % C c) sub 0,25 % C

b) între 0,8 şi 1,2 % C

3. Oţelurile pentru îmbunătăţire conţin:

a) peste 0,25 % C c) între 0,1 şi 0,3 % C

b) peste 1,8 % C

4. La oţeluri, odată cu creşterea conţinutului în carbon, valorile caracteristicilor

mecanice se modifică astfel:

a) se micşorează c) se măresc

b) rămân constante

5. Oţelurile carbon de uz general sunt:

a) aliate cu crom c) aliate cu mangan

b) nealiate

6. Fontele albe sunt utilizate:

a) frecvent c) rar

b) foarte frecvent

7. Fontele modificate conţin grafit sub formă:

a) lamelară c) în cuiburi

b) nodulară

8. Costul cel mai ridicat îl au fontele:

a) modificate c) cenuşii

b) maleabile

21

Unitatea de învăţare M1.U2. Materiale neferoase

Cuprins

M1.U2.1. Introducere ................................ ................................ ................................ .......... 21


M1.U2.3. Metale şi aliaje uşoare ................................ ................................ ......................... 22

M1.U2.3.1. Aluminiu şi aliaje de aluminiu ................................ ................................ .....22

M1.U2.3.2. Aliaje de magneziu ................................ ................................ ..................... 24

M1.U2.4. Cupru şi aliaje de cupru ................................ ................................ ....................... 25

M1.U2.4.1. Alame ................................ ................................ ................................ .......... 25

M1.U2.4.2. Bronzuri ................................ ................................ ................................ ...... 26

M1.U2.5. Zinc şi aliajele de zinc ................................ ................................ ........................ 29

M1.U2.6. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 29



Materialele neferoase, alături de cele feroase, sunt utilizate într-o proporţie

mare în industrie, datorită proprietăţilor specifice pe care acestea le oferă.

Materialele neferoase cele mai utilizate în industrie pot fi clasificate astfel:

metale şi aliaje uşoare (aluminiu şi aliajele sale, magneziu şi aliajele sale);

cupru şi aliajele sale;

zinc şi aliajele sale.


În această unitate de învăţare sunt prezentate grupele de materiale neferoase

mai des întâlnite, insistându-se asupra principalelor proprietăţi care le

caracterizează.


identifice materialele neferoase cele mai utilizate în industria constructoare de

maşini;

clasifice aceste materiale după anumite criterii şi să prezinte principalele

proprietăţi ale acestora;

prezinte influenţa compoziţiei chimice, a modului de prelucrare şi a

tratamentelor termice asupra proprietăţilor materialelor neferoase.

Durata de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 2 ore.

Materialele neferoase cele mai utilizate în industria constructoare de maşini pot fi

clasificate astfel:

metale şi aliaje uşoare;

cupru şi aliaje de cupru;

zinc şi aliaje de zinc.

22

M1.U2.3. Metale şi aliaje uşoare

M1.U2.3.1. Aluminiu şi aliaje de aluminiu

Aluminiul, datorită proprietăţilor sale - îndeosebi tehnologice (plasticitate la cald şi la

rece, turnabilitate) - precum şi mai ales raportului favorabil dintre caracteristicile mecanice

(susceptibile la îmbunătăţiri substanţiale prin tratamente mecanice sau termice) şi greutatea

specifică mică ( = 2,7 g/cm3), are - în special sub formă de aliaje - o largă întrebuinţare în

industrie. Se utilizează cu precădere pentru piese în mişcare rapidă, reclamând inerţie mică,

diferite carcase, recipienţi pentru depozitat şi transportat etc. Conductivitatea termică relativ

ridicată a aluminiului (0,52cal/cmsoC) îi conferă utilizabilitate pentru piese cărora li se cere o

viteză maximă de transport de căldură (pistoane de motor, schimbătoare de căldură etc.).

Conductivitatea electrică ridicată (37m/mm2, cca. 62 % din cea a cuprului raportând la

volum şi 190 % raportând la greutate), asigură utilizarea aluminiului şi în industria

electrotehnică.

Proprietăţile mecanice ale aluminiului tehnic primar, conţinând 98…99,8% Al,

destinat a fi prelucrat prin turnare şi deformare plastică la cald sau la rece, sunt prezentate în

tabelul M1.U2.1.

Tabelul M1.U2.1. Proprietăţi ale aluminiului primar

Starea materialului

Deformat la rece Proprietăţi

mecanice Turnat Laminat Nerecopt Recopt

Rm, [daN/mm2] 9…12 7…9 15…25 8…11

Rpo,2, [daN/mm2] - - 12…24 5…8

A, [%] 25…18 35…25 7…3 40…32

HB 24…32 24…15 40…55 15…25

Proprietăţile sunt substanţial influenţate de cantitatea impurităţilor (în special Fe şi Si,

care măresc fragilitatea) şi de starea structurală. Tratamentele mecanice, respectiv ecruisarea

până la o anumită limită, dublează rezistenţa mecanică Rm, limita de elasticitatea şi duritatea,

dar provoacă o fragilitate inacceptabilă.

Aluminiul este rezistent la coroziune în aer, apă dulce, într-o serie de acizi. La

temperatură normală este inalterabil datorită formării unei pelicule compacte şi aderente de

oxid (netoxic pentru organismul uman).

Exemple

Aluminiul este utilizat în industria alimentară (vase, recipienţi, folii), iar aliajele

lui în industria chimică, a petrolului etc. În construcţia de maşini, în afară de

repere puţin solicitate, se utilizează de obicei aliajele de Al cu Cu, Mg, Zn, Mn, Si,

Ni, Fe, elemente care, având solubilitate limitată şi variabilă în Al, conduc la

îmbunătăţirea atât a proprietăţilor mecanice cât şi a celor tehnologice, făcând

oportună aplicarea tratamentelor termice.

Aliajele de aluminiu pot fi binare (Al - Cu, Al - Mg, Al - Mn, Al - Fe, Al - Ni) sau

complexe. Cele folosite în construcţia de maşini sunt aliaje hipoeutectice, deci cu un conţinut

redus al elementului de aliere. Aliajele de aluminiu se clasifică în următoarele categorii: aliaje

23

deformabile şi aliaje pentru turnătorie; aliaje care nu se durifică prin tratament termic şi aliaje

care se durifică prin tratament termic.

Aliajele deformabile de aluminiu au o utilizare foarte largă, preponderentă faţă de

cele turnabile, datorită uşoarei lor prelucrabilităţi în special la cald, prin laminare, matriţare,

ambutisare etc. Aliajele care nu se durifică prin tratament termic (aliaje Al - Mn cu 1,0…1,6

% Mn) sunt utilizate pentru piese prelucrate prin ambutisare. Manganul îmbunătăţeşte

rezistenţa mecanică şi la coroziune, micşorează temperatura de recristalizare şi conduce la o

structură fină la piesele ecruisate şi recoapte. Aliajele Al - Mg - Mn (cu 1…7% Mg şi

0,1…0,6% Mn) sunt caracterizate printr-o greutate specifică inferioară, prin rezistenţă

mecanică mai mare şi o aşchiabilitate mai ridicată; sunt deformabile la rece, chiar şi după

ecruisare. Sunt utilizate sub formă de profile, table, benzi, pentru rezervoare, caroserii etc.

Aliajele de aluminiu care se durifică prin tratament termic (Duraluminuri slab, mediu sau

bogat aliate) conţin şi Cu, Mg, Mn, Si, Zn. Duraluminul se deformează plastic, în general, la

temperatura de 440…480oC. Prezintă proprietăţi mecanice bune (Rm = 420…500 N/mm

2, HB

= 150), dar o rezistenţă redusă la coroziune, ceea ce impune placarea cu aluminiu.

Aşchiabilitatea acestor aliaje este foarte bună, mai ales în cazul prezenţei unor adaosuri de

1…3 % Pb sau Bi.

Exemple

Dintre numeroasele utilizări ale Duraluminiului trebuie menţionate: suprastructuri

de aeronave şi autovehicule, elice, piese pentru maşini de birou.

Aliajele de aluminiu pentru turnătorie sunt aliajele Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn

precum şi polinare. Conţinutul de elemente de aliere este mai ridicat decât la aliajele

deformabile, conducând la apariţia unei cantităţi de eutectic care conferă fluiditate,

compactitate şi rezistenţă la tensiunile de contracţie după turnare. Aliajele de Al pentru

turnătorie pot fi sau nu durificate prin tratamente termice, în funcţie de natura şi calitatea

componentelor; efectul durificării este mai scăzut decât la aliajele deformabile, efect ce scade

pe măsura creşterii cantităţii de eutectic. Aceste aliaje sunt standardizate prin STAS 201/1 -

77 - aliaje turnate în blocuri şi STAS 201/2 - 80 - aliaje turnate în piese.

Aliajele binare Al-Si (Siluminuri), cel mai frecvent cu 10-13 % Si, nu se durifică prin

tratament termic, au foarte bune proprietăţi de turnare, sudabilitate bună cu flacără,

oxiacetilenică, dar caracteristici mecanice scăzute (Rm=15N/mm2, A=4%).

Când sunt necesare rezistenţă (tenacitate) şi stabilitate la coroziune mari, sunt utilizabile

aliajele Al-Si (4…10%Si) sau Al-Cu (8…12%Cu), de obicei însă polinare (Al-Si-Mg, Al-Si-

Cu). Aceste aliaje sunt tratabile (prin călire) îmbunătăţindu-li-se astfel proprietăţile, chiar dacă

într-o măsură mult mai mică decât aliajele deformabile. Ele se recomandă pentru carcase de

cutii de viteze, trenuri de aterizare, aparate electrice (ATSi7Mg), pistoane (ATSi6Cu4,

ATSi10Cu3Mg), carcase, corpuri (ATSi5Cu3).

Exemple

Siluminurile sunt indicate pentru turnarea de piese cu pereţi subţiri şi configuraţie

complicată, mai puţin solicitate sau lucrând în mediu coroziv (corpuri de pompe,

răcitoare, fitinguri, blocuri motor, cartere, c hiuloase etc.).

24

Aliajele binare Al-Cu sunt mai puţin utilizate pentru că se toarnă relativ greu prin

procedeele clasice şi au tendinţă de fisurare la solidificare. În schimb, se tratează termic foarte

bine, asigurând rezistenţe relativ ridicate (Rm=35 daN/mm2) şi se prelucrează bine prin

aşchiere, motive pentru care sunt întrebuinţate în construcţii deosebite, în industria aviatică

pentru construcţia de pistoane şi chiuloase de motor (ATCu4Ni2Mg2).

Aliajele binare Al-Mg sunt cele mai uşoare aliaje de Al, cu rezistenţa mecanică destul

de ridicată, foarte bună rezistenţă la coroziune şi aşchiabilitate excelentă. Deşi se elaborează

mai greu (având oxidabilitate mare) şi au turnabilitate scăzută, ele se pretează la

confecţionarea unei game de piese importante în industria aeronavală, chimică etc.

Aliajele Al-Zn, întotdeauna aliate şi cu Mg, Si sau Cu, au rezistenţă mecanică şi la

coroziune reduse, sunt ceva mai grele, însă se elaborează uşor şi se toarnă bine.

M1.U2.3.2. Aliaje de magneziu

Magneziul are cea mai mică greutate specifică ( = 1,75 g/cm3) dintre toate metalele

utilizate în construcţia de maşini, dar rezistenţa şi plasticitatea lui sunt reduse (turnat Rm 10

daN/mm2, A=2 %, iar laminat, extrudat Rm = 18…20 daN/mm

2, A=5%). Căldura sa specifică

este mică, conductivitatea electrică mare şi rezistenţa la coroziune foarte scăzută; se topeşte la

650oC. Se foloseşte cu precădere la elaborarea aliajelor pentru turnătorie sau deformabile

(laminabile). Aliajele de Mg sunt foarte uşoare ( < 2 g/cm3), au o rezistenţă mecanică

suficientă (Rm = 30 daN/mm2) şi o bună rezistenţă la coroziune. Modulul lor de elasticitate

este scăzut (E = 4000…5000 daN/mm2) şi depinde de sarcină, piesele suferind în exploatare

deformări elastice relativ pronunţate. Au rezistenţă la oboseală mai redusă (după cca.106

cicluri) decât aliajele de aluminiu.

Prelucrabilitatea lor prin deformare plastică la rece este scăzută. Aşchiabilitatea acestor

aliaje este mai bună decât a oricăror altora utilizate în construcţia de maşini. Sudabilitatea

aliajelor de Mg este satisfăcătoare, dar ele prezintă tendinţa de fisurare la cald, motiv pentru

care în cazul pieselor mai mari se impune preîncălzirea.

Aliajele laminabile au fie bune proprietăţi mecanice (aliajele Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Cr),

fie rezistenţă la coroziune ridicată (aliajele Mg-Mn). Se utilizează sub formă de profile sau

table pentru piese diverse.

Aliajele pentru turnătorie au un conţinut mai mare de elemente de aliere, care

conduc la obţinerea de eutectic, îmbunătăţind astfel turnabilitatea. Astfel aliajele Mg - Al -

Zn, deşi au proprietăţi de turnare mai slabe, sunt întrebuinţate cu bune rezultate datorită

proprietăţilor mecanice ridicate şi îndeosebi bunei rezistenţe la şoc (rezilienţă ridicată).

Aliajele Mg - Mn (având Rm=20…26daN/mm2, A=12…5% şi 40…50HB), posedând şi

sudabilitate bună, sunt recomandate îndeosebi în cazurile în care este necesară stabilitate la

coroziune (pentru rezervoare, recipienţi). Aliajele Mg - Zr sunt mult mai utilizate datorită

comportării lor bune la şoc şi la fluaj (până la temperaturi de 350oC, faţă de 150

oC, maximă

admisibilă pentru celelalte aliaje).

Exemple

Aliajele pentru turnătorie sunt utilizate pe scară largă în construcţii aeronavale

(elice, trenuri de aterizare), pentru alte construcţii foarte uşoare, corpuri de pompe,

cartere - motor, aparate foto - optice şi de birou etc.

25

Să ne reamintim...

Magneziul are cea mai mică greutate dintre toate metalele utilizate în construcţia de

maşini, dar rezistenţa şi plasticitatea lui sunt reduse. Căldura sa specifică este mică,

conductivitatea electrică mare şi rezistenţa la coroziune foarte scăzută; se topeşte la

650oC. Se foloseşte cu precădere la elaborarea aliajelor pentru turnătorie sau

deformabile (laminabile).

M1.U2.4. Cupru şi aliaje de cupru

Cuprul are importante caracteristici tehnice: plasticitatea bună la cald (la 700…950oC)

şi la rece, foarte ridicată conductivitate electrică şi termică, rezistenţă la coroziune (în aer şi

gaze uscate, apă, vapori de apă supraîncălziţi, unii acizi anorganici). Aceste proprietăţi

mecanice, mai bune decât ale aluminiului, sunt totuşi prea scăzute, cuprul fiind utilizat în

construcţia de maşini numai sub formă de aliaje (alame, bronzuri).

M1.U2.4.1. Alame

Alamele utilizate practic sunt aliajele cuprului cu până la 45% Zn, având proprietăţi

mecanice şi tehnologice suficient de ridicate, superioare celor ale cuprului, precum şi o bună

stabilitate la coroziune. Diagrama parţială a sistemului Cu-Zn, menţionând şi unele date

asupra utilizării şi prelucrabilităţii diferitelor alame, se prezintă în figura M1.U2.1.

Fig. M1.U2.1 Sistemul Cu-Zn de interes practic

Alamele se pot clasifica după mai multe criterii:

după numărul de faze: monofazice şi bifazice;

după compoziţie: obişnuite (Cu+Zn) şi speciale (Cu+Zn+elemente de aliere);

după modul de prelucrare:pentru deformare plastică şi pentru turnătorie.

Alamele obişnuite - sunt aliaje ale sistemului binar Cu-Zn, având doar elemente

însoţitoare.

26

Alamele speciale - conţin şi unele elemente de aliere (Sn, Mn, Al, Ni, Fe), care

îmbunătăţesc unele caracteristici: Sn - max. 4% - măreşte rezistenţa la rupere, la coroziune şi

densitate; Mn - max. 4% - măreşte rezistenţa la rupere, la coroziune şi elasticitatea; Al - max.

4% - măreşte rezistenţa la rupere, limita de curgere, densitatea, rezistenţa la coroziune, însă

determină creşterea fragilităţii; Ni - max.14% - măreşte rezistenţa la rupere, elasticitatea,

alungirea, refractaritatea şi rezistenţa la coroziune; Fe - max.3,5% - provoacă finisarea

structurii, măreşte tenacitatea şi aşchiabilitatea. Dacă conţinutul de cupru depăşeşte 80%

aliajele se numesc TOMBAC-uri, materiale (sub formă de table, benzi) foarte maleabile,

care însă se prelucrează mai greu prin aşchiere. Alamele deformabile (tabelul M1.U2.2)

sunt prelucrate sub formă de profile, table, benzi, ţevi, sârme şi bare destinate pieselor

prelucrate prin aşchiere.

Exemple

Alamele deformabile se utilizează pentru piese ca: şuruburi (CuZn36 ...

CuZn43Pb2), bucşe, lagăre aşchiate pe strunguri automate (CuZn36Pb1...

CuZn39Pb3), scaune de ventile, fusuri, inele şi colivii de rulmenţi (CuZn40Mn).

Tabelul M1.U2.2. Aliaje cupru - zinc (alame) deformabile

Grupa Mărci Cu [%] Grupa Mărci Cu [%]

Aliaje cupru-

zinc fără

plumb

Cu Zn 5

Cu Zn 10

Cu Zn 15

Cu Zn 20

Cu Zn 28

Cu Zn 30

Cu Zn 36

Cu Zn 37

Cu Zn 40

94…96

89…91

84…86

79…81

71…73

68,5…71,5

63…65

62 …64

59…62

Aliaje

cupru

zinc

speciale

Cu Zn 28 Sn 1

Cu Zn 31 Si

Cu Zn 36 Pb

Cu Zn 36 Al Mn Fe

Cu Zn 38 Pb 2 Mn 2

Cu Zn 39 Mn 1,5 Al

Cu Zn 39 Al4Mn3Fe

Cu Zn 39 Ni 3

Cu Zn 40 Mn 3,5

70…73

66…70

63…65

58…62

57…60

56…60

60…63

57…61

53…58

Aliaje cupru

zinc cu

plumb

Cu Zn 36 Pb 1

Cu Zn 39 Pb 1

Cu Zn 39 Pb 2

Cu Zn 39 Pb 3

Cu Zn 40 Pb 0,8

Cu Zn 40 Pb 1

Cu Zn 43 Pb 2

61…64

57…60

57…60

57…59

59…61

59…61,5

54…57

Alamele pentru turnătorie se toarnă de obicei în cochilie, în amestecuri de formare şi

mai rar sub presiune.

Să ne reamintim...

Alamele utilizate practic sunt aliajele cuprului cu până la 45% Zn, având proprietăţi

mecanice şi tehnologice suficient de ridicate, superioare celor ale cuprului, precum

şi o bună stabilitate la coroziune.

M1.U2.4.2. Bronzuri

Aliajele cuprului cu o serie de elemente ca: Sn, Al, Pb, Si, Mn, Be, Ni ş.a. poartă

numele de bronzuri. Aliajele Cu-Sn se numesc bronzuri obişnuite, iar cele cu celelalte

elemente se numesc bronzuri speciale.

27

M1.U2.4.2.1. Bronzuri cu staniu

Interes tehnic prezintă aliajele de Cu cu max. 25-30 % Sn, procentaj peste care devin

dure şi fragile. Ele au în general proprietăţi mecanice bune, rezistenţă mare la coroziune

(mediu ambiant, abur uscat şi umed, apă dulce şi sărată, gaze uscate etc.), turnabilitate şi

laminabilitate bune. Bronzurile cu Sn se prelucrează prin turnare (cel mai bine dintre toate

bronzurile) sau prin deformare plastică.

Bronzurile pentru turnătorie, STAS 197/1-80, turnate în blocuri şi STAS 197/2-76,

turnate în piese, conţin 10…14 % Sn, unele mărci fiind aliate cu Ni, Zn, Pb. Ele au o foarte

bună rezistenţă la uzare şi la coroziune.

Bronzurile deformabile, STAS 96-76, conţin 1…9 % Sn. În funcţie de gradul de

ecruisare ele pot fi moi, semitari sau tari (arcuitoare).

M1.U2.4.2.2. Bronzuri cu aluminiu

Importanţă tehnică prezintă aliajele de Cu cu max.10…12 % Al. Ele au proprietăţi

mecanice net superioare celor cu Sn, bune proprietăţi tehnologice (mai ales turnabilitate),

rezistenţă foarte ridicată la coroziune. Bronzurile cu Al se prelucrează fie prin turnare, fie prin

deformare plastică.

Bronzurile pentru turnătorie conţin 9…15 % Al, fiind însă în general complex aliate

(conţin şi Fe, Mn, Ni)

Brozurile deformabile sunt materiale sub formă de bare, benzi, profile, ţevi (STAS

203-80), cu până la 11 % Al, destinate prelucrărilor prin deformare plastică la rece - în urma

căreia, prin ecruisare rezistenţa lor creşte mult - sau prin deformare plastică la cald.

Ele se utilizează pentru confecţionarea de piese presate (scaune de supape, glisiere, tije

de pistoane), roţi dinţate, bucşe, flanşe etc.

M1.U2.4.2.3. Bronzuri cu plumb

Prezentând un interval extrem de mare de solidificare (peste 700oC), o greutate

specifică diferită a componenţilor şi insolubilitate a acestora, aliajul manifestă o segregaţie

puternică, ceea ce impune condiţii speciale de turnare. Segregaţia se combate prin adăugare de

1…2% Ni şi răcire forţată. Aliajele Cu - Pb (de exemplu CuPb25, STAS 1512-75) au o

rezistenţă mecanică scăzută (Rm=6 daN/ mm2), motiv pentru care la confecţionarea lagărelor

- în general pentru presiuni mari şi viteze reduse - se toarnă de obicei sub formă de straturi

subţiri (0,4…0,7mm) într-o carcasă din oţel. Matricea bogată în Cu asigură duritate ridicată,

rezistenţă şi conductivitate termică, iar granulele de Pb (insolubile) conferă proprietăţi de

alunecare.

M1.U2.4.2.4. Bronzuri cu siliciu

Interes practic prezintă aliajele Cu - Si la care conţinutul de Si nu depăşeşte 4…5%,

deoarece peste acest procent scade plasticitatea. Aceste aliaje au înaltă plasticitate la rece şi la

cald, bune proprietăţi de turnare, înalte caracteristici mecanice şi antifricţiune, se sudează şi se

lipesc foarte bine, sunt nemagnetice, îşi păstrează în mare măsură caracteristicile mecanice la

temperaturi joase, au bună rezistenţă la coroziune, în apă dulce, apă de mare, gaze uscate.

Exemple

Bronzurile cu siliciu se utilizează pentru piese obţinute prin turnare de precizie

(bucşe, cuzineţi) sau pentru elaborarea de sârme, bare, table obţinute prin

28

laminare, din care se execută piese diverse (şuruburi, cleme, componente de

motoare aviatice etc.)

M1.U2.4.2.5. Bronzuri cu mangan

Acestea conţin de obicei 5…15% Mn aflat în soluţie cu Cu, au înaltă plasticititate, îşi

păstrează rezistenţa mecanică ridicată şi la temperaturi mai înalte (până la 400…500oC), sunt

rezistente la coroziune.

Exemple

Bronzurile cu mangan se utilizează pentru confecţionarea de armături, ventile,

conducte pentru aburi. Un aliaj cu 20% Mn, 20% Ni, restul Cu, după ecruisare şi

îmbătrânire, are Rm = 130 daN/mm2, A = 3% şi 350…450 HB, fiind foarte indicat

pentru arcuri exploatate la temperaturi înalte, organe de maşini puternic solicitate

(roţi dinţate cilindrice, elicoidale, rulmenţi cu bile, şuruburi etc.).

M1.U2.4.2.6. Bronzuri cu beriliu

Acestea sunt aliaje de Cu cu 2…2,7% Be, bifazice, care se pretează foarte bine

tratamentului termic de durificare prin precipitare. În urma acestuia, ele ajung la caracteristici

mecanice foarte ridicate şi anume până la Rm = 150 daN/mm2, A = 2…3% şi 350…450HB,

iar în cazul şi a unor adaosuri de 0,2…0,5% Ni, până la Rm = 180 daN/mm2 şi duritate

500HB. În stare călită aceste bronzuri sunt plastice (A=30…35%), se prelucrează uşor prin

presare şi aşchiere, au sudabilitate corespunzătoare şi bună rezistenţă la coroziune.

Exemple

Datorită caracteristicilor mecanice foarte ridicate (Rm, duritate, limita de

elasticitate constantă până la 300oC, rezistenţa la oboseală de 220 daN/mm

2 la

106 cicluri - superioară tuturor aliajelor de Cu având proprietăţi de arcuire,

rezistenţă la uzare), precum şi ca urmare a stabilităţii lor la coroziune, aceste

materiale sunt utilizabile pentru confecţionarea arcurilor speciale (membrane,

diafragme), a pieselor de maşini (de ex. pompe) puternic solicitate, inclusiv la

şocuri şi la coroziune, a instrumentelor de precizie, uneltelor şi sculelor

antiexplozive (prin lovire nu produc scântei).

M1.U2.4.2.7. Bronzuri cu nichel

Aceste aliaje se caracterizează printr-o rezistenţă bună la rupere, elasticitate ridicată, o

foarte bună alungire, maleabilitate şi rezistenţă la coroziune. Aliajele utilizate curent în

tehnică sunt: aliaje cu 20% Ni - foarte plastice, rezistente la coroziune şi temperaturi înalte;

aliaje cu 25% Ni - aliaje pentru monede, de culoare albă; aliaje cu 32% Ni (Nichelina) şi

40…45% Ni (Constantanul), cu rezistivitate electrică mare, folosite ca rezistenţe în

electrotehnică. Aliajele Cu-Ni-Zn (40…65% Cu, 10…25% Ni, 20…30% Zn), cunoscute sub

denumirea de alpaca, se caracterizează prin rezistenţă mare la coroziune, plasticitate foarte

bună, putându-se prelucra prin deformare la rece şi la cald, dar şi prin turnare.

Exemple

Aceste aliaje (de ex. CuNi18Zn20, CuNi15Zn22) sunt utilizate pentru piese de

aparate şi instrumente de măsură, rezistenţe electrice, ceasornicărie, obiecte de

artă, tacâmuri etc.

29

M1.U2.5. Zinc şi aliaje de zinc

Zincul are ca principală caracteristică stabilitatea chimică foarte ridicată în atmosfera

ambiantă şi în apă, ca urmare a formării unei pelicule de oxid, protectoare. Totodată, el se

toarnă foarte bine, se poate lamina uşor în table, benzi, sârme (având astfel Rm = 12…16

daN/mm2, A = 35…40 % şi duritatea 35…35 HB), se poate suda şi lipi. Se utilizează ca strat

de protecţie a unor produse din oţel, ca anozi pentru elemente galvanice, la fabricarea ZnO şi

la elaborarea aliajelor. Principalele elemente de aliere sunt Al şi Cu, existând atât aliaje de Zn

pentru turnătorie, cât şi deformabile. Rezistenţa la oboseală a aliajelor de Zn este de 7…9

daN/mm2 la 20x10

6 cicluri. Fiind susceptibile la fluaj chiar la temperatura normală, ele sunt

utilizabile doar la temperaturi cuprinse între 0…80oC.

Studiindu-se materialele prezentate în această unitate de învăţare, se vor alege

cele potrivite pentru executarea următoarelor piese:

roată dinţată mediu solicitată din punct de vedere mecanic, elaborată prin

turnare, cu rezistenţă la uzare şi la coroziune;

lagăr cu alunecare (cuzinet), funcţionând la turaţii ridicate şi presiuni

scăzute, elaborat prin turnare, cu rezistenţă la uzare şi la coroziune;

carcasă pentru cutie de viteze, cu greutate redusă, mediu solicitată mecanic

până la temperaturi de 2800C, cu greutate redusă;

rezervor pentru avion, cu greutate redusă, mediu solicitat din punct de

vedere mecanic la temperaturi de -250C...+120

0C, rezistent la coroziune, elaborat

prin deformare plastică la rece (ambutisare).

M1.U2.6. Rezumat

Aluminiul şi aliajele sale precum şi magneziul şi aliajele sale, datorită

greutăţii specifice reduse, fac parte din grupa materialelor uşoare. Aliajele de

aluminiu pot fi prelucrate prin turnare sau deformare plastică, având o

rezistenţă mecanică bună, rezistenţă la coroziune ridicată, etc.

Aliajele de magneziu sunt foarte uşoare, au o rezistenţă mecanică suficientă şi

o bună rezistenţă la coroziune, au conductivitate electrică mare şi se

prelucrează foarte bine prin aşchiere.

Cuprul are importante caracteristici tehnice: plasticitatea bună la cald şi la

rece, foarte ridicată conductivitate electrică şi termică, precum şi rezistenţă la

coroziune. Alamele sunt aliajele cuprului cu până la 45 % Zn, având

proprietăţi mecanice şi tehnologice suficient de ridicate, superioare celor ale

cuprului, precum şi o bună rezistenţă la coroziune. Aliajele cuprului cu o serie

de elemente ca: Sn, Al, Pb, Si, Mn, Be, Ni ş.a. poartă numele de bronzuri.

Aliajele Cu-Sn se numesc bronzuri obişnuite, iar cele cu celelalte elemente se

numesc bronzuri speciale.

Zincul este foarte rezistent la coroziune, se toarnă foarte bine, se poate lamina

uşor în table, benzi, sârme, se poate suda şi lipi. Datorită excelentei

turnabilităţi, aliajele de Zn sunt dintre puţinele aliaje grele folosite ca

materiale cu largă utilizare, solicitate preponderent mecanic, în construcţia de

maşini.

30


1. Siluminurile sunt:

2. Aşchiabilitatea duraluminiului este:

a) scăzută c) foarte bună

b) bună

3. Alamele sunt aliaje:

a) Cu-Sn c) Cu-Al

b) Cu-Zn

4. Bronzurile sunt aliaje:

a) Cu-Al c) Cu-Sn

b) Cu-Mg

5. Cele mai uşoare aliaje de aluminiu sunt:

a) aliajele binare Al-Mg c) aliajele binare Al-Zn

b) aliajele binare Al-Cu

6. Ce aliaj este cunoscut sub denumirea de alpaca:

a) Cu-Ni-Zn c) Mg-Cu-Zn

b) Cu-Al-Mg

7. Principalele elemente de aliere ale zincului sunt:

a) Al şi Cu c) Mg şi Cu

b) Al şi Mg

a) aliaje binare Al-Si c) aliaje binare Si-Cu

b) aliaje binare Al-Cu

31

Unitatea de învăţare M1.U3. Materiale sinterizate şi materiale compozite

Cuprins

M1.U3.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ......... 31


M1.U3.3. Materiale sinterizate ................................ ................................ ........................... 32

M1.U3.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 41


M1.U3.6. Materiale compozite ................................ ................................ ............................ 42

M1.U3.6.1. Materiale compozite armate cu fibre ................................ ......................... 43

M1.U3.6.2. Materiale compozite disperse ................................ ................................ .... 47

M1.U3.6.2. Materiale compozite stratificate ................................ ................................ 47

M1.U3.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 47



Materialele sinterizate se obţin prin procedeele metalurgiei pulberilor, care

dau posibilitatea de a se asocia între ele metale foarte diferite sau alte tipuri de

materiale. Astfel, materialele sinterizate au proprietăţi deosebite faţă de celelalte

materiale şi utilizarea lor în construcţia de maşini este într-o continuă creştere.

Materialele compozite sunt materiale cu proprietăţi anizotrope, formate din

mai multe componente, a căror organizare şi elaborare permit folosirea

caracteristicilor celor mai bune ale componentelor, astfel încât materialul rezultat

să posede proprietăţi finale generale, superioare componentelor din care este

alcătuit.


În această unitate de învăţare sunt prezentate principalele proprietăţi şi

domeniile de utilizare ale materialelor sinterizate precum şi proprietăţile

principale, structura, organizarea internă şi domeniile de utilizare ale materialelor

compozite.


descrie procesul tehnologic de obţinere a pieselor sinterizate;

prezinte avantajele şi dezavantajele metalurgiei pulberilor;

prezinte proprietăţile pieselor sinterizate şi să descrie particularităţile

tehnologiei de obţinere a pieselor din pulberi astfel încât să se evite apariţia

defectelor şi uzura prematură;

identifice domeniile de utilizare ale pieselor din pulberi metalice;

prezinte principalele proprietăţi ale materialelor compozite;

descrie structura materialelor compozite;

prezinte rolul matricei şi să clasifice materialele de ranforsare utilizate;

identifice domeniile de utilizare ale pieselor din materiale compozite.


32

M1.U3.1. Materiale sinterizate

Se obţin prin procedeele metalurgiei pulberilor (figura M1.U3.1.), care dau

posibilitatea de a se asocia metale foarte diferite între ele sau metale şi materiale ceramice.

Fig. M1.U3.1. Procedeul metalurgiei pulberilor

Procesul tehnologic de fabricaţie a produselor sinterizate este fundamental deosebit de

tehnologia metalurgiei clasice, unde semifabricatele obţinute prin turnarea metalelor şi

aliajelor topite, sunt prelucrate prin laminare, forjare, matriţare şi aşchiere complexă pe maşini

- unelte, ajungând astfel până la piesele finite printr-un număr mare de operaţii, costisitoare şi

de lungă durată.

Prin metalurgia pulberilor, piesele sunt obţinute fără ca metalele şi aliajele să treacă

prin faza topită, se obţin direct formele, dimensiunile şi calitatea cerute, se realizează

economii de timp şi manoperă, gradul de utilizare a metalelor este aproape 100 %, iar

pierderile energetice se reduc cu aproape 15 %.

Piesele obţinute prin sinterizare au o compoziţie precisă şi uniformă, cu o mare

constanţă a proprietăţilor. Pot fi obţinute materiale şi produse metalice care nu pot fi elaborate

prin procedeele clasice, cum sunt wolframul şi alte metale greu fuzibile, pseudoaliajele

wolfram-cupru şi wolfram-cupru-argint (pentru contacte electrice sinterizate), materialele

poroase pentru filtre şi lagăre autolubrifiante etc.

Ţinând cont de costul actual încă ridicat al pulberilor, al matriţelor şi de dificultăţile

privind lucrul în medii gazoase, fabricaţia este economică numai la număr mare de piese

33

sinterizate (peste 10.000 buc.). De asemenea, ea este limitată de configuraţia şi dimensiunile

reperelor (secţiuni maxime de cca.150…200 cm2), realizabile la formare (presare) cu presele

de putere obişnuită.

Rezistenţa materialelor sinterizate feroase este comparabilă cu cea a fontelor cenuşii,

metalelor uşoare şi aliajelor lor (Al, Mg) sau a oţelurilor carbon (nealiate) şi depinde în

principal de porozitate. Aceasta intervine atât ca un factor de micşorare a secţiunii efective cât

şi ca un concentrator de tensiune, diminuând în deosebi alungirea şi rezilienţa pieselor

sinterizate, care prezintă astfel, în general, accentuată fragilitate. Piesele mai puţin solicitate şi

fără pretenţii mari de precizie, cu densitate până la 6,5…6,8 g/cm3, se obţin prin simpla

presare şi sinterizare. Pentru obţinerea pieselor cu porozităţi sub 10 % (densităţi peste 6,8…7

g/cm3), respectiv de mare rezistenţă şi precizie, se aplică procedeul dublei presări şi

sinterizări, al impregnării, calibrarea etc. Rezistenţa pieselor sinterizate mai poate fi ridicată şi

printr-o serie de elemente de aliere - îndeosebi C (0,4…1 %), Cu, Ni (ambele sub 5 %), Mo,

Cr etc. - precum şi prin tratamente.

Numeroase oţeluri sinterizate, nealiate sau aliate (din pulberi prealiate sau amestecuri

de componente), când li se cer foarte înaltă rezistenţă şi duritate, nu însă şi ductilitate, sunt

utilizate tratate termic.

În funcţie de domeniul de utilizare şi de scopul urmărit, la materialele sinterizate pot fi

uşor realizate proprietăţi specifice şi noi asocieri ale acestora:

proprietatea de autolubrifiere, însoţită de un coeficient de frecare redus şi de o

funcţionare silenţioasă la materialele antifricţiune;

un coeficient de frecare mare, rezistenţă bună la uzare şi o conductivitate termică

foarte bună la materialele de fricţiune;

o duritate şi o rezistenţă la uzare deosebit de mari (chiar la temperaturi foarte

ridicate) la aliajele dure sinterizate din construcţia sculelor;

o rezistivitate electrică mică, o rezistenţă la coroziune foarte bună la materialele de

contacte electrice etc.

La unele produse, după operaţia de sinterizare se mai aplică una sau două operaţii

complementare cu scopul de a îmbunătăţi unele proprietăţi ale materialului sinterizat:

calibrare, care constă într-o presare în matriţe de calibrare; se aplică atunci când se

cere o precizie dimensională foarte mare;

îmbibare cu lubrifianţi lichizi a pieselor sinterizate poroase; se aplică în special

pentru obţinerea proprietăţii de autolubrifiere a lagărelor;

aşchiere, utilizată numai la produse unicat sau de serie mică din două motive:

preţul de cost creşte, iar calitatea suprafeţei şi porozitatea sunt influenţate negativ. Se

recomandă folosirea sculelor din aliaje dure sinterizate, din policristale de diamant sintetic

(pentru materiale neferoase) sau din policristale de nitrură cubică de bor (pentru materiale

feroase). Se recomandă de asemenea, viteze de aşchiere mari (80…300 m/min) şi avansuri

mici (sub 0,03 mm/rot). Se va face răcirea cu aer comprimat şi nu cu lichide de răcire, care

pot pătrunde în porii materialului prelucrat. Rectificarea suprafeţelor pieselor sinterizate nu se

recomandă deoarece granulele dure abrazive intră în porii produsului sinterizat.

tratamente termice: în principiu se pot aplica toate tipurile de tratamente termice şi

termochimice cunoscute, care sunt compatibile cu compoziţia şi structura iniţială a aliajului

sinterizat.

34

infiltrare cu metale sau aliaje topite; permite obţinerea unor produse cu o

porozitate minimă (compactitatea putând fi majorată până la 98,9%) şi proprietăţi mecanice

deosebit de bune.

Domeniile de utilizare ale materialelor sinterizate sunt foarte largi, în concordanţă cu

proprietăţile deosebite care au fost prezentate anterior. Dintre numeroasele domenii de

utilizare, se prezintă în continuare câteva exemple de materiale şi grupe de produse obţinute

prin sinterizare.

Cuzineţi poroşi autolubrifianţi

Dintre produsele poroase sinterizate, cele mai importante şi foarte larg utilizate sunt

cuzineţii autolubrifianţi, fabricaţi pe bază de pulberi de fier sau bronz. Prin impregnarea cu

ulei a porilor, care pot ajunge până la 30 % din volumul piesei, se asigură caracteristici

funcţionale deosebit de bune: un coeficient de frecare redus, o rezistenţă bună la uzare şi

tendinţă mică la gripare, o întreţinere foarte uşoară, o funcţionare silenţioasă şi o însemnată

economie de lubrifiant. În timpul funcţionării lagărului, o parte din uleiul acumulat în porii

bucşei autolubrifiante ajunge între suprafeţele de alunecare şi acolo asigură o ungere foarte

bună. Astfel, aceste lagăre pot lucra fără nici o ungere suplimentară mii de ore, respectiv o

perioadă de mai mulţi ani. Cuzineţii poroşi sinterizaţi, fiind ieftini şi putând lucra ani de zile

fără nici o supraveghere sau întreţinere, chiar şi în medii cu impurităţi, au reuşit să înlocuiască

în multe domenii rulmenţii scumpi şi mult mai sensibili (figura M1.U3.2.)

Fig. M1.U3.2. Soluţii constructive pentru cuzineţi poroşi autolubrifianţi

1 - bucşă sinterizată îmbibată în ulei; 2 - inel de pâslă îmbibat în ulei

Valoarea coeficientului de frecare la aceste lagăre este în limitele 0,04 ... 0,1. La

condiţii mai grele de încărcare trebuie asigurată şi aici o ungere suplimentară, iar dacă sunt şi

solicitări termice mai deosebite, se adaugă un lubrifiant solid (grafit, MoS2 etc.). Materialele

sinterizate obişnuite, cu baza de fier, au o porozitate de 18...30 % şi conţin 0,5...1,5 % grafit şi

3...12 % cupru. Cele pe bază de cupru sunt bronzuri sinterizate cu circa 1 % grafit.

Exemple

Dintre domeniile mai importante de utilizare se amintesc: lagăre mai puţin

încărcate ale automobilelor, avioanelor, maşinilor - unelte şi ale maşinilor agricole;

lagărele maşinilor textile şi ale industriei alimentare, ale motoarelor electrice de

mică putere, ale maşinilor de birou şi aparatelor de mecanică fină, precum şi toate

lagărele magnetofoanelor, casetofoanelor, picupurilor, maşinilor de spălat rufe,

uscătoarelor de păr, ale altor aparate şi maşini cu largă utilizare.

35

Să ne reamintim...

Materialele sinterizate se obţin prin procedeele metalurgiei pulberilor.

pot fi uşor realizate proprietăţi specifice şi noi asocieri ale acestora;

piesele au o compoziţie precisă şi uniformă, cu o mare constanţă a

proprietăţilor;

pot fi obţinute materiale şi produse metalice care nu pot fi elaborate prin

procedeele clasice;

piesele sunt obţinute fără ca metalele şi aliajele să treacă prin faza topită;

rezistenţa materialelor sinterizate feroase este comparabilă cu cea a fontelor

cenuşii, metalelor uşoare şi aliajelor lor.

1. Utilizându-se informaţiile prezentate anterior se vor alege dintr-un număr de

piese prezentate acelea care au fost realizate prin tehnologia pulberilor.

Nr. crt. Mărimea seriei de fabricaţie, buc/an] Masa netă, [kg]

Fig.1 10000 0,4

Fig.2 500 2

Fig.3 1000 0,4

2. Pentru următoarele repere se va modifica forma constructivă astfel încât

acestea să se poată realiza prin tehnologia pulberilor şi se va preciza dacă

celelalte condiţii tehnice sunt conforme cu tehnologia pulberilor:

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

36

Filtre şi electrozi poroşi sinterizaţi

Filtrele sunt produsele sinterizate de mare porozitate, utilizate pentru filtrarea

diferitelor lichide şi gaze, ca plăci repartitoare pentru paturi fluidizate şi în transportul

pneumatic, precum şi ca plăci opritoare de flacără şi de explozii în instalaţiile de sudare şi în

alte domenii. Ele au o porozitate fină şi uniformă, reglabilă după dorinţă între limite foarte

largi (25...50 %) prin modificarea tehnologiei de fabricaţie, prezintă avantajele unei rezistenţe

mecanice foarte bune, a unei rezistenţe la temperaturi ridicate, iar dacă sunt fabricate din

metale şi aliaje adecvate, se asigură şi o rezistenţă corespunzătoare la coroziune. De obicei

sunt fabricate din pulberi de bronz cu granule sferice, iar pentru utilizări deosebite, din pulberi

de oţel, de oţel inoxidabil, monel, nichel, wolfram, molibden etc. În ultimul timp au fost

utilizate şi pulberi cu forma granulelor neregulată sau din fibre metalice, realizându-se

porozităţi de 70 % şi chiar mai mari, în detrimentul rezistenţei mecanice şi a uniformităţii

porilor.

Electrozii poroşi au devenit de neînlocuit în fabricarea bateriilor de acumulatoare şi a

pilelor electrice moderne. Sunt fabricaţi sub formă de plăci subţiri, cu grosimea, de obicei, sub

1 mm. Natura pulberilor metalice utilizate depinde de compoziţia electrolitului, cele mai

folosite fiind pulberile de nichel şi de argint cu granulaţia de ordinul a 2...10 m. Aceşti

electrozi metalici pot avea o porozitate foarte mare, până la 70 %.

Piese feroase şi neferoase sinterizate, pentru maşini

O mare varietate de piese de rezistenţă pentru construcţia de maşini şi aparate sunt

fabricate din pulberi metalice, fiind urmărită alegerea corespunzătoare a parametrilor de

fabricaţie, reducerea la minimum a porozităţii, pentru asigurarea unor proprietăţi mecanice

ridicate. În primul rând la aceste produse sinterizate se aplică metode de îmbunătăţire a

preciziei şi a rezistenţei mecanice (utilizarea unor pulberi de calitate superioară, optimizarea

tuturor parametrilor de presare şi de sinterizare, dublă presare, calibrare, aliere, tratamente

termice, infiltrare cu alt metal topit etc.), deschizând largi şi noi domenii de utilizare în special

materialelor sinterizate feroase.

În figura M1.U3.3. se dau comparativ câteva exemple de forme raţionale şi

tehnologice, în raport cu soluţii greşite şi netehnologice.

Exemple

Cei mai mari consumatori de piese sinterizate sunt industria de automobile (peste

50%), industria pentru utilajele electrocasnice (20%) şi de maşini de birou (10%).

Fabricarea acestor piese este deosebit de rentabilă dacă ele nu au dimensiuni prea

mari (masa lor fiind în majoritatea cazurilor sub 1 kg şi numai rareori peste 2 kg)

şi se cer într-un număr cât mai mare, de ordinul zecilor şi sutelor de mii sau chiar

al milioanelor de bucăţi pe an. Piesele tipice sunt: bucşe, came, pârghii, came cu

sector dinţat, roţi dinţate cilindrice şi conice, roţi de lanţ, palete, pistoane şi

segmenţi de pistoane pentru motoare şi compresoare, etc.

Materiale de fricţiune din pulberi metalice

Utilizate la discurile frânelor şi ambreiajelor moderne, de mare capacitate şi cu volum

(gabarit) cât mai redus, materialele de fricţiune sinterizate asigură un coeficient de frecare

ridicat, o bună conductivitate termică, o rezistenţă mare la uzare, un coeficient mic de dilatare

şi suportă temperaturi foarte înalte, ceea ce garantează obţinerea unor rezultate deosebit de

37

bune şi constante în exploatare. Aceste materiale complexe, cu baza de fier, cupru sau bronz,

conţin până la 35% componenţi nemetalici (grafit, SiO2, Al2O3, carbură de siliciu, azbest

etc.). Porozitatea după sinterizare este de 12...20 %, iar coeficientul de frecare variază între

0,15...0,50 la o frecare uscată. Stratul de fricţiune se aplică pe suportul de tablă de oţel,

grosimea stratului sinterizat de fricţiune fiind mică, de 0,25...2 mm pentru lamelele

ambreiajelor electromagnetice şi frânelor de avion şi de 2...8 mm pentru autovehicule terestre.

Se mai folosesc şi materiale de fricţiune pe bază de cermeţi, de tipul oxizilor, asociaţi cu Cr,

Mo şi Ni.

Fig. M1.U3.3. Piese sinterizate pentru maşini

Aliaje dure sinterizate şi plăcuţe mineraloceramice

Aceste materiale, fabricate de obicei din granule de carbură de wolfram şi de titan,

aglomerate de către cobaltul introdus ca liant la sinterizare, având o duritate deosebit de mare,

o rezistenţă foarte mare la uzare şi suportând fără deteriorare temperaturi deosebit de ridicate,

chiar peste 1000oC, se utilizează pe scară largă la armarea sculelor aşchietoare (figura

M1.U3.4.), a sapelor de foraj, la fabricarea matriţelor de presare sau de deformare plastică, la

fabricarea ştanţelor de mare productivitate, a filierelor de trefilare (figura M1.U3.5.), duzelor

în instalaţiile de sablaj, la fabricarea balanţelor, a instrumentelor de măsură şi control şi în

multe alte domenii.

Datorită păstrării durităţii mari şi a capacităţii de aşchiere chiar la temperaturi foarte

înalte, sculele aşchietoare armate cu plăcuţe din aliaje dure sinterizate sunt net superioare

celor din oţel carbon, oţel rapid sau aliat şi permit realizarea unor viteze de aşchiere deosebit

de mari, productivitatea prelucrărilor prin aşchiere crescând foarte mult. Totodată au devenit

38

astfel prelucrabile prin aşchiere o serie de materiale foarte dure. Cu creşterea conţinutului de

cobalt scade duritatea şi se măreşte rezistenţa la rupere la încovoiere şi tenacitatea, proprietăţi

cerute la materialele de armare (căptuşire) a matriţelor şi a sculelor de lovire.

Marele avantaj al acestor plăcuţe aşchietoare mineraloceramice este că îşi păstrează

mai bine duritatea şi proprietăţile mecanice la temperaturi foarte ridicate de 1000...1100oC

comparativ cu aliajele dure sinterizate pe bază de carburi, dar au o rezistenţă la încovoiere mai

mică. Din acest motiv cer o fixare pe corpul de oţel al cuţitului realizată cu mare grijă şi

alegerea unei soluţii constructive a sculei care să garanteze în timpul aşchierii apariţia

solicitărilor mai mult la compresiune şi cât mai puţin la încovoiere (figura M1.U3.4.).

Fig. M1.U3.4. Sculă aşchietoare cu plăcuţă

mineralo-ceramică

1- corp cuţit

2- bolţ excentric

3- suport plăcuţă

4- plăcuţă mineralo-ceramică

amovibilă

Fig. M1.U3. 5.Filieră de trefilare din aliaj dur

sinterizat, presată în carcasă de oţel

Scule diamantate sau cu nitrură cubică de bor

Dintre toate materialele cunoscute, diamantul are duritatea cea mai mare, dar este şi cel

mai scump, indiferent dacă este natural sau artificial. Sculele diamantate pentru condiţii de

lucru uşoare se pot fabrica prin înglobarea granulelor de diamant în lianţi organici, răşini

sintetice, cauciuc dur etc.

Sculele diamantate fabricate cu liant metalic sau de aliaje dure sinterizate au o

comportare excepţional de bună şi în cele mai severe condiţii de exploatare, ca de exemplu în

procesele de foraj de mare adâncime şi în roci foarte dure, de tăiere a marmurei, a pietrelor,

rocilor şi materialelor ceramice, de prelucrare prin rectificare şi şlefuire a acestor materiale

dure, precum şi a aliajelor metalice foarte dure şi a aliajelor dure sinterizate pe bază de

carburi.

La sculele diamantate sinterizate, în vederea asigurării proprietăţilor de ansamblu cât

mai bune, granulele de diamant trebuie prinse într-o masă de bază care să satisfacă

următoarele condiţii: să nu se uzeze prea repede, să nu permită smulgerea granulelor de

diamant înainte ca acestea să-şi piardă capacitatea de aşchiere; să nu colmateze suprafaţa de

lucru; să aibă un coeficient de dilatare egal sau cât mai apropiat de cel al diamantului. Se pot

folosi în acest scop aliaje sinterizate pe bază de cupru, de fier sau wolfram şi molibden, dar

condiţiilor de mai înainte le răspund în cea mai mare măsură aliajele dure sinterizate pe bază

de carbură de wolfram, respectiv de titan, cu liant de cobalt sau de nichel.

39

Exemple

Pentru discurile de rectificat şi de şlefuit, respectiv de lustruit, se poate folosi, de

exemplu, un amestec de pulbere de aliaj dur cu o compoziţie de 70% carbură de W

şi 20% pulbere de Ni, la care se mai adaugă 10% pulbere de diamant cu granulaţia

de 10...60 m urmată de o omogenizare îngrijită. Amestecul se presează şi apoi se

sinterizează între 1400...1550oC, sau se aplică tehnologia presării la cald în matriţe

de grafit la presiuni apropiate de 0,1 KN/cm2 şi la temperaturi de 1100...1200

oC,

cu o durată foarte scurtă de menţinere, de 20...40s.

Folosirea diamantului sau a nitrurii cubice de bor sub formă de monocristale este

limitată, datorită dimensiunilor reduse ale acestora; ea este economică doar la confecţionarea

sculelor abrazive. Pentru realizarea şi a altor tipuri de scule aşchietoare se folosesc materiale

extradure care au la bază diamantul sau nitrura cubică de bor (NCB), dar sub formă de

policristale, proprietăţile acestora fiind apropiate de cele ale cristalelor.

a) Policristalele pe bază de diamant folosesc diamantul natural sau artificial sub

formă de granule cu mărimi de ordinul 0,1…0,02 mm, fie sinterizate într-o masă de liant

metalic (cobalt), fie sinterizate sub forma unui strat de 0,5…0,7 mm pe un suport de

amestecuri de carburi metalice sau chiar sinterizat sub formă de pastile (figura M1.U3.6.).

Fig. M1.U3.6.Sinterizarea plăcuţelor din policristale de diamant

Sinterizarea se face la presiuni de ordinul a 7x103 Mpa şi temperaturi de ordinul a

2000…2300oC. Comparativ cu diamantul natural, plăcuţele din policristale de diamant au o

duritate sporită, datorită, în special, compactităţii muchiei aşchietoare, care provine din efectul

combinat al structurii omogene a stratului de policristal şi al rezistenţei suportului de carbură

metalică sinterizată.

b) Policristalele pe bază de nitrură cubică de bor (NCB) au la bază cristale cubice

ale nitrurii cubice de bor şi se realizează prin sinteza industrială a nitrurii de bor hexagonale

folosind diverşi catalizatori metalici. Condiţiile de sinterizare sunt asemănătoare ca şi în cazul

celor pe bază de diamant.

Proprietatea de a fi inerte faţă de materialele cu conţinut de carbon şi fier, la

temperaturi de până la 1000…1400oC le fac foarte utile, în special la prelucrarea materialelor

cu grad scăzut de prelucrabilitatea. De asemenea, cercetările au demonstrat rezistenţa ridicată

a policristalelor de NCB la şocuri termice.

Materiale refractare sinterizate

Aceste materiale, utilizate în tehnica modernă pe o scară din ce în ce mai largă sub

formă de sârme, table, piese ştanţate şi ambutisate, respectiv piese fasonate, trebuie să

satisfacă o serie de condiţii dintre cele mai grele: să aibă o temperatură de topire cât mai

ridicată; să-şi păstreze proprietăţile mecanice bune, sau cel puţin acceptabile, şi la temperaturi

40

chiar foarte înalte; să prezinte o stabilitate bună la recristalizare, respectiv să aibă temperatura

de recristalizare la valori cât mai ridicate; să prezinte o bună rezistenţă la oxidare în cazul

temperaturilor de regim foarte ridicate; să prezinte o limită de fluaj ridicată chiar la

temperaturi deosebit de ridicate; să suporte bine şocurile termice; să aibă, pe cât posibil, o

densitate mai mică, mai ales dacă aceste produse sunt folosite în construcţia de avioane,

rachete sau de nave cosmice.

Materialele care satisfac aceste cerinţe severe, pot fi grupate în trei categorii:

a) metale greu fuzibile ca W, Mo, Ta, Nb etc., precum şi aliajele acestora;

b) materiale refractare pe bază de carburi, boruri, nitruri, siliciuri şi alţi compuşi cu

temperatura de topire foarte înaltă;

c) materiale pe bază de oxizi metalici greu fuzibili şi lianţi metalici, cunoscuţi sub

denumirea de cermeţi (Al2O3-Fe, Al2O3Ni, Al2O3-Cr, Al2O3+Cr2O3-Mo, Al2O3-W,

Al2O3-Al şi altele).

Exemple

Materialele refractare, rezistente la temperaturi foarte înalte, stau la baza

fabricării unei serii întregi de produse şi piese care ocupă poziţii cheie în

numeroase domenii ale tehnicii şi tehnologiei moderne, cum sunt: filamentele,

grilele, anozii şi catozii din becuri, lămpi cu mercur, lămpi cu vapori de sodiu,

tuburi fluorescente, tuburi electronice, tuburi pentru raze X etc; elementele de

încălzire a cuptoarelor speciale pentru temperaturi foarte ridicate; duzele de

ejectare a gazelor fierbinţi în motoarele cu reacţie şi sistemele de propulsie a

rachetelor, respectiv navelor cosmice; paletele de turbine rezistente la gaze cu

foarte înalte presiuni şi temperaturi etc.

Contacte electrice şi perii colectoare din pulberi

Cea mai mare parte a materialelor pentru contactele electrice se fabrică prin procedeele

metalurgiei pulberilor. Folosind metodele clasice de topire şi turnare este practic imposibilă

realizarea unei serii de astfel de materiale, deoarece componentele respective nu se aliază

între ele. Din amestecurile potrivite ale componentelor sub formă de pulbere, prin presare şi

sinterizare se pot realiza, în schimb, relativ uşor combinaţii şi pseudoaliaje între metale şi

metaloizi, respectiv oxizi, cum sunt materialele pe bază de Cu-grafit, bronz-grafit, W-Cu, W-

Ag, Mo-Ag, W-Re, Ag-Ni, Ag-CdO etc. Aceste combinaţii satisfac simultan şi în mare

măsură atât cerinţele unei mari conductivităţi electrice şi termice, cât şi cerinţele unei mari

rezistenţe la deteriorare prin eroziune electrică şi coroziune. Elaborarea acestor materiale şi

produse se poate realiza pe două căi: prin amestecarea pulberilor corespunzătoare şi într-o

proporţie optimă, urmată de o presare şi o sinterizare, sau prin sinterizarea unui semifabricat

poros din componentul metalic greu fuzibil şi umplerea ulterioară prin impregnare a porilor

acestuia cu componentul uşor fuzibil, aflat în stare topită.

a) Contactele electrice de rupere, care servesc la deschiderea şi închiderea periodică

a circuitelor electrice, asociază proprietăţile caracteristice şi favorabile ale wolframului

(eroziune minimă, duritate mare, transport redus de material de la un contact la altul, tendinţă

redusă la sudare, rezistenţă foarte bună la uzare etc.), cu cele ale argintului sau cuprului

(conductivitate electrică şi termică ridicată, oxidare lentă etc.).

Contactele Ag-Ni, care fac parte tot din grupa pseudoaliajelor, sunt fabricate prin

presarea amestecului corespunzător de pulberi în formă de bare, care după sinterizare sunt

41

prelucrate mai departe fie prin forjare rotativă şi trefilare, fie prin extrudare urmată de trefilări

succesive, pentru a obţine sârme cu diametrele cuprinse între 1...5 mm.

Contactele Ag-CdO, folosite pe o scară deosebit de largă au proprietăţi deosebit de

favorabile. Oxidul de cadmiu foarte dispersat în material, măreşte rezistenţa la eroziune

electrică, micşorează mult tendinţa de sudare a contactelor şi favorizează stingerea rapidă a

arcului electric la deschiderea circuitului.

b) Contacte electrice glisante, la care părţile în contact alunecă una peste alta, trebuie

să aibă o bună rezistenţă la coroziune şi eroziune electrică, rezistenţă mare la uzare, rezistenţă

la acţiunea distrugătoare a arcului electric, conductivitate electrică şi termică cât mai bună,

tendinţă redusă de a produce scântei şi un coeficient mic de frecare. Materialele sinterizate

metal-grafit au un conţinut de 5...7 % grafit, 0...10 % Sn, 0...12 % Zn, 0...10 % Pb şi restul

cupru electrolitic de mare puritate. Mărirea cantităţii de grafit şi a adaosului de Pb

ameliorează condiţiile de alunecare.

Exemple

Pentru periile glisante pe firul de cale al troleibuzelor pot fi folosite cu succes

materiale sinterizate din 95 % pulbere de fier şi 5 % grafit, cu o porozitate finală

de 25...30 %, care apoi se umplu prin infiltrare cu sulf topit.

Materiale magnetice sinterizate

Prin metalurgia pulberilor se pot elabora toate tipurile de materiale magnetice,

tehnologia prezentând o serie de avantaje importante: utilizarea unor pulberi de mare puritate

şi cu o granulaţie foarte fină, respectarea precisă a compoziţiei prescrise optime, realizarea la

produs a unei structuri foarte fine şi omogene, obţinând totodată şi proprietăţi mecanice şi

tehnologice bune.

a) Materiale magnetice moi sunt fabricate din pulberi fine de fier de mare puritate,

sau din amestecuri de pulberi de Fe-Ni, Fe-Si, Al-Si-Fe şi altele, obţinând aliaje de diferite

compoziţii.

b) Materiale magnetice dure au, în general, o structură eterogenă, fazele magnetice

fin dispersate aflându-se într-o matrice nemagnetică. Cele mai răspândite aliaje cu mare forţă

coercitivă pentru magneţi permanenţi au un conţinut ridicat de Ni şi Co, făcând parte din

sistemele Fe-Al-Ni (numite "Alni") şi Fe-Al-Ni-Co (numite "Alnico"). Mai nou au o

importanţă din ce în ce mai mare materialele magnetice pe bază de cobalt şi pământuri rare

(de exemplu cu samariu, SmCo5), având o energie magnetică pe unitate de masă şi unitatea de

preţ mult mai ridicată faţă de alte aliaje magnetice. Astfel a devenit posibilă o miniaturizare

avansată a micromotoarelor, instrumentelor de măsurare, calculatoarelor şi a altor produse

electrotehnice şi electronice.

Alte produse sinterizate: Materiale compozite armate cu fibre de mare rezistenţă,

prezintă proprietăţi fizice şi mecanice deosebit de bune, oţeluri rapide de înaltă performanţă

etc.

M1.U3.4. Rezumat

Piesele sinterizate sunt obţinute fără ca metalele şi aliajele să treacă prin faza

topită, se obţin direct formele, dimensiunile şi calitatea cerute, se realizează

economii de timp şi manoperă, gradul de utilizare a metalelor este aproape 100

%, iar pierderile energetice se reduc cu aproape 15 %.

42

Piesele sinterizate au o compoziţie precisă şi uniformă, cu o mare constanţă a

proprietăţilor; pot fi obţinute materiale şi produse metalice care nu pot fi

elaborate prin procedeele clasice.

Rezistenţa materialelor sinterizate feroase este comparabilă cu cea a fontelor

cenuşii, metalelor uşoare şi aliajelor lor (Al, Mg) sau a oţelurilor carbon

(nealiate) şi depinde în principal de porozitate.

La unele produse, după operaţia de sinterizare se mai aplică una sau două

operaţii complementare cu scopul de a îmbunătăţi unele proprietăţi ale

materialului sinterizat: calibrarea, impregnarea cu lubrifianţi lichizi, aşchierea,

tratarea termică etc.


1. Pentru obţinerea pieselor din materiale sinterizate trebuie parcurse:

2. Gradul de utilizare a materialului la obţinerea pieselor sinterizate este:

3. Numărul de piese produse prin sinterizare se recomandă să fie:

4. Rezistenţa mecanică a pieselor sinterizate este comparabilă cu:

5. Operaţia complementară de calibrare se aplică pieselor sinterizate pentru:

M1.U3.6. Materiale compozite

Materialele compozite sunt materiale cu proprietăţi anizotrope, formate din mai multe

componente, a căror organizare şi elaborare permit folosirea caracteristicilor celor mai bune

ale componentelor, astfel încât materialul rezultat să posede proprietăţi finale generale,

superioare componentelor din care este alcătuit.

Principalele proprietăţi ale materialelor compozite sunt:

densitate mică în raport cu metalele (compozitele din răşini epoxidice armate cu

fibre de Si, B şi C au densitate sub 2 g/cm3);

a) 4 etape tehnologice c) 8 etape tehnologice

b) 3 etape tehnologice

a) 50% c) peste 98%

b) 80%

a) mare c) mic

b) foarte mic

a) rezistenţa oţelurilor aliate c) rezistenţa fontelor cenuşii

b) rezistenţa materialelor polimerice

a) creşterea rugozităţii c) micşorarea porozităţii

b) creşterea preciziei

43

rezistenţă sporită la tracţiune, la şoc şi abraziune (de exemplu, în tabelul M1.U3.1.

se prezintă comparativ cinci materiale şi lungimea la care se rupe o bară cu secţiunea de 1

cm2 sub greutatea proprie);

Tabelul M1.U3.1. Compararea rezistenţei la rupere pentru unele materiale

Materialul Oţel Titan Aluminiu Sticlă Fibre de carbon

Lungimea, [km] 5,44 15,6 19,95 24,6 78,8

coeficient de dilatare foarte mic în comparaţie cu metalele;

durabilitate mare în funcţionare (în aceleaşi condiţii de funcţionare, 1 kg de kevlar

înlocuieşte 5 kg de oţel la o durată de funcţionare echivalentă);

capacitate mare de amortizare a vibraţiilor (de circa 3 ori mai mare decât Al);-

siguranţă mare în funcţionare (ruperea unei fibre dintr-o piesă fabricată din materiale

compozite nu constituie amorsă de rupere imediată a piesei);

rezistenţă îndelungată la agenţi atmosferici (oxidare, coroziune etc.);

stabilitate chimică şi termică la temperaturi înalte (fibrele de kevlar, teflon, hyfil

până la 500 0C iar fibrele ceramice de tip SiC, S3N4 şi Al2O3 până la 14000C);

în procesul de elaborare nu solicită instalaţii complexe şi consumuri energetice

mari în comparaţie cu materialele metalice.

Un material compozit este alcătuit din matrice şi materialul de ranforsare.

Matricea constituie în general liantul în care sunt impregnate materialele de

ranforsare. Rolul său este de a prelua şi a transmite solicitările materialului de ranforsare şi a

constitui împreună cu acestea elementele de rezistenţă ale compozitului.

Materialul de ranforsare este alcătuit din fibre sau particule diverse (oxizi, nitruri,

carburi, boruri etc.). Deci după arhitectura lor internă, materialele compozite se pot clasifica

astfel:

- materiale compozite armate cu fibre (figura M1.U3.10., a);

- materiale compozite disperse (figura M1.U3.10., b);

- materiale compozite stratificate (figura M1.U3.10., c).

Fig. M1.U3.10. Materiale compozite

M1.U3.6.1. Materialele compozite armate cu fibre

Matricea are rolul de a lega fibrele într-un tot unitar, de a le proteja împotriva acţiunii

factorilor externi agresivi şi de a asigura o serie de proprietăţi fizico – chimice. În funcţie de

natura materialului, ea poate fi metalică, ceramică sau polimerică.

Matricea metalică este realizată dintr-un aliaj cu bază de Ni sau Co, îmbunătăţit prin

aliere cu W, Mo, V, Al, Zr sau B, sau din metale pure ca Al, Ti, Ni, W, Mo etc.

44

Matricea ceramică este realizată din Cr2O3 sau sticlă. Avantajul acestui tip de matrice

îl constituie compatibilitatea fizică şi chimică ridicată cu fibrele la temperatură înaltă.

Matricea polimerică este constituită din materiale termoplaste sau materiale

termorigide. Dintre materialele termoplaste sunt mai des utilizate polietilena, polipropilena,

ABS-ul (acrilonitril – butadien-stiren), policarbonaţii, poliamidele, PTFE-ul (politetrafluo-

retilena), iar dintre materialele termorigide, răşinile epoxidice.

Fibrele interioare au rolul de a prelua sarcinile mecanice la care este supus materialul,

acţionând ca o barieră în calea deplasării dislocaţiilor. Cele mai utilizate sunt fibrele metalice,

ceramice, de carbon, de sticlă, de bor, mixte etc.

Fibrele de carbon folosite la armarea materialelor plastice sunt obţinute prin piroliză

controlată, urmată de o orientare preferenţială a cristalelor prin tratamente termice şi mecanice

simultane, din unele materiale organice (celuloză, fibre acrilonitrilice sau acrilice, reziduuri de

la distilarea gudroanelor etc.). Conţin 80…95 % carbon şi se remarcă printr-o excelentă

inerţie chimică şi suprafaţă activă, printr-o stabilitate la temperaturi ridicate şi printr-o mare

rezistenţă la abraziune. Au o densitate mică (1,4…1,8 g/cm3) şi o conductivitate electrică

mare, cea termică fiind mică.

Valoarea remarcabilă a caracteristicilor mecanice pe care le au creşte pe măsură ce

temperatura în exploatare creşte, deosebindu-se net de alte materiale folosite la armare.

Sunt compatibile cu foarte multe materiale elastice, neafectându-le întărirea. Raportul

rezistenţă / greutate este excepţional de bun. Ele conferă materialelor pe care le armează o

rezistenţă la abraziune mai mare ca în cazul armării cu fibre de sticlă, dar şi un coeficient de

frecare mai mic. Dacă în materialul plastic se introduc şi unii agenţi de umplere (grafit sau

pulbere de bronz), rezistenţa la uzură poate fi apreciabil mărită.

Filamentele scurte de carbon sunt folosite unite în fire (grosime 0,15…1,00 mm,

număr de filamente 720…10000). Ţesăturile realizate cu aceste fibre sunt uni – sau, mai rar,

bidirecţionale (în sensul urzelii), au 10…30 fire/cm2, se remarcă prin unele caracteristici

mecanice excepţionale (modul de elasticitate şi rezistenţă la forfecare mari, contracţie mică şi

alungire mediocră).

Fibrele metalice folosite (la fibrele lungi diametrul 0,0005…0,25 mm, la fibrele cu o

lungime mai mică de 25 mm diametre sub 0,005 mm) sunt realizate din oţeluri cu conţinut

redus de carbon şi unele materiale cu 35% Co+ 5 % Ni + 25% Mo, din molibden, wolfram,

aluminiu sau cupru electrolitic.

Exemple

Având în vedere proprietăţile deosebite ale materialelor compozite, acestea se

utilizează în numeroase domenii:

domeniul construcţiei de maşini (lagăre - figura M1.U3.7., rotoare de

compresoare centrifugale, palete de ventilatoare, biele, scule aşchietoare, scule

pentru deformări la rece sau la cald etc.);

domeniul aerospaţial (structuri de aeronave - figura M1.U3.8., componente

ale motoarelor funcţionând în regim termic ridicat, sisteme de frânare etc.);

domeniul transportului naval ( structuri pentru ambarcaţiuni sportive şi nave

uşoare, elemente puternic solicitate ale motoarelor etc.);

domeniul transportului rutier (caroserii pentru autovehicule, sistemul de

alimentare cu combustibil, panoul de comandă - figura M1.U3.9., sistemul de

frânare etc.);

45

domeniul electronicii şi electrotehnicii (componente pasive – piese diverse

pentru imprimante, conductoare, conectoare, componente active – capsule pentru

circuite integrate etc.);

domeniul medical (proteze) , casnic etc.

Fig. M1.U3.7. Lagăre (bronz+grafit)

Fig. M1.U3.8. Profiluri pt. suprastructuri

(poliester+fibre de sticla)

Fig. M1.U3.9. Panou de bord Ford Explorer (termoplaste+fibre de sticlă)

Prezentaţi principalele proprietăţi ale materialelor compozite.

Materialele plastice armate cu fibre metalice au o densitate mare şi un raport rezistenţă

mecanică/greutate mediocru. Fibrele de bumbac se folosesc ca atare sau sub formă de

ţesătură, obţinându-se măriri remarcabile ale rezilienţei. Fibrele poliamidice au o bună

rezistenţă la abraziune, solvenţi organici şi acizi slabi, sensibilitate la acizii puternici, modul

de elasticitate mic. Fibrele poliesterice sunt similare cu cele poliamidice, dar au un modul

de elasticitate mai mic şi o sensibilitate mare la medii alcaline. Comportamentul mecanic al

acestui tip de materiale compozite unidirecţionale se prezintă în diagrama din figura

M1.U3.11.

Rezistenţa la rupere RC şi modulul de elasticitate EC ale compozitului pot fi calculate

utilizând relaţiile:

RC = Vf Rf + Vm Em f, (M1.U3.1.)

EC = Vf Ef + Vm Em, (M1.U3.2.)

În care : V - % din volum; - alungirea la rupere; indicii c, f, m – indică materialul

compozit, fibra, respectiv matricea.

În mod obişnuit materialele compozite durificate cu fibre se realizează prin metode şi

procedee tehnologice indirecte (fibrele şi matricea se fabrică independent şi se supun apoi

46

Fig. M1.U3.11. Curba tensiune – deformaţie a unui compozit unidirecţional

agregării sub formă de material compozit), cum ar fi:

lipirea simplă: fibrele se aliniază şi se dispun în straturi alternante cu matricea, după

care se supun unui proces de agregare prin lipire (realizat în mod obişnuit prin încălzirea şi

întărirea prin polimerizare a matricei), această metodă fiind utilizată frecvent pentru realizarea

compozitelor cu fibre de sticlă sau de carbon şi matricea din răşini sintet ice

infiltrarea: fibrele se aliniază în direcţia de armare dorită, materialul matricei este

adus în stare topită, se infiltrează între fibre (sub vid sau sub presiunea unui gaz inert) şi prin

solidificare determină formarea compozitului, această metodă permiţând fabricarea

materialelor compozite cu matrice metalică şi fibre ceramice (de exemplu, compozitele cu

fibre de safir în matrice de argint); o variantă a acestei metode o reprezintă depunerea pe

fibrele aliniate în direcţia de armare dorită a materialului matricei, topit sub formă de picături

fine cu ajutorul unui jet de plasmă;

depunerea electrolitică a matricei în jurul fibrelor: fibrele se aliniază în direcţia de

armare dorită, după care se depune electrolitic între ele materialul matricei, care se poate

supune ulterior şi unor operaţii de prelucrare prin deformare plastică la cald pentru mărirea

fracţiei volumice a fibrelor în materialul compozit, cu această tehnologie fiind realizate, de

exemplu, compozitele cu fibre de carbon şi matrice de nichel (la care metoda infiltrării nu dă

rezultate bune, deoarece nichelul topit atacă şi deteriorează fibrele de carbon) şi compozitele

cu fibre de oţel şi matrice de nichel.

Să ne reamintim...

Materialele compozite sunt materiale cu proprietăţi anizotrope, formate din mai

multe componente, a căror organizare şi elaborare permit folosirea

caracteristicilor celor mai bune ale componentelor, astfel încât materialul rezultat

să posede proprietăţi finale generale, superioare componentelor din care este

alcătuit.

47

M1.U3.6.2. Materiale compozite disperse

La aceste materiale, matricea este armată cu particule, dispersate uniform în masa

materialului. Matricea are rolul de a prelua sarcinile mecanice, iar particulele disperse au

rolul de a se împotrivi propagării dislocaţiilor, ridicând astfel proprietăţile mecanice ale

matricei. Matricea poate fi şi în acest caz metalică, ceramică sau polimerică, iar particulele

disperse pot fi oxizi (Al2O3, Cr2O3, MgO, SiO2, ZrO2), carburi (SiC, TiC), boruri (Cr3B2,

TiB2, ZrB2), siliciuri (MoSi2), nitruri (TiN, Si3N4) etc.

Exemple

Compozitul pe bază de siliciu (materialul de ranforsare) şi cordierit (pulberi de

MgO, Al2O3, şi SiO2 – matricea) se caracterizează printr-o conductivitate

termică scăzută, rezistenţă mecanică înaltă şi stabilitate înaltă la oxidare,

compozitul pe bază de răşină epoxidică şi răşină poliesterică (matricea) şi ferită

(materialul de ranforsare) se caracterizează prin rigiditate ridicată, caracteristici

mecanice de amortizare şi stabilitate chimică bune etc.

Prezentaţi metodele şi procedeele tehnologice indirecte prin care se realizează, în

mod obişnuit, materialele compozite durificate cu fibre.

M1.U3.6.3. Materiale compozite stratificate

Sunt obţinute prin aplicarea, la suprafaţa materialului de bază, a unui strat din alt

material. Aplicarea acestui strat din alt material cu proprietăţi diferite de cele ale materialului

de bază se realizează cel mai des prin turnare, sudare sau laminare. Principalul avantaj al

acestor materiale este de ordin economic şi de ordin calitativ, deoarece prin utilizarea lor se

economisesc importante cantităţi de materiale scumpe sau deficitare, îmbunătăţindu-se, în

acelaşi timp, calităţile produselor şi mărindu-se durata lor de funcţionare în condiţiile unor

performanţe ridicate.

Exemple

Câteva exemple de asemenea materiale compozite sunt: duraluminiul, cu

rezistenţă ridicată la rupere, placat cu aluminiu pur, cu rezistenţă ridicată la

coroziune; oţeluri carbon, ieftine, placate cu oţeluri de scule cu duritate

ridicată şi rezistenţă la uzare sau cu oţeluri inoxidabile rezistente la coroziune;

În afară de materialele compozite bicomponente, prezentate mai sus, se utilizează şi

compozite tricomponente (tip “sandwich”). De exemplu, pentru împiedicarea difuziunii

carbonului dintr-un oţel în altul, se poate interpune prin placare un strat de nichel, care nu

permite difuziunea prin el a carbonului. Tot un material tip “sandwich” este prezentat în

figura M1.U3.12. El este alcătuit din două plăci subţiri din metal (de exemplu aluminiu, titan

sau oţel), între care se găseşte o structură tip fagure, din material mai dur (duraluminiu sau

aliaj de titan), rezultând un material compozit deosebit de rezistent şi rigid.

M1.U3.7. Rezumat

Principalele proprietăţi ale materialelor compozite sunt: densitate mică în

raport cu metalele, rezistenţă sporită la tracţiune, la şoc şi abraziune, coeficient

48

de dilatare foarte mic în comparaţie cu metalele, durabilitate mare în

funcţionare, capacitate mare de amortizare a vibraţiilor, siguranţă mare în

funcţionare, rezistenţă îndelungată la agenţi atmosferici, stabilitate chimică şi

termică la temperaturi înalte. Un material compozit este alcătuit din matrice şi

materialul de ranforsare.

Matricea constituie în general liantul în care sunt impregnate materialele de

ranforsare. Rolul său este de a prelua şi a transmite solicitările materialului de

ranforsare şi a constitui împreună cu acestea elementele de rezistenţă ale

compozitului. Materialul de ranforsare este alcătuit din fibre sau particule

diverse (oxizi, nitruri, carburi, boruri etc.).

Fig.M1.U3.12. Material compozit tip

“sandwich”


1. Materialele compozite au proprietăţi:

2. Siguranţa în funcţionare a materialelor compozite este:

a) mică c) mare

b) medie

3. Proprietăţile materialelor compozite, comparate cu proprietăţile

componentelor lor, sunt:

a) inferioare c) superioare

b) egale

4. Fibrele din compoziţia unui material compozit au rol:

a) anticoroziv c) asigura rezistenţa mecanică

b) estetic

5. Matricea unui material compozit are rol:

a) de a se împotrivi deplasării

dislocaţiilor

c) de a reduce costul produsului

b) de a asigura rezistenţa la coroziune

a) anizotrope c) izostatice

b) izotrope

49

Unitatea de învăţare M1.U4. Materiale plastice şi adezivi

Cuprins

M1.U4.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ......... 49


M1.U4.3. Materiale plastice ................................ ................................ ............................... 50

M1.U4.3.1. Materiale plastice termoplaste ................................ ................................ ... 50

M1.U4.3.2. Materiale plastice termorigide ................................ ................................ .. 54

M1.U4.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 55


M1.U4.6. Adezivi ................................ ................................ ................................ ................ 56

M1.U4.6.1. Adezivi vegetali ................................ ................................ ......................... 56

M1.U4.6.2. Adezivi animali................................ ................................ .......................... 57

M1.U4.6.3. Adezivi minerali ................................ ................................ ........................ 57

M1.U4.6.4. Elastomeri ................................ ................................ ................................ .. 57

M1.U4.6.5. Adezivi termoplastici ................................ ................................ ................. 57

M1.U4.6.6. Adezivi termorigizi ................................ ................................ .................... 58

M1.U4.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 59



Prin mase plastice se înţeleg de obicei produsele sintetice macromoleculare,

care pot lua forma dorită folosindu-se proprietatea comună – plasticitatea.

Principalele proprietăţi sunt: greutate specifică redusă, rezistenţă la încovoiere,

întindere şi compresiune bune, stabilitate chimică remarcabilă faţă de majoritatea

mediilor agresive, coeficient de dilatare specifică mare, porozitate reglabilă,

prelucrabilitate simplă, conductivitate electrică nulă şi conductivitate termică

mică, aspect estetic, cost scăzut.

Adezivii sunt materiale care asigură stabilirea unor legături între diferitele

părţi sau elemente ale unor piese din materiale de acelaşi fel sau din materiale

diferite, având în componenţă următoarele elemente: materiale de bază, cu

proprietăţi de lianţi, solvenţi, care au rolul de a influenţa gradul de vâscozitate al

adezivului, materiale de umplutură, care contribuie la îmbunătăţirea proprietăţilor

fizico-mecanice, micşorând contracţia şi dilatarea termică şi catalizatori, care au

rolul de a accelera procesul de solidificare a adezivului.


În această unitate de învăţare este realizată o prezentare generală a

produselor sintetice macromoleculare, denumite materiale plastice. Sunt

prezentate atât materialele termoplaste, cât şi cele termorigide, evidenţiindu-se

proprietăţile şi domeniile principale de utilizare. De asemenea, este realizată o

prezentare a principalelor tipuri de adezivi, insistându-se asupra proprietăţilor

specifice ale acestora.


clasifice materialele plastice şi să descrie calităţile deosebite ale acestora;

prezinte principalele grupe de materiale plastice şi domeniile de utilizare

recomandate;

prezinte caracteristicile specifice ale adezivilor;

50

descrie câteva recomandări privind alegerea unor adezivi sintetici.


M1.U4.3. Materiale plastice

Prin mase plastice se înţeleg de obicei produsele sintetice macromoleculare, care pot

lua forma dorită folosindu-se proprietatea comună – plasticitatea. Indiferent de categoria în

care se încadrează, masele plastice au câteva caracteristici generale prezentate în continuare:

greutate specifică redusă, în general sub 1,8 g/cm3, datorită faptului că elementele

componente (în principal H şi C) au masa atomică redusă;

rezistenţă la încovoiere, întindere şi compresiune bune;

stabilitate chimică remarcabilă faţă de majoritatea mediilor agresive;

coeficient de dilatare specifică mare datorită legăturilor Van der Waals (legături

slabe) dintre catene şi conformaţiei acestora;

sunt inflamabile (în marea majoritate a cazurilor) şi au stabilitate termică redusă

datorită faptului că sunt substanţe organice; din acelaşi motiv pot fi degradate de

microorganisme (biodegradabilitate);

porozitate reglabilă (structură cu pori închişi sau deschişi);

prelucrabilitate simplă;

conductivitate electrică nulă şi conductivitate termică mică;

proprietăţile lor sunt afectate de radiaţiile din spectrul vizibil, de ultraviolete şi de

radiaţiile ionizante care pot rupe legăturile dintre catene şi/sau dintre monomeri modificând

astfel structura iniţială prin reducerea gradului de polimerizare;

aspect estetic (produse colorate în masă, translucide sau transparente);

factorii fizico-chimici (temperatură, radiaţii, prezenţa oxigenului şi ozonului,

umiditatea etc.) acţionează conjugat, ceea ce are ca efect îmbătrânirea materialului, ce se

manifestă la nivel macroscopic prin apariţia unor fisuri, schimbări de culoare, înrăutăţirea

proprietăţilor dielectrice (scad valorile rezistivităţii şi permitivităţii electrice), reducerea

proprietăţilor de rezistenţă mecanică, de plasticitate şi de elasticitate;

cost scăzut.

Pentru evidenţierea calităţilor deosebite ale maselor plastice, în tabelul M1.U4.1. se

prezintă, comparativ, câteva proprietăţi ale unor metale frecvent utilizate în tehnică şi ale unui

termoplast (NYLON 66).

Clasificarea materialelor plastice după comportarea la încălzire se poate face astfel:

materiale plastice termoplaste - supuse încălzirii, pot fi prelucrate prin diferite

procedee. Produsele pot fi supuse la numeroase topiri sau înmuieri ulterioare, fără a suferi

transformări chimice.

materiale plastice termorigide - se înmoaie prin încălzire, putând fi prelucrate, iar

apoi se întăresc ireversibil, deoarece moleculele suferă transformări chimice.

M1.U4.3.1. Mase plastice termoplaste

a) Polietilenă (PE)

Materialele pe bază de polietilenă se pot prezenta în două stări: lichide vâscoase pentru

lubrifiere sau solide translucide pentru formare. Polietilena este caracterizată printr-o

rezistenţă chimică excelentă la majoritatea substanţelor agresive, conductivitate electrică nulă,

non-toxicitate, flexibilitate. Utilizări: roţi dinţate, izolaţii electrice etc.

51

Tabelul M1.U4.1. Compararea proprietăţilor materialului NYLON 66 şi ale unor metale

Metale NYLON 66 Proprietăţi

caracteristice

U.M.

Oţel Al Mg Unifilar 30% fibre

de sticlă

30% fibre

de carbon

Greutate specifică g/cm3 7,8 2,8 1,8 1,14 1,37 1,28

Rezistenţă la

tracţiune

daN/mm2 50 20 22,5 8 18 24

Rezistenţă la

încovoiere

daN/mm2 50 12 10 10 26 35

Modul de

încovoiere

daN/mm2x

104

2,10 0,70 0,50 0,03 0,09 0,20

Alungire la

tracţiune

% 25 8 - 10 3 4

Solicitare la

tracţiune

daN/mm2 42 11 15 0,60 2 5

Coeficient de

dilatare liniară

10-6

/ K 14 22 25 80 30 20

b) Polipropilenă (PP)

Este un material mai dur şi mai rigid decât polietilena. De asemenea, în comparaţie cu

polietilena, are rezistenţă la tracţiune, modul de elasticitate, rezistenţă la căldură, rezistenţă la

flexiune şi rezistenţă la agenţi chimici mai mari, absorbţia de apă redusă, proprietăţi

dielectrice comparabile.

Exemple

Polipropilena este utilizată pentru fitinguri, folii pentru ambalaje, izolaţii electrice,

piese diverse de maşini etc.

c) Policlorură de vinil (PVC)

La temperatura atmosferică este dur şi rigid, dar are tendinţa de a se descompune prin

expunere la lumină puternică. Pentru evitarea acestui inconvenient, se amestecă cu silicaţi sau

stearaţi; de asemenea, în compoziţie se pot adăuga diverşi coloranţi, plastifianţi sau fibre

pentru ranforsare. PVC în combinaţie cu diferiţi aditivi se prelucrează uşor prin multe

procedee de formare şi dă posibilitatea unei diversităţi mari de aplicaţii. Proprietăţile

mecanice şi electrice sunt bune, are rezistenţă deosebită la agenţi chimici, este rezistent la foc

(se auto-stinge), are rezistenţă mare la şocuri mecanice etc.

Exemple

Policlorura de vinil este utilizată piese diverse de maşini, izolaţii electrice,

conducte, fitinguri, rezervoare în industria chimică etc.

d) Politetrafluoretilenă (PTFE)

Face parte din categoria polimerilor cu fluor, împreună cu politrifluorcloretilena,

polifluoretilena-propilena, polifluorura de vinil, copolimerul tetrafluoretilena-etilena.

Politetrafluoretilena este complet inertă din punct de vedere chimic, are un coeficient de

frecare foarte scăzut (0,04), nu este inflamabilă, putând fi utilizată într-un interval de

52

temperaturi de la –200 la +3000C. Densitatea acesteia are valoarea 2,1…2,25 g/cm

3, rezistenţa

la rupere are valoarea 1,7…2,8 daN/mm2, iar modulul de elasticitate are valoarea

(3,5…6,2)x10-4

daN/mm2.

Exemple

Politetrafluoretilena este utilizată pentru lagăre de alunecare, corpuri de pompe,

tije de supape, garnituri, cilindri, cuve, garnituri la îmbinări etc.

e) Polistiren (PS)

Este un material fragil şi transparent, având, la temperatura mediului, proprietăţi

asemănătoare sticlei. Este un foarte bun izolator electric şi are o rezistenţă chimică bună la

majoritatea acizilor. Poate fi uşor expandat obţinându-se spume rigide. Utilizări: echipamente

electrice, piese pentru refrigeratoare şi containere alimentare, spume rigide pentru izolări şi

ambalaje.

Exemple

Copolimerul acrilonitril-butadien-stiren (ABS) ranforsat cu fibre de sticlă se

utilizează pentru caroserii de automobile, carcase pentru telefoane sau imprimante,

piese diverse pentru maşini etc. Printre alte proprietăţi ale ABS se numără şi

rigiditatea şi rezistenţa la şoc, care permit realizarea de piese cu grosimi mici,

rezistenţă la uzură şi la pătare faţă de uleiuri, lacuri, detergenţi, luciul bun la

suprafaţă, rezistenţa la căldură, stabilitatea dimensională, uşurinţa de prelucrare.

f) Polimeri acrilici (polimetacrilat de metil ş.a.)

Din această grupă fac parte polimetacrilatul de metil, polimetacrilatul de metil-

acrilonitril, copolimerul metacrilat de metil-alilic, polimetacrilatul de metil-stiren,

polimetacrilatul de metil-stiren-butadienă şi polimetacrilatul de metil-PVC. Polimetacrilatul

de metil este un material transparent (92% transmisie de lumină), dur, rigid, rezistent la

şocuri, rezistent la majoritatea substanţelor chimice, dar este atacat de acetonă, petrol şi

derivaţii acestuia. Principalele proprietăţi fizico-chimice sunt: densitatea de 1,18 g/cm3,

rezistenţa la rupere 5…7,5 daN/mm2, modulul de elasticitate E = (2700…3500)x10

-4.

Exemple

Polimerii acrilici sunt utilizaţi pentru lagăre de alunecare (adaosurile de 5…10%

grafit, talc, ZnO2 BaSO4 micşorează coeficientul de frecare până la 0,03…0,06),

parbrize de automobile sau avioane, panouri pentru construcţii etc.

Specificaţi proprietăţile caracteristice ale maselor plastice.

g) Poliamidă (PA - naylon)

Nylonul (NYLON 6.6, NYLON 10, NYLON 11 etc.) este un material dur, rezistent la

abraziune, flexibil, rezistent la şocuri, coeficient de frecare mic (0,15 uscat şi 0,06 lubrifiat),

rezistenţă bună la majoritatea substanţelor chimice, dar are tendinţă de absorbţie a apei, ceea

ce îi micşorează duritatea şi rezistenţa la şocuri.

53

Exemple

Poliamida este utilizată pentru angrenaje fără lubrifiant, colivii de rulmenţi, lagăre

cu alunecare, fitinguri, conducte, piese pentru pompe, izolaţii electrice etc .

h) Poliesteri (nesaturaţi)

Din grupa poliesterilor fac parte politereftalatul de butilenă (PBT), politereftalatul de

etilen-glicol şi politereftalatul tereftalat (PMTP). Se caracterizează prin proprietăţi mecanice,

electrice şi termice bune, coeficient de frecare redus (0,16).

Exemple

Poliesterii sunt utilizaţi pentru lagăre cu alunecare, carcase pentru maşini şi

aparate, fibre de ranforsare pentru materiale compozite.

i) Policarbonaţi

Policarbonaţii se caracterizează prin rezistenţă mecanică ridicată, rezistenţă la şocuri şi

flexibilitate chiar la temperaturi de -1500C, termostabilitate până la 135

0C, ductilitate mare,

rezistenţă chimică la apă, acizi, soluţii de săruri, grăsimi, uleiuri, hidrocarburi benzenice,

absorbţie mică de apă. Rezistenţa la rupere este 5,9…7,0 daN/mm2, iar modulul de elasticitate

E = (2,2…2,4)x10-4

daN/mm2.

Exemple

Policarbonaţii sunt utilizaţi pentru componente din întrerupătoare şi panouri

electrice, mânere pentru scule, piese pentru imprimante sau maşini de scris, fire de

ranforsare pentru materiale compozite etc.

j) Poliacetali

Proprietăţile principale ale poliacetalilor sunt: proprietăţi mecanice şi fizice apropiate

de ale metalelor şi aliajelor uşoare, coeficient de frecare scăzut, rezistenţă la tracţiune 6,2…7

da/mm2, modulul de elasticitate E = (6,2…7)x10

-4 daN/mm

2, rezistenţă bună la abraziune,

rezistenţă la şocuri mecanice, absorbţie mică de apă (sub 0,9%), flexibilitate mare

(comportare asemănătoare unui resort din oţel).

Exemple

Poliacetalii sunt utilizaţi pentru autovehicule, aparatură electrocasnică, roţi dinţate

pentru contoare, diverse piese pentru construcţia de maşini, etc.

k) Elastomeri (cauciuc poliizoprenic, acrilic, nitrilic, sil iconic etc.)

Elastomerii sunt materiale care au modul de elasticitate cu valori mari şi îşi pot

modifica dimensiunile în limite largi, revenind însă la dimensiunile iniţiale imediat după

încetarea acţiunii deformatoare. Ei pot fi clasificaţi în patru grupe:

grupa R, conţinând polimeri nesaturaţi (cauciuc natural sau poliizoprenic, copolimer

stiren-butadienă, copolimer izobutilenă-izopren, etc.);

grupa M, conţinând polimeri saturaţi (copolimer etilenă-propilenă, cauciuc acrilic,

polietilenă clorosulfonată, polimer fluorocarbonic, polifluoroelastomer);

grupa U, conţinând poliuretani (de tip poliesterici sau de tip polieterici);

grupa Q, conţinând cauciuc siliconic.

54

Exemple

Elastomerii sunt utilizaţi pentru curele de transmisie de toate tipurile

(trapezoidale, late, dinţate), benzi transportoare, anvelope şi camere pentru

anvelope etc.

În câte stări se pot prezenta materialele pe bază de polietilenă?

l) Alte materiale termoplaste

Polisulfone (polisulfona PS, polieter-sulfona PES, poliaril-sulfona PAS), poliuretani,

copolimeri olefinici, celulozice (acetat de celuloză, acetobutirat de celuloză, azotatul de

celuloză sau nitroceluloza, etil celuloză etc.) etc.

M1.U4.3.2. Mase plastice termorigide

a) Polimeri fenolici (fenoplaste)

Grupa fenoplastelor cuprinde mai multe tipuri de polimeri fenolici:

a.1.) Polimeri fenol-formaldehidici (bachelite), utilizaţi ca răşini pentru turnare,

stratificare etc., prafuri de presare în diverşi aditivi, materiale de umplutură, spume fenolice.

Caracteristicile principale ale produselor formate din fenoplaste sunt: rezistenţă mecanică

bună, rigiditate, stabilitate dimensională, rezistenţă la căldură (80…1590C), rezistenţă la

umezeală şi multe medii chimice agresive.

a.2.) Polimeri fenol-formaldehidici modificaţi, având proprietăţi şi aplicaţii specifice.

De exemplu, modificaţi cu cauciuc, oferă rezistenţă la şoc, modificaţi cu poliesteri,

ameliorează supleţea şi solubilitatea în fenoli etc.

a.3.) Polimeri fenol-furfurolici, având rezistenţă bună în mediu coroziv şi

caracteristici dielectrice superioare.

a.4.) Răşini fenolice, caracterizate prin proprietăţi electrice superioare, cât şi prin

rezistenţe mecanice, termice şi chimice foarte bune.

b) Poliamine (aminoplaste)

Principalele poliamine industriale sunt:

b.1.) Carbamidele, care se caracterizează prin rezistenţă la şoc, la căldură şi la flacără,

rigiditate şi luciu al suprafeţei, rezistenţă la agenţi chimici, proprietăţi mecanice şi electrice

bune.

b.2.) Melaminele, cu rezistenţă la şoc, la căldură şi la flacără, rigiditate şi luciu al

suprafeţei, proprietăţi dielectrice bune chiar la temperaturi ridicate, rezistenţă bună la apă

fierbinte şi la agenţi chimici etc.

b.3.) Melaminele modificate prin introducerea de alcooli, celuloză etc.

c) Poliesteri termorigizi (saturaţi)

Poliesteri nesaturaţi (termoplastici) se transformă în poliesteri termorigizi prin reacţii

de reticulare cu monomeri de tipul stiren, metilmetacrilat etc. Proprietăţile principale ale

acestor poliesteri sunt: caracteristici dielectrice bune, transparenţă, rezistenţă la un număr

mare de agenţi chimici, posibilitatea prelucrării prin tehnologii multiple.

55

Exemple

Poliesterii termorigizi sunt utilizaţi piese diverse armate cu fibre de sticlă,

rezervoare, conducte, piese electrotehnice, răşini ignifuge, etc.

d) Polimeri epoxi

Se utilizează două mari clase de polimeri epoxi: răşini epoxi şi copolimeri epoxi.

Răşinile epoxi se caracterizează prin adezivitate foarte mare faţă de multe materiale,

utilizându-se sub formă de răşini de turnare, adezivi şi amestecuri, lacuri din răşini epoxi pure

sau modificate, pulberi pentru acoperiri. Piesele diverse turnate din răşini epoxi au proprietăţi

mecanice şi electrice bune, întărirea realizându-se la temperatura ambiantă sau la temperaturi

de la 40 la 1000C. Adezivii şi masticurile conferă următoarele proprietăţi: menţinerea

rezistenţei la lipire până la circa 90 0C, contracţie mică (sub 4 %), rezistenţă bună la agenţi

chimici, adezivitate foarte bună în special faţă de metale.

Lacurile din răşini epoxi aderă bine la suport, au proprietăţi mecanice şi flexibilitate

bune, au rezistenţă la uzură satisfăcătoare. Răşinile epoxi ranforsate cu materiale ca hârtie,

fibre sau ţesături de sticlă, carbon etc., se remarcă prin adezivitate bună, contracţie mică la

întărire, rezistenţă la oboseală, proprietăţi electrice şi mecanice bune.

Copolimerii epoxi se utilizează în special în domeniul adezivilor şi acoperirilor,

remarcându-se printr-o mare rezistenţă la şoc, o mărire considerabilă a rezistenţei peliculei şi

o coborâre a temperaturii de tranziţie vitroasă.

Utilizări: adezivi, masticuri, pulberi pentru acoperiri, piese diverse armate cu fibre etc.

e) Poliimide

Principala caracteristică a poliimidelor o constituie rezistenţa mare la căldură: unele

produse îşi păstrează proprietăţile mecanice şi electrice până la aproape 500 0C.

e.1.) Poliimidele aromatice au temperatura de utilizare între –100 şi +250 0C, iar prin

adaosuri de umpluturi (grafit, bronz, fibre de sticlă etc.) se îmbunătăţesc unele proprietăţi

specifice (coeficientul de frecare, coeficientul de dilatare termică, stabilitatea dimensională).

Exemple

Poliimidele aromatice sunt utilizate pentru generatoare cu aburi, izolatori termici,

comutatoare, suporturi pentru bobine, piese ale motoarelor cu reacţie, etc.

e.2.) Poliesterimidele sunt polimeri cu rezistenţă la temperaturi ridicate şi cu aplicaţii

speciale, în particular în domeniul aerospaţial.

f) Alte materiale termorigide

Poliuretani termorigizi, polimeri alchidici, polimeri siliconici, polimeri alil ici etc.

M1.U4.4. Rezumat

Masele plastice sunt produse sintetice macromoleculare.

Principalele proprietăţi sunt: greutate specifică redusă, rezistenţă la încovoiere,

întindere şi compresiune bune, stabilitate chimică remarcabilă faţă de

majoritatea mediilor agresive, coeficient de dilatare specifică mare, porozitate

reglabilă, prelucrabilitate simplă, conductivitate electrică nulă şi conductivitate

termică mică, aspect estetic, cost scăzut.

56

Clasificarea materialelor plastice după comportarea la încălzire se poate face

astfel: mase plastice termoplaste, respectiv mase plastice termorigide.

Materiale plastice termoplaste - supuse încălzirii, pot fi prelucrate prin diferite

procedee. Produsele pot fi supuse la numeroase topiri sau înmuieri ulterioare,

fără a suferi transformări chimice.

Materiale plastice termorigide - se înmoaie prin încălzire, putând fi prelucrate,

iar apoi se întăresc ireversibil, deoarece moleculele suferă transformări chimice.


1. Realizaţi clasificarea materialelor plastice după comportarea acestora la

încălzire.

2. Prezentaţi caracteristicile polistirenului.

3. Care sunt principalele proprietăţi ale poliacetalilor?

4. Prezentaţi principalele poliamine industriale.

5. Politetrafluoretilena are un coeficient de frecare:

a) scăzut c) foarte scăzut

b) ridicat

6. Policarbonaţii se caracterizează printr-o rezistenţă mecanică:

a) ridicată c) mică

b) medie

7. Elastomerii sunt materiale care au modul de elasticitate cu valori :

a) mici c) medii

b) mari

8. Care este principala caracteristică a poliimidelor?

M1.U4.6. Adezivi

Adezivii sunt materiale care asigură stabilirea unor legături între diferitele părţi sau

elemente ale unor piese din materiale de acelaşi fel sau din materiale diferite. Ei înlocuiesc cu

mult succes asamblările clasice cu şuruburi, nituri etc. Adezivii folosiţi pentru îmbinările prin

lipire a două materiale de acelaşi fel sau diferite, au în componenţă următoarele elemen te:

materiale de bază, cu proprietăţi de lianţi (cauciuc, răşini sintetice, poliesteri etc.);

solvenţi, care au rolul de a influenţa gradul de vâscozitate al adezivului;

materiale de umplutură, care contribuie la îmbunătăţirea proprietăţilor fizico-

mecanice, micşorând contracţia şi dilatarea termică;

catalizatori, care au rolul de a accelera procesul de solidificare a adezivului.

Adezivii pot fi clasificaţi în următoarele tipuri: adezivi vegetali; adezivi animali;

adezivi minerali; elastomeri; adezivi sintetici (termoplastici, termorigizi)

M1.U4.6.1. Adezivi vegetali

Adezivii vegetali sunt dizolvabili în apă fiind, în general, produse pe bază de hidraţi de

carbon: amidon, dextrină, gumă arabică etc. Se utilizează pentru lipirea hârtiei, textilelor sau

furnirului.

57

M1.U4.6.2. Adezivi animali

Adezivii animali sunt în special pe bază de colagen, o proteină obţinută din piei, peşti

etc. (clei de gelatină, de caseină, de albumină etc.). Pentru întărire sunt necesare mai multe

ore, iar piesele trebuie menţinute presate unele de altele. Se utilizează pentru lipirea

componentelor din lemn.

M1.U4.6.3. Adezivi minerali

Adezivii minerali, pe bază de fosfaţi sau silicaţi, sunt utilizaţi în industrie datorită

bunei lor rezistenţe la temperaturi înalte şi la solvenţi organici şi acizi. Asigură aderenţă bună

pe sticlă, metale, materiale plastice, azbest etc.

M1.U4.6.4. Elastomeri

Elastomerii, produşi pe bază de cauciuc natural sau sintetic dizolvaţi în anumiţi

derivaţi ai petrolului sau huilei, servesc pentru lipirea oricărei piese din cauciuc: anvelope,

camere de aer, garnituri de etanşare, membrane etc.

M1.U4.6.5..Adezivi termoplastici

Se deosebesc de ceilalţi adezivi prin faptul că atunci când sunt încălziţi se înmoaie şi

astfel este posibilă modificarea unui ansamblu realizat în prealabil. La răcire, îmbinarea îşi

recapătă rezistenţa, fără să sufere o transformare chimică în cursul acestor operaţii, care pot fi

repetate de mai multe ori.

Exemple

Adezivii sintetici termoplastici şi în special cei pentru metale şi-au găsit largi

utilizări în industria constructoare de maşini, aeronautică, electrotehnică,

electronică, a materialelor de construcţii etc.

Adezivii sintetici anaerobi ocupă un loc important în gama adezivilor existenţi în

industrie, fiind utilizaţi la lipirea suprafeţelor metalice, din sticlă, din ceramică, din materiale

plastice, fiind extrem de rezistente la coroziunea chimică, la variaţii mari de temperatură (-

2000C … +150

0C) şi la acţiunea solvenţilor. Răşinile adezive anaerobe sunt amestecuri care

conţin unul sau mai mulţi monomeri acrilici sau metacrilici, agenţi de îngroşare, iniţiatori,

acceleratori, inhibatori etc Răşinile adezive anaerobe diferă între ele prin rezistenţa la

forfecare a îmbinării, vâscozitate şi viteză de întărire. Clasificarea poate fi făcută după scopul

în care sunt utilizate (figura M1.U4.2.): răşini adezive anaerobe de etanşare; răşini adezive

anaerobe de asigurare-blocare; răşini adezive anaerobe de fixare.

Exemple

Răşina adezivă anaerobă, plasată între două suprafeţe metalice, care urmează a fi

asamblate, pătrunde, datorită capacităţii sale de penetraţie, în toate interstiţiile sau

spaţiile generate de devierile de formă ale elementelor de îmbinare. Răşina rămâne

în stare lichidă atâta timp cât este în contact cu oxigenul. În momentul în care se

realizează îmbinarea pieselor, oxigenul atmosferic fiind exclus, începe

transformarea chimică a produsului din stare lichidă în stare solidă. Creşterea

considerabilă a rezistenţei îmbinării rezultă din creşterea contactului între

suprafeţele de îmbinat la 100 %, în timp ce la îmbinările clasice zona de contact nu

depăşeşte 25…25 % din suprafaţa totală (figura M1.U4.1.).

58

Răşinile adezive anaerobe de etanşare sunt utilizate pentru îmbinarea racordurilor

filetate din ţevi utilizate în circuitele hidraulice, pneumatice, frigorifice, chimice etc. Răşinile

adezive anaerobe de asigurare-blocare sunt utilizate, în general, pentru blocarea diferitelor

tipuri de şuruburi şi prezoane. Ele asigură o blocare la fel de rigidă ca şi ajustajele obişnuite

cu joc negativ.

Răşinile adezive anaerobe de fixare sunt indicate la fixarea pieselor cilindrice supuse

la sarcini axiale sau radiale (rulmenţi, bucşe, manşoane, roţi dinţate etc.).

Fig. M1.U4.1. Contactul între suprafeţele de îmbinat

Fig. M1.U4.2. Reprezentarea schematică a principalelor tipuri

de îmbinări cu răşini adezive anaerobe

Ce elemente au în componenţă adezivii folosiţi pentru îmbinările prin lipire a

două materiale?

M1.U4.6.6. Adezivi termorigizi

Se deosebesc de ceilalţi adezivi prin aceea că, în general, înainte de utilizare trebuie

amestecate două componente. După amestecare, acestea suferă transformări chimice

ireversibile, ceea ce le conferă rezistenţă mecanică mare, chiar şi la temperaturi înalte. Din

acest grup fac parte în special răşinile epoxidice (ARALDIT), dar şi răşini fenolice, răşini

poliesterice nesaturate etc. Câteva recomandări privind alegerea unor adezivi sintetici se

prezintă în tabelul M1.U4.2.

Tabelul M1.U4.2. Recomandări privind alegerea unor adezivi

Material Hîrtie Lemn Vini-

lice

Fenol

ice

Cauciuc Metale

Metale 1,5,6 1,4,5,11,12,13,

15, 16,17,19

9,16 3,5,11,12,

13,15,16,19

5,6,11,12,

13,15,16,19

11,12,1316,

17,19

Cauciuc 5,6 8,12,13,15,16 9,16 5,6,16 5,6,11,15,16

Fenolice 5,6 5,6,13,16,17,19 16 12,13,16,19

Vinilice 5 5 9,16

Lemn 2,5,6 1,16,17,18,20,21

Hârtie 2,4,5

59

Număr de cod:

Polimeri: 1. Poliacetat de vinil Elastomeri: 5. Cauciuc natural

2. Polialcoolvinil 6. Cauciuc modificat

3. Acrilat 7. Cauciuc butadien-stirenic

4. Azotat de celuloză 8. Neopren

9. Buna N

10. Cauciuc siliconic

Amestecuri de răşini: Răşini:

11. Fenolice-vinilice 17. Fenol-formaldehide

12. Fen olice-polibutiralvinilice 18. Rezorcinol

13. Fenolice-poliformalvinilice 19. Răşini epoxi

14. Fenolice-nylon 20. Uree-formaldehidă

15. Fenolice-neopren 21. Melamină

16. Fenolice-cauciuc butadien-acrilonitril

M1.U4.7. Rezumat

Adezivii sunt materiale care asigură stabilirea unor legături între diferitele părţi

sau elemente ale unor piese din materiale de acelaşi fel sau din materiale

diferite, având în componenţă următoarele elemente: materiale de bază, cu

proprietăţi de lianţi solvenţi, care au rolul de a influenţa gradul de vâscozitate

al adezivului, materiale de umplutură, care contribuie la îmbunătăţirea

proprietăţilor fizico-mecanice, micşorând contracţia şi dilatarea termică şi

catalizatori, care au rolul de a accelera procesul de solidif icare a adezivului;

Adezivii pot fi clasificaţi în următoarele tipuri: vegetali, animali, minerali,

elastomeri şi sintetici (termoplastici sau termorigizi);

Adezivii sintetici termoplastici şi în special cei pentru metale şi-au găsit largi

utilizări în industria constructoare de maşini, aeronautică, electrotehnică,

electronică, a materialelor de construcţii etc. datorită avantajele pe care le

prezintă.


1. Prezentaţi caracteristicile adezivilor termoplastici.

2. Ce sunt răşinile adezive anaerobe?

3. Clasificaţi răşinile adezive anaerobe după scopul în care sunt utilizate.

4. Prin ce se deosebesc adezivii termorigizi de aceilalţi adezivi?

60

Unitatea de învăţare M1.U5. Materiale rezistente la uzare şi materiale

rezistente la coroziune

Cuprins

M1.U5.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ......... 60


M1.U5.3. Materiale rezistente la uzare ................................ ................................ ............... 61

M1.U5.3.1. Materiale antifricţiune ................................ ................................ ............... 66

M1.U5.3.2. Materiale de fricţiune ................................ ................................ ................. 68

M1.U5.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 71


M1.U5.6. Materiale rezistente la coroziune................................ ................................ ......... 72

M1.U5.6.1. Coroziunea metalelor şi aliajelor ................................ ............................... 72

M1.U5.6.2. Metode de protecţie împotriva coroziunii................................ .................. 73

M1.U5.6.3. Materiale anticorozive ................................ ................................ ............... 78

M1.U5.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 81



Majoritatea pieselor de maşini cu rol funcţional deosebit sunt scoase din uz

datorită uzării suprafeţelor de contact aflate în mişcare relativă (în frecare).

Frecarea este un fenomen complex care are drept consecinţe atât procesul termic

cu pierdere de energie (căldură), cât şi procesul uzării.

Coroziunea metalelor constă în distrugerea spontană, parţială sau totală, a

acestora, în urma unor reacţii chimice, biochimice sau electrochimice survenite în

cursul interacţiunii cu mediul înconjurător. Coroziunea are efecte dintre cele mai

nefaste, datorită ei pierzându-se anual mari cantităţi de metale. Unele aprecieri

consideră că, în general, din întreaga cantitate de oţel produsă anual în lume, cca.

30 % se transformă în rugină, ca urmare a proceselor de coroz iune.


În această unitate de învăţare sunt prezentate principalele materiale

rezistente la uzare, materiale de fricţiune şi antifricţiune insistându-se pe

proprietăţile acestora şi domenii recomandate de utilizare. De asemenea, sunt

prezentate materialele rezistente la coroziune şi materialele anticorozive, precum

şi câteva metode destinate protecţiei anticorozive.


prezinte principalele grupe de materiale rezistente la uzare, caracteristicile şi

domeniile recomandate de utilizare ale acestora;

identifice materialelor destinate acoperirilor rezistente la uzare;

caracterizeze principalele materiale de fricţiune şi să descrie caracteristicile

specifice ale materialelor antifricţiune;

prezinte metodele de protecţie contra coroziunii;

descrie principalele grupe de materiale anticorozive şi proprietăţile

caracteristice ale acestora.


61

M1.U5.3. Materiale rezistente la uzare

Cele mai frecvente cazuri de frecare se întâlnesc sub următoarele aspecte:

a) între două suprafeţe metalice:

prin alunecare - uscată (discurile de fricţiune ale cuplajelor, frân elor etc.);

- lubrificată (fusurile arborilor şi osiilor în cuzineţi etc.);

prin rostogolire - uscată (roţi pe cale de rulare etc.);

- lubrificată (rulmenţi, roţi dinţate etc.);

b) între o suprafaţă metalică şi alta nemetalică:

prin alunecare - uscată (organe de lucru ale maşinilor de prelucrat solul etc.);

- umedă (transportoare elicoidale pentru materiale umede etc.);

prin rostogolire - uscată (concasoare cu fălci, cu valţuri etc.);

- umedă (mori cu bile, cu ciocane etc.);

c) între suprafeţe metalice şi diferite fluide:

cu gaze uscate (turbine cu gaze de ardere) sau umede (turbine cu aburi);

cu lichide (pompe, turbine hidraulice etc.).

Să ne reamintim...

După rolul funcţional al cuplei, frecarea dintre elementele ei poate fi privită ca:

dăunătoare, datorită încălzirii şi uzării care conduc la deteriorarea şi, în

final, la scoaterea din uz a reperelor subansamblului de frecare (la lagăre,

angrenaje, cuple piston-cilindru), sau datorită întreţinerii unor vibraţii (mişcarea

sacadată ce apare la ghidajele maşinilor-unelte);

utilă, deşi este însoţită, de asemenea, de încălzire, uzare şi vibraţii (la

cuplaje, frâne, îmbinări cu pene, variatoare şi prese cu fricţiune etc.).

Atunci când se examinează uzarea şi evoluţia acesteia trebuie avută în vedere

permanent situaţia tuturor suprafeţelor în frecare şi nu numai a uneia dintre ele. În acest sens

se subliniază faptul că, la anumite organe de maşini, unele suprafeţe se găsesc permanent sub

sarcină (lagăre axiale) şi altele periodic (segmenţii faţă de cămaşa cilindrului); sunt şi situaţii

când contactele se produc ciclic pe ambele suprafeţe (angrenaje, rulmenţi, camă - tachet). Se

subliniază, de asemenea, faptul că, practic, tipurile de uzare nu apar de obicei singular, ci

asociate: adeziune-abraziune, abraziune-coroziune, oboseală-coroziune, etc. sau multiple:

adeziune-abraziune-coroziune etc.

La alegerea unui anumit material urmând a fi exploatat în condiţii de uzare, pe lângă

necesitatea de a ţine cont de importanţa deosebită ce trebuia acordată contra-materialului cu

care va fi în contact de frecare, trebuie să fie îndeplinite următoarele condiţii esenţiale:

comportare bună la frecare, fără predispoziţie la gripaj sau alte forme de uzare distructivă, o

cât mai bună conductivitate termică, rezistenţă la uzare şi la efecte termice, modul de

elasticitate redus, valori corespunzătoare ale coeficientului de frecare, preţ de cost acceptabil

etc.

a.) Oţeluri rezistente la uzare

Oţelurile carbon de construcţie cu C 0,4 % sunt utilizabile (mai ales din considerente

economice) - dar numai în cazul unor solicitări reduse - în aplicaţii incubând uzare prin

frecarea de alunecare metal - materiale minerale (ca "suprafaţa" conjugată sau interpusă),

pentru armături, blindaje etc., uşor înlocuibile după uzare. Aceste oţeluri sunt de asemenea

folosibile - datorită deformabilităţii şi tenacităţii lor - şi în cazul solicitărilor la uzare prin

62

impact, la care comportarea lor este superioară celei a oţelurilor mai dure. Oţelurile carbon cu

0,4…0,6 % C posedă - alături de bună rezistenţă şi tenacitate - o comportare superioară şi la

uzare.

La frecarea - uzarea în condiţii mai severe, bune rezultate dau oţelurile perlitice şi cele

cu până la 1…1,3 % C. Comportarea cea mai bună o are structura perlitică lamelară, fin

dispersă (sorbită, troostită), în timp ce perlita globulară, formată în urma recoacerii de

înmuiere, conduce la o uzură mai accentuată.

Rezistenţa la uzare a oţelurilor poate fi substanţial îmbunătăţită prin tratamente termice

sau termochimice: călirea superficială (cu flacără de gaz, prin inducţie sau scufundare în băi

de săruri), cementare, nitrurare (cianurare, carbonitrurare) şi unele metalizări prin difuzie

(cromizare, silicizare, borizare). Rezistenţa la uzare a oţelurilor este sensibil îmbunătăţită de

prezenţa adaosurilor de aliere, îndeosebi a manganului, siliciului şi cromului.

Exemple

La alegerea oţelurilor cu garantarea siguranţei în funcţionare o anumită perioadă

de timp (limitată), se poate recurge la următoarele soluţii, recomandate în ordinea

creşterii eficacităţii şi a eficienţei economice: oţel carbon dur sau extradur, netratat

termic; oţel semidur (carbon sau slab aliat), călit total sau superficial; oţel moale

(carbon sau slab aliat), durificat superficial prin cementare, cianurare sau

carbonitrurare; oţel nitrurat; oţel înalt aliat, călit.

În oţelurile de construcţie, Mn măreşte duritatea, rezistenţa la uzare şi călibilitatea, dar

şi sensibilitatea la supraîncălzire şi fragilitatea la revenire, care poate fi însă anihilată prin

adaosuri de Mo.

Prezenţa unor adaosuri mai ridicate de Si îmbunătăţeşte şi mai mult rezistenţa la uzare

a oţelurilor aliate cu Mn (spre exemplu 35MnSi12; 26MnSi14, STAS 11506 -80). Acestea sunt

întrebuinţabile cu precădere pentru piese rezistente la uzare, având şi bune proprietăţi de

alunecare.

Specificaţi sub ce aspecte se întâlnesc cele mai frecvente cazuri de frecare.

Oţelurile hipereutectoide slab aliate cu Cr (spre exemplu oţelurile de rulmenţi RUL

1...2, STAS 1456/1 - 80), având o rezistenţă la gripare superioară celei a oţelurilor de

cementare carbonitrurare, sunt indicate în condiţii grele de frecare, la viteze mici (pentru

matriţe şi poansoane, saboţi, căi de rulare sub sarcini mari etc.), dacă după tratament termic

posedă o duritate de minimum 150…180 daN/ mm2.

Exemple

Oţelurile slab aliate cu Mn, Si şi Cr (concomitent) sunt recomandate pentru piese

puternic solicitate la frecarea - uzarea de alunecare şi impact dată de materiale

minerale (pentru, spre exemplu, piese ale maşinilor miniere şi terasiere ca

excavatoare cu lanţ etc.). Prelucrabilitatea prin aşchiere a acestor oţeluri este

satisfăcătoare, dar ele se pretează la deformare plastică la rece numai la

temperaturi de peste 700oC. Sudabilitatea lor este de asemenea redusă (putând fi -

eventual - sudate doar cu preîncălzire la 250…450oC).

63

b.) Fonte rezistente la uzare

Fontele sunt, în general, materiale mai favorabile pentru suprafeţe de frecare decât

oţelurile, datorită atât prezenţei grafitului (lamelar sau globular), cât şi structurii lor

neomogene, cu mică afinitate pentru martensita pieselor călite care formează, cel mai adesea,

suprafaţa opusă de frecare. Ca atare, ele sunt corespunzătoare pentru cuple de frecare greu

solicitate.

Pentru sarcini de frecare mai mari, larg utilizabile sunt fontele nealiate şi aliate, cu

grafit nodular, care au proprietăţi antiuzare - ca şi cele mecanice dealtfel - situate între cele ale

fontelor cenuşii obişnuite şi cele ale oţelurilor. Fontele maleabile au - la aceeaşi compoziţie şi

duritate - caracteristici de frecare - antiuzare similare celor ale fontelor cenuşii obişnuite.În

cazul solicitărilor foarte intense de uzare (abrazivă) la frecarea de alunecare a materialelor

minerale, utilizabile sunt fontele albe, cementitice, eventual fontele cu crustă dură (turnate în

cochile).

Rezistenţa la uzare a fontelor este determinată de constituţia structurală a masei de

bază şi de cantitatea, mărimea şi forma grafitului.Dintre fontele cenuşii, cea mai bună

comportare la uzare o au cele cu masa de bază perlitică lamelară, fină, complet lipsită de ferită

liberă şi având o cantitate redusă de cementită liberă. O mică cantitate de cementită

hipereutectică nu măreşte uzura, dacă apare fin distribuită sau - şi mai favorabil - sub formă

de ace lungi şi subţiri; în schimb separările izolate, mari de cementită liberă conduc, cel mai

adesea, la o uzare mai accentuată. Astfel, spre exemplu fontele conţinând 2,8…3,5 % C, câte

0,5…1 % Si, Mn şi Cr, max.0,1% S şi P fiecare, au o structură formată din perlită lamelară şi

Fe3C. Rezistenţa la uzare mai ridicată a perlitei se datoreşte şi durităţii mai mari a acesteia

(250 - 350 HB) faţă de cea a feritei (cca.100 HB).Deosebită importanţă prezintă grafitul, care

conferă fontelor lipsa tendinţei spre gripare (respectiv bune proprietăţi antifricţiune),

îmbunătăţind lubrifierea perechii în frecare mixtă. Atât structura cât şi modul de apariţie a

grafitului şi, în consecinţă, comportarea la uzare a fontelor, sunt influenţate substanţial şi de

prezenţa elementelor însoţitoare sau de aliere.

Siliciul, element grafitizant, micşorează conţinutul de carburi, reduce şi uniformizează

duritatea, favorizează formarea unui grafit mai grosolan care - împreună cu apariţia de soluţie

solidă - în cele mai multe cazuri, îmbunătăţesc (pentru conţinuturi ridicate de Si) rezistenţa la

uzare, îndeosebi prin frecare de rostogolire. La frecarea prin alunecare, rezistenţa la uzare este

îmbunătăţită de conţinuturi de numai până la 2,2 % Si (optim: 1,8…2,2 % Si).

Fosforul îmbunătăţeşte el însuşi comportarea la frecare - antiuzare a fontelor,

conţinutul optim depinzând de tipul uzării şi de perechea de materiale în contact: la frecarea

de alunecare fontă/ fontă se recomandă 0,45…0,75 % P; la fontă/oţel aliat, 0,65…0,85 % P.

Aceste recomandări sunt valabile îndeosebi în cazul frecării uscate, spre exemplu a saboţilor

de frână de fontă, dar adaosurile de P sunt favorabile şi în cazul frecării mixte (la segmenţii de

piston). La frecarea prin alunecare între suprafeţele din fontă şi materialele minerale abrazive

(nisip, roci dure), când tenacitatea şi sensibilitatea la efectul de crestătură nu prezintă interes

major, rezistenţa la uzare (spre exemplu a duzelor maşinilor de sablat) este maximă pentru

cca. 1,2 % P şi chiar mai mult.

Manganul are efect favorabil asupra rezistenţei la uzare prin formarea mai accentuată

de carburi şi prin fixarea martensitei şi austenitei. La frecarea de alunecare uscată (saboţii de

frână), conţinutul optim de Mn este de 1,4…1,5 %.

Sulful înrăutăţeşte comportarea la frecare a fontelor şi, în consecinţă, conţinutul

acestuia se limitează la procentaje mici.

64

Dintre elementele de aliere, prezenţa a peste 1 % Ni are o oarecare acţiune favorabilă

asupra rezistenţei la uzare a fontelor perlitice, uzura scăzând însă brusc pentru conţinuturi de

2,5…4,5 % Ni.

Prezenţa unor adaosuri de 0,25…0,75 % Cr măreşte rezistenţa la uzare a fontelor.

Molibdenul (între 0,3…0,6 %) îmbunătăţeşte îndeosebi rezistenţa la cald a fontelor.

Adaosurile de Cu micşorează uzura la frecarea de alunecare, de asemeni cele de Sb

(0,1…0,2 %).

În condiţiile unei uzări abrazive, o bună comportare posedă fontele slab sau mediu

aliate îndeosebi cu Ti, care au totodată şi ridicată rezistenţă mecanică.

Care sunt tratamentele termochimice cele mai frecvent aplicate pentru obţinerea

unor suprafeţe rezistente la uzare?

c.) Aliaje dure rezistente la uzare

Aliajele dure sinterizate, conţinând o cantitate mare de carburi (WC, TiC, TaC) pe

lângă lianţii metalici (din grupa fierului, de obicei Co) - în general larg utilizate pentru scule

aşchietoare, îşi găsesc întrebuinţare şi pentru o serie de repere cărora li se pretinde rezistenţă

la uzare, implicând deci nu numai o duritate ridicată ci şi corespunzătoare rezistenţă,

tenacitate şi stabilitate termică.

Dacă aliajele dure cu TiC şi TaC şi un conţinut scăzut de Co sunt utilizate pentru scule

aşchietoare, cele cu conţinut mai ridicat de Co (peste 8 %) sunt în schimb, destinate cu

precădere pentru piese rezistente la uzare. Ele sunt folosite ataşate prin sudare sau fixare

mecanică pe suporturi, dar pot fi utilizate şi ca atare, ca produs finit (cu greutate până la

câteva kg.). Preţul de cost - desigur mai ridicat - este compensat de durabilitatea lor (până la

de 60 de ori a oţelurilor Pentru utilizări speciale comportare excelentă dovedesc aliajele dure

cu bază de TiC (sau la acţiuni corozive - cu carbură de Cr) şi ca liant, Ni sau aliajele lui,

având o ridicată stabilitate la temperaturi înalte.

Exemple

De asemenea utilizate, şi în acelaşi timp mai ieftine, sunt materialele (sinterizate)

compuse, de tip Fero-Titanit, conţinând până la 50 % în volum carburi într-o

matrice din oţel, care poate fi dirijată prin elemente de aliere adecvate. În stare

recoaptă aceste materiale sunt prelucrabile prin aşchiere, dar călite au durităţi de

62…72 HRC şi astfel ating 60…80 % din durabilitatea (la uzare) a aliajelor dure

anterior prezentate. După uzare piesele pot fi recondiţionate prin sudare de

încărcare sau metalizare (prin pulverizare). Astfel de materiale se folosesc în

prezent pentru unelte de presare, filiere de trefilare, repere ale motoarelor cu

pistoane rotative, elemente de conducere etc.

Alte aliaje dure ataşabile prin sudare, relativ ieftine şi eficiente, sunt cele cu bază de Fe

(ca liant) şi carburi dure (de W, Cr, Mo, etc.). Astfel, aliajele de Fe cu sub 20 % materiale

dure şi conţinând - alături de C - şi adaosuri ca Cr, W, Mn sau Si, sunt mult mai rezistente la

uzare decât oţelurile carbon sau aliate, găsindu-şi utilizare la protejarea dinţilor

excavatoarelor, a fălcilor concasoarelor etc. Aliajele de Fe cu peste 20 % materiale dure,

conţinând în unele cazuri, pe lângă adaosurile menţionate deja, şi Co, Ni, B, V, sunt mai dure

65

(dar şi mai scumpe) decât anterioarele, mai puţin rezistente la şocuri, dar deosebit de

rezistente la uzare, îndeosebi la cea abrazivă.

d.) Materiale pentru acoperiri rezistente la uzare

Îmbunătăţirea comportării la uzare prin acoperire cu straturi antiuzare, depuse prin

galvanotehnie, prin sudare de încărcare sau prin metalizare prin pulverizare este indicată a se

realiza când este necesară protejarea suplimentară contra unei uzări intensive a materialelor.

Una dintre cele mai uzuale metode galvanice de acoperiri cu straturi rezistente la uzare -

îndeosebi prin abraziune - este cromarea dură.

Suprafeţele cromate posedă duritate înaltă (până la 1200 HV), tendinţă redusă la

gripare, bună rezistenţă la uzare (datorită stratului de oxid compact, aderent, cu mare

stabilitate), valori corespunzătoare ale coeficientului de frecare (0,25…0,30 la frecarea uscată

prin alunecare pe fontă), precum şi rezistenţă la coroziune.

Comportarea la uzare este influenţată însă puternic de duritatea materialului de bază-

suport (oţeluri nealiate sau aliate turnate, fonte), care trebuie să fie ridicată pentru a nu se

deteriora (străpunge) stratul cromat (spre exemplu în cazul solicitărilor la uzare prin loviri sau

compresiune).

Pe suprafeţele oţelurilor, cel mai adesea, stratul de Cr se depune direct, fără straturi

intermediare. Straturile cromate (dure) se aplică în cazul a numeroase piese ca: unelte de

presare, ambutisare adâncă, găurire şi tăiere, repere ale instrumentelor de măsurat, iar straturi

mai groase, pe piesele de maşini uzate, ca: arbori cotiţi, motoare, cilindri, valţuri.

Exemple

Pentru îmbunătăţirea proprietăţii de alunecare a cuplelor de frecare lubrifiate,

depunerea cromului se realizează astfel ca în strat să apară microfisuri sau pori în

care uleiul să fie reţinut, contribuind astfel la menţinerea peliculei de lubrifiant

(spre exemplu în cazul cilindrilor şi arborilor cotiţi ai motoarelor cu ardere internă,

compresoarelor şi pompelor, pieselor de amortizoare etc.).

Cromarea dură se aplică şi aliajelor neferoase, îndeosebi celor de Al (Al-Si, Al-Cu-Ni,

Al-Si-Cu şi Al-Mg), şi anume în cazul matriţelor de presare, cămăşilor de cilindri şi

pistoanelor motoarelor de avioane şi autovehicule, lagărelor şi tamburilor de frână.

Acoperirea suprafeţelor supuse frecării - uzării, cu straturi dure de Ni (sau pe oţel,

straturi conţinând 92 % Ni şi 8 % Pb) se practică mai restrâns (cu precădere pentru

recondiţionarea pieselor de maşini uzate), deşi aceste straturi sunt mai tenace, au

prelucrabilitate bună, aderenţă mare, în schimb conduc la o duritate mai redusă (până la 650

HV).

Alte straturi de acoperiri galvanice antiuzare, mai ieftine, constau din aliaje de Fe cu C

(0,4…0,8 %), dure (535 HB - dar din electroliţi speciali pot ajunge şi la o duritate de

1100…1150 HV) şi rezistente la uzare, aplicate unor piese de maşini importante (cămăşile de

cilindri şi segmenţii de piston ai motoarelor de tractoare).

Depuneri prin sudare (cu flacără, arc electric sau metode speciale ca sudare cu flacără

şi flux de pulberi aliate, spre exemplu de Ni-Cr-B-Si, C-Co-Cr-W-B sau oţel rapid) se

realizează cu pulberi aliate, fără sau cu sârme de adaos (de asemenea din oţeluri aliate), cu

precădere pe oţelurile nealiate sau slab aliate de construcţie sau de îmbunătăţire, cărora li se

reclamă rezistenţă sporită la uzare.

66

Metalizarea prin pulverizare (a materialului depus în stare pulverulentă sau ca sârme,

bare, cu componenţii rezistenţi la uzare - spre exemplu fontă cu cca.1 % C liber, oţeluri înalt

aliate cu Cr sau aliaje Ni-Cr-B-Si - înglobaţi într-o masă polimerică) se aplică la fusuri, axe,

pistoane, arbori cotiţi, putând fi însă acoperite şi metalele sau aliajele cu punct de topire

scăzut, caz în care materialul de bază este doar uşor încălzit.

M1.U5.3.1. Materiale antifricţiune

Pentru asigurarea unei funcţionări corespunzătoare şi durabilităţii cuplelor de alunecare

în frecare (lubrifiată sau chiar mixtă, eventual uscată), materialele pentru astfel de aplicaţii

trebuie să posede: un coeficient de frecare cât mai mic, tendinţă redusă spre gripare, rezistenţă

cât mai ridicată la uzare, corespunzătoare alunecării în condiţii anormale de lucru (spre

exemplu la pornirea sau oprirea rotirii fusului lagărului), conformabilitate (deformabilitate

plastică), capacitate mare de rodare, rezistenţă suficientă (la compresiune, oboseală), duritate,

stabilitate la coroziune provocată de uleiuri, conductivitate termică (pentru disiparea căldurii

produse de frecare). Conductivitate termică ridicată au aliajele antifricţiune de Cu, de Al şi de

Ag, nu însă şi cele de Sn şi de Pb. Anihilarea acestui neajuns, ca şi menţinerea în limite

restrânse a deformaţiilor remanente ale lagărelor, sunt realizabile pe cale constructivă prin

aplicarea acestor aliaje sub formă de straturi subţiri (sub 0,4 mm grosime) pe carcase - suport,

mai dure, din bronz cu Pb sau din oţel.

La alegerea unui material antifricţiune trebuie acordată mare atenţie şi contra-

materialului perechii de frecare. Astfel, cum de regulă este mai uşor şi mai ieftin să se

schimbe un cuzinet decât un ax (arbore), cel mai adesea se alege pentru primul un material

mai moale decât pentru cel de al doilea, concentrându-se astfel uzarea la cuzinet.

Materialele de cuzinet cu capacitate portantă ridicată au, pentru încărcări mari,

conformabilitate mai redusă (spre exemplu majoritatea aliajelor antifricţiune de Cu), fiind însă

corespunzătoare pentru lagăre cărora li se cere rigiditate şi precizie de prelucrare ridicate.

Materiale antifricţiune mai moi sunt recomandate când se cere o capacitate mare de

înglobare a particulelor străine (de uzură, impurităţi etc.) din filmul de lubrifiant, precum şi

suficientă plasticitate, în timp ce materialele mai dure sunt mai favorabile în cazurile în care

nu apare o ungere hidrodinamică şi, în consecinţă, frecarea mai intensă existentă impune,

înainte de toate, o bună rezistenţă la uzare, îndeosebi la cea prin abraziune.

În general însă materialele antifricţiune pentru diferite cuple de frecare de alunecare

corespund funcţional dacă au structuri eterogene (formate din mai mulţi constituenţi cu

proprietăţi diferite).

Funcţia antigripantă este de obicei asigurată de constituenţi (faze) moi, ductili, capabili

a curge plastic, având temperatura de topire mult mai scăzută decât celelalte faze ale structurii

(respectiv decât a aliajului) şi apropiată de temperatura maximă de funcţionare a cuplei de

frecare (lagărului).

Aceste faze trebuie să fie uniform distribuite în structură la nivel microscopic. În acest

scop, cel mai frecvent sunt utilizate metalele moi, "albe", ca Sn, Pb (sub formă de metale

tehnic pure, soluţii solide sau eutectice). Alternativ - la nivel microscopic - cu fazele moi, în

structură trebuie să existe şi faze dure (de obicei compuşi definiţi - intermetalici – ai cuprului

sau aluminiului), care influenţează substanţial şi duritatea de ansamblu a materialului. Fazele

(numite şi incluziuni) moi precum şi cele dure pot fi cuprinse într-o a treia fază a structurii:

matricea plastică a materialului (de obicei un eutectic). În cazul matricelor semidure, ductile,

când structura cuprinde ca incluziuni o fază dură, friabilă, structura devine mixtă. Dacă cele

67

două faze de bază (cea dură şi cea moale) sunt de aproximativ aceleaşi dimensiuni şi

repartizate în structură (care nu conţine alţi constituenţi) uniform şi alternant, aceasta este

omogenă sau eutectică (utilizare practică găsindu-şi însă cele cvasieutectice).

Astfel, sintetic, din punct de vedere al structurii lor, aliajele antifricţiune pot fi ( figura

M1.U5.1.): a) cu matrice moale şi incluziuni dure (aliaje "albe" de Sn şi Pb); b) cu matrice

(semi)dură şi incluziuni moi (aliaje de Cu şi de Al); c) (cvasi)eutectice.

Fig.M1.U5.1. Reprezentarea schematică a structurii portante a materialelor metalice

antifricţiune

În general structurile cu grăunţi fini se comportă mai bine, atât din punct de vedere al

alunecării cât şi al antiuzării, îndeosebi la sarcini mari.

Ca materiale antifricţiune pentru diferite cuple de frecare (lagăre de alunecare, bucşe

etc) sunt aliajele metalice neferoase (cu baza de Sn, Pb, Zn, Cd, Ag, Cu, Al) cât şi feroase

(fonte şi, în mai mică măsură, oţeluri).

Când este recomandată utilizarea materialelor antifricţiune mai moi?

În timp ce o lubrifiere corespunzătoare a lagărelor din materiale compacte se asigură

numai prin măsuri constructive (canale, inele sau fitile de ungere), prin procedeul metalurgiei

pulberilor pot fi obţinute lagăre autolubrifiante ce nu reclamă întreţinere un timp relativ

îndelungat. Caracteristica lor principală este ungerea proprie ca urmare a îmbibării porozităţii

lor deschise, omogene şi controlate (cca.15…25 %), cu ulei.

Auto-ungerea se realizează (figura M1.U5.2.) datorită presării uleiului în porii

suprafeţei de contact şi ieşirii unei mici cantităţi de ulei din porii zonei opuse, neîncărcate,

prin capilaritate, precum şi ca urmare a creşterii locale a temperaturii în timpul funcţionării.

Soluţia clasică din figura M1.U5.3.a., cu cuzinet poros încorporat în lagăr, a fost

perfecţionată prin echiparea unei monturi cu mai multe rezervoare suplimentare de ulei,

comunicante, închise, dar cu posibilitate de realimentare (figura M1.U5.3.b.), care permite

mărirea capacităţii portante cu 20…30 %.

Să ne reamintim...

Pentru o cât mai bună funcţionare şi fiabilitate a maşinilor, pentru a face faţă

unor solicitări tot mai mari la care sunt supuse diferitele organe de maşini, se

aplică ungerea prin interpunerea unor lubrifianţi, care să conducă la o eficienţă

sporită în procesul de frecare-uzare. Lubrifianţii pot fi lichizi, solizi sau gazoşi.

68

Ca lubrifiant gazos se preferă aerul, iar dintre lubrifianţii solizi, cei mai utilizaţi

sunt: grafitul, bisulfurile (MoS2, TiS2, WS2), biselenurile (MoSe2, WSe2,

NbSe2), sulfurile (CuS, FeS, PbS), nitrura de bor, oxizii (PbO, CuO) etc.

Condiţiile principale pe care trebuie să la îndeplinească un lubrifiant pentru a

realiza o ungere eficientă sunt: să posede calităţi lubrifiante; să asigure o ungere

perfectă a elementelor în mişcare, corespunzătoare regimului de frecare, metodei

şi sistemului de ungere adoptate; caracteristicile să fie stabile în timp; să fie

curat, bine filtrat şi să asigure o bună protecţie anticorozivă.

Fig.M1.U5.2.Lagăr radial cu Fig.M1.U5. 3.Cuzinet poros fără (a)

cuzinet poros autolubrifiant şi cu (b) rezervor de ulei

Ce aliaje îşi găsesc cea mai largă utilizare ca materiale antifricţiune pentru

diferite cuple de frecare?

M1.U5.3.2. Materiale de fricţiune

Creşterea continuă a vitezelor (cele iniţiale - până la 80 m/s) şi a forţelor (respectiv

presiunilor - până la 40…60 daN/cm2) ale vehiculelor (auto, cu şenile, tractoare, de cale

ferată, aeronave), maşinilor şi utilajelor de ridicat, transportat şi terasiere, maşinilor-unelte

grele, instalaţiilor de foraj etc., impun cerinţe tot mai ridicate faţă de eficacitatea şi siguranţa

în exploatare ale sistemelor de frânare şi de transmisie (cuplare) şi implicit, faţă de materialele

de fricţiune (lucrând în general în regim uscat) care le echipează. Ca atare, acestea trebuie să

anihileze sau să preia, deseori, energii cinetice specifice de 2…5 kJ/cm2, respectiv puteri

specifice de 0,5…4 kW/cm2, dezvoltând şi preluând cantităţi mari de căldură (în timp de

10…15 sec., aprox. 350 kcal/cm2). Cerinţa concomitentă a limitării gabaritelor frânelor şi

cuplajelor la minimul posibil a condus la mărirea încărcărilor P.V. ale garniturilor de fricţiune

în unele cazuri până la 10 ori, iar a temperaturilor apărute la suprafeţele de frecare, până la

1000…1200oC.

Pentru realizarea corespunzătoare a funcţiunii lor, materialele de fricţiune trebuie să

posede, între altele: coeficient de frecare suficient de mare (la frecare uscată 0,2…0,6, iar în

ulei 0,05…0,15), uzare cât mai redusă ( 0,05 cm3/kWh la încărcări reduse, 0,4 cm

3/kWh

la încărcări medii şi 1,2 cm3/ kWh la încărcări severe) şi stabilitatea acestor caracteristici în

timp, la variaţii în limite cât mai largi ale încărcării şi implicit temperaturii.

69

În general însă valorile coeficientului de frecare ale celor mai multe materiale scad cu

creşterea vitezei de alunecare şi implicit a temperaturii suprafeţelor active. Ca urmare a

dependenţei proprietăţilor fizico-mecanice de temperatură, precum şi a apariţiei în tot mai

mare măsură a reacţiilor chimice între suprafeţele şi mediul de frecare, comportarea la frecare

- uzare a materialelor se modifică sensibil.

Din aceste motive, dezideratul unei desfăşurări constante în timp a procesului de

frecare nu este - în majoritatea cazurilor - realizabil cu materiale omogene (mono-

componente), ci numai apelând la materiale compuse, obţinute de obicei prin procedeele

metalurgiei pulberilor, la care se exploatează comportarea diferită a diverşilor componenţi la

această solicitare.

Comportarea la frecare - uzare şi eficacitatea cuplelor de fricţiune depind însă la

proprietăţile perechii de materiale în frecare şi de construcţia acestor subansamble.

Materialele de fricţiune pe bază de azbest cu lianţi organici (de tip Ferodo, încă larg

răspândite în numeroase aplicaţii, nu corespund la viteze de alunecare şi presiuni de peste 15

m/s, respectiv 15 daN/cm2 şi nici la temperaturi de peste 350…450

oC, la care valorile

coeficientului de frecare scad puternic (fenomenul de Fading), materialele "arzându-se".

Aliajele metalice compacte (fonte, oţeluri şi foarte rar, neferoase) sunt limitat

utilizabile ca materiale de fricţiune, coeficientul lor de frecare scăzând accentuat (figura

M1.U5.4.), iar uzarea intensificându-se odată cu creşterea temperaturilor de lucru.

Fig.M1.U5.4. Variaţia cu temperatura

a coeficientului de frecare

al fontei cenuşii pe oţel

a.) Fonte de fricţiune

Sunt tot mai rar utilizate (saboţii de frânare ai vehiculelor de cale ferată, tamburii de

frânare ai autovehiculelor), structura lor trebuind să fie perlitică sau perlito-sorbitică, lipsită

de ferită liberă.

b.) Materiale de fricţiune sinterizate

Aceste materiale sunt în marea lor majoritate cu baza metalică, obţinute prin

procedeele metalurgiei pulberilor şi au relativ ridicată conductivitate termică (5…30

kcal/m.h.oC, faţă de 0,2…1,2 kcal/m.h.

oC pentru materialele azbestice, organice) şi stabilitate

superioară la temperaturi ridicate, fiind ca atare potrivite pentru garnituri de cuplaje şi frâne

mai puternic solicitate şi cărora li se reclamă mare eficacitate.

Ca şi component de bază se utilizează fie Fe nealiat cu o serie de elemente ca Ni, Cu,

Cr, P, Co, W ş.a., fie Cu şi îndeosebi aliaje ale cuprului cu Sn, Zn, Al.

Pentru îmbunătăţirea rezistenţei la uzare, stabilizarea şi modificarea procesului de

frecare, aceste materiale mai conţin întotdeauna şi alte adaosuri .

70

Dintre acestea, o primă grupă o constituie componenţii cu rol lubrifiant (antigripant) ca

grafit, sulfuri (de Mo, Fe, Pb, Zn), sulfaţi şi metale uşor fuzibile (Pb, Bi, Cd, Sb), adăugaţi în

cantităţi de până la 30 % în greutate (peste 50 % în volum). O a ltă grupă distinctă, cu rol opus,

fricţional (vizând ridicarea coeficientului de frecare), o constituie adaosurilor ceramice (oxizi

-Al2O3, SiO2 etc.; carburi-BC etc., nitruri etc.) în proporţii de 3…15 % în greutate.

În comparaţie cu materialele de fricţiune organice (de tip Ferodo), materialele

metalice pot fi utilizate la încărcări mai mari, au proprietăţi de frecare mai constante,

coeficientul de frecare este în general puţin mai scăzut (depinzând însă foarte mult de

compoziţie) dar variază sensibil mai puţin la viteze, presiuni şi implicit temperaturi ridicate,

iar uzarea este sensibil mai redusă.

În ce priveşte posibilităţile de îmbunătăţire a performanţelor materialelor de fricţiune

sinterizate, se acordă atenţie realizării unei baze metalice din Fe bogat aliat cu Ni, Co sau

metale refractare (Mo, W), capabile să reziste unor temperaturi de frecare mai înalte

(1500oC), precum şi apelarea la componenţi lubrifianţi (BN, MoSi2) capabili a asigura o

alunecare corespunzătoare la astfel de temperaturi înalte.

De asemenea, se tinde spre materiale sinterizate cu suport din fibre metalice refractare

(din oţeluri inoxidabile, Nicrom etc.) precum şi din carburi ale metalelor greu fuzibile. În

aceste cuple însă, trebuie alese corespunzător şi contra-materialele de frecare, deoarece fonta

şi oţelurile nu mai corespund. O soluţie promiţătoare o reprezintă contra-materialul de

asemenea sinterizat.

Materialele de fricţiune sinterizate pe bază de fier sunt indicate în cazul unor

încărcări mari pentru cuple funcţionând în regim de frecare uscată. Ele sunt substanţial mai

ieftine comparativ cu cele pe bază de bronz, au o rezistenţă superioară la uzare şi o stabilitate

mai ridicată la temperaturi înalte (până la 800…1100oC).

Întrebuinţarea acestor materiale de fricţiune de mare eficacitate impune însă şi contra-

materialelor cerinţe superioare. Sunt recomandate fontele cenuşii cu grafit lamelar sau nodular

şi structură perlitică, fonte aliate sau oţeluri carbon cu Rmmin = 50 daN/ mm2, iar în cazul unor

încărcări foarte mari, oţeluri de îmbunătăţire sau materiale (suprafeţe) cromate dur.

Utilizarea acestor materiale se extinde la cuplajele şi frânele utilajelor terasiere,

macaralelor, utilajelor agricole, la frânele roţilor de avion, la cuplajele şi frânele maşinilor -

unelte, ale maşinilor de prelucrare a hârtiei etc.

Materialele de fricţiune sinterizate pe bază de bronz, comparativ cu cele pe bază de

Fe, au o conductivitate termică superioară, proprietăţi mecanice (inclusiv duritate) mai

scăzute, care însă provoacă o uzare mai redusă a suprafeţelor conjugate, chiar şi la încărcări

mai mari. Ele şi-au găsit utilizare corespunzătoare la cuplajele care - lucrând fie uscat, fie în

ulei - dezvoltă cantităţi mari de căldură ce trebuie rapid disipate.

Ca şi contra-materiale sunt indicate fonte cenuşii, oţeluri de îmbunătăţire nealiate şi

aliate, materiale cromate sau nitrurate.

Exemple

Utilizarea largă a materialele de fricţiune sinterizate pe bază de bronz pentru

cuplaje cu ulei (cele de transmisie, pentru momente de 2,5…15000 J) se extinde la

maşini-unelte, maşini de prelucrare neaşchietoare, cuplaje automate pentru

autovehicule, vehicule speciale, tractoare, nave, excavatoare etc.

71

Materiale de fricţiune cermetice au un conţinut mare, peste 50 % în volum, de

componenţi nemetalici (ceramici, ca oxizi -SiO2, Al2O3, silicaţi) şi liant metalic (Fe, Ni, aliaje

de Cu), conţinând deseori şi alte adaosuri ca metale cu punct de fuziune scăzut, sulfaţi, sulfuri,

carburi, grafit. Acestea au refractaritate ridicată şi o bună rezistenţă la uzare.

Ce proprietăţi trebuie să posede materialele de fricţiune pentru realizarea

corespunzătoare a funcţiunii lor?

Cermeţii sunt fragili şi din acest motiv se folosesc sub formă de pastile presate în cupe

metalice, acestea fiind apoi nituite pe materialul suport. Ei se utilizează în construcţia

cuplajelor şi frânelor foarte puternic încărcate şi care, din motive constructive, trebuie să aibă

gabarit şi greutate reduse (spre exemplu frânele trenurilor de aterizare ale avioane lor).

M1.U5.4. Rezumat

Materialele rezistente la uzare trebuie să îndeplinească următoarele proprietăţi:

comportare bună la frecare, fără predispoziţie la gripaj sau alte forme de uzare

distructivă, o cât mai bună conductivitate termică, rezistenţă la uzare şi la efecte

termice, modul de elasticitate redus, valori corespunzătoare ale coeficientului de

frecare, preţ de cost acceptabil etc.

Principalele grupe de materiale rezistente la uzare sunt: oţeluri, fonte, aliaje dure,

materiale pentru acoperiri rezistente la uzare

Materiale antifricţiune, în plus, trebuie să posede şi un coeficient de frecare cu

valori cât mai mici. Principalele grupe de materiale antifricţiune sunt: fonte, aliaje

pe bază de Cu, Pb, Sn, Al, Sn, Pb, Al, sinterizate, materiale plastice, grafit.

Materialele de fricţiune, dimpotrivă, trebuie să posede un coeficient de frecare cu

valori cât mai mari. Principalele grupe de materiale de fricţiune sunt: fonte,

sinterizate.


1. La alegerea unui material urmând a fi exploatat în condiţii de uzare, ce condiţii

trebuie îndeplinite?

2. Cum poate fi îmbunătăţită rezistenţa la uzare a oţelurilor?

3. Care este una dintre cele mai uzuale metode galvanice de acoperire cu straturi

rezistente la uzare?

4. Prezentaţi condiţiile principale pe care trebuie să le îndeplinească un lubrifiant

pentru a realiza o ungere eficientă.

5. Specificaţi ce grupă de oţeluri rezistente la uzare se recomandă la frecarea -

uzarea în condiţii mai severe.

6. În ce condiţii se recomandă utilizarea fontelor albe, ca materiale rezistente la

uzare?

7. Care sunt elementele de aliere folosite pentru a influenţa comportarea fontelor

la uzare?

8. Materiale de fricţiune sinterizate: caracteristici, utilizări.

72

M1.U5.6. Materiale rezistente la coroziune

M1.U5.6.1. Coroziunea metalelor şi aliajelor

Coroziunea se clasifică după mai multe criterii, şi anume:

după natura agentului agresiv:

- coroziune uscată (ce implică reacţii în gaze la temperaturi ridicate);

- coroziune umedă (ce presupune prezenţa umidităţii sau a unui lichid).

după mecanismul coroziunii:

- coroziune chimică;

- coroziune biochimică;

- coroziune electrochimică.

după aspectul exterior al metalului corodat:

- coroziune generalizată (este afectată întreaga suprafaţă a metalului);

- coroziune localizată (sunt atacate doar zone, respectiv suprafeţe mici):

- coroziune localizată macroscopică (coroziunea punctiformă - pitting,

selectivă, galvanică etc.);

- coroziune localizată microscopică (coroziunea intercristalină sau fisurantă

sub tensiune).

Coroziunea generală de suprafaţă (figura M1.U5.5.) se manifestă prin atacarea

suprafeţei metalului, de obicei în mod uniform, dar şi neuniform, sub formă de pete. Atacul

este provocat de soluţiile acide şi , în cazul celor oxidante, se observă la suprafaţa oţelurilor

prezenţa unor pelicule de culoare închisă, formate din produse ale coroziunii (săruri bazice,

carbonaţi etc.). Pelicula formată este pasivă din punct de vedere chimic faţă de agentul

coroziv şi astfel metalul de bază devine anticoroziv prin pasivare.

Fig. M1.U5.5. Coroziune generală de suprafaţă

Coroziunea punctiformă (prin ciupituri - pitting) se manifestă (figura M1.U5.6.) prin

atacarea numai în anumite puncte a suprafeţei metalului. Atacul progresează în adâncime,

provocând orificii adânci, care pot duce la perforare. Această formă de coroziune este

periculoasă deoarece este greu de supravegheat.

Fig.M1.U5.6.

Coroziune

punctiformă

Coroziunea selectivă (figura M1.U5.7.) se manifestă prin atacarea numai a unui

constituent sau prin dizolvarea soluţiilor solide, din care un component se separă iarăşi ca

metal. Un exemplu frecvent, şi în acelaşi timp periculos, de astfel de coroziune este,

“dezincarea” alamei.

73

Fig. M1.U5.7. Coroziune selectivă

Coroziunea intercristalină (figura M1.U5.8.) se manifestă printr-un atac produs de-a

lungul limitelor grăunţilor cristalini, consecinţa fiind o deteriorare a structurii, urmată de

scăderea rezistenţei materialului metalic. In cazuri extreme se produce o dezagregare a

constituţiei metalului, acesta transformându-se în pulbere. In cazurile uşoare, coroziunea

intercristalină se manifestă prin apariţia de fisuri, cel mai frecvent cu ocazia unor operaţii de

deformare plastică a metalelor.

Fig. M1.U5.8. Coroziune intercristalină

Coroziunea fisurată sub tensiune (figura M1.U5.9.) poate să apară sub efectul unor

tensiuni remanente existente în metal şi ea se produce la punerea lui în exploatare chiar în

medii puţin agresive.

Fig. M1.U5.9.Coroziune fisurantă sub tensiune

M1.U5.6.2. Metode de protecţie împotriva coroziunii

O privire de ansamblu asupra diferitelor metode de protecţie contra coroziunii se

prezintă în figura M1.U5.10.

Să ne reamintim...


acestora, în urma unor reacţii chimice, biochimice sau electrochimice survenite în

cursul interacţiunii cu mediul înconjurător. Numai unele metale (nobile) au, în

condiţii normale, stabilitate faţă de acţiunile chimice (Au, Pt). Metalele mai puţin

74

nobile sunt obţinute din compuşii lor existenţi în natură, minereurile, printr-un

adaos important de energie. Ele se găsesc într-o stare de constrângere,

termodinamic nenaturală. La aceste metale, cauza propriu-zisă a coroziunii este

tendinţa revenirii lor la starea cu cel mai mic conţinut de energie.

Fig. M1.U5.10.Metode de protecţie împotriva coroziunii

a) Protecţia anticorozivă prin schimbarea compoziţiei.

La exploatarea construcţiilor metalice în condiţii deosebit de grele, cum ar fi presiunile

şi temperaturile ridicate sau mediile foarte agresive din industria chimică, procedeul cel mai

utilizat şi, în acelaşi timp, cel mai eficient de combatere a coroziunii constă în creşterea

stabilităţii chimice a metalului de construcţie însuşi. Această ameliorare a stabilităţii se poate

realiza, în mod obişnuit, prin alierea metalului de bază cu diferite alte elemente metalice în

proporţii variabile. Folosirea acestor sisteme metalice complexe, respectiv a aliajelor,

determină, pe lângă o stabilitate chimică ridicată şi o ameliorare apreciabilă a proprietăţilor

fizico - mecanice ca şi a celor de exploatare. Materialele obişnuite, supuse procesului de

coroziune, se vor înlocui cu materiale rezistente la coroziune.

b) Protecţia anticorozivă prin proiectare.

Exploatarea metalelor sub formă de piese pentru maşini şi instalaţii a arătat că

degradarea sau distrugerea lor prematură în urma proceselor de coroziune pot fi evitate şi

printr-o proiectare corespunzătoare a acestor piese. In esenţă, proiectarea trebuie să ţină cont

de toate condiţiile impuse de procesul tehnologic ale cărui maşini şi instalaţii se proiectează,

de proprietăţile fizice şi mecanice ale materialelor, de acoperirile de protecţie corespunzătoare

(acolo unde sunt necesare), de metodele de asamblare, uşurinţa de fabricare şi de preţul de

cost. In proiectarea pieselor trebuie să se evite pe cât posibil cavităţile orizontale, crestăturile,

şi zonele în care umiditatea poate fi reţinută. Asemenea zone constituie totdeauna punctele

slabe ale construcţiei iar coroziunea care începe din aceste puncte poate deteriora întreaga

instalaţie. Unele posibilităţi de reducere a coroziunii, printr-o proiectare corectă, se prezintă în

figura M1.U5.11.

Protecţie activă

Evitarea

coroziunii

Metode de protecţie contra

coroziunii

Influenţarea

mediului coroziv

Alegerea

corespunzătoare a

materialului şi

formei piesei

Straturi de protecţie

şi acoperiri

artificiale

Protecţie pasivă

Menţinerea la distanţă a

substanţelor agresive

75

Fig. M1.U5.11. Reducerea coroziunii prin proiectare corectă

Combaterea coroziunii galvanice se poate realiza cu ajutorul straturilor

protectoare sau prin izolarea metalelor care vin în contact (figura M1.U5.12). In acelaşi scop

se va acorda o atenţie deosebită proiectării subansamblurilor din cupluri de materiale cum

sunt: aluminiu - oţel, aluminiu - fontă, aluminiu - aliaje de cupru, oţel - cupru, oţel - alamă,

oţel - plumb etc.

Fig.M1.U5.12.Prevenirea coroziunii prin

contact

c) Protecţia anticorozivă prin acoperiri

In multe cazuri nu este justificată utilizarea unui aliaj scump, rezistent la coroziune, ci

se poate utiliza un material obişnuit, care însă va trebui protejat contra coroziunii prin

acoperiri (procedee pasive). Schematizat, metodele anticorozive prin protecţie pasivă se

prezintă în figura M1.U5.13.

Acoperirile protectoare cu peliculă de oxizi sunt posibile atât în cazul materialelor

metalice feroase cât şi în cazul celor neferoase. Stratul protector se poate realiza atât pe cale

chimică cât şi electrochimică.

Care este procedeul cel mai utilizat şi, în acelaşi timp, cel mai eficient de

combatere a coroziunii la exploatarea construcţiilor metalice în condiţii deosebit

de grele?

Să ne reamintim...

Protecţia împotriva coroziunii reprezintă totalitatea măsurilor care se iau pentru a

feri materialele metalice sau nemetalice, folosite la construcţia maşinilor şi

instalaţiilor, de acţiunea distructivă a mediului înconjurător. Metodele de

protecţie anticorozivă sunt foarte numeroase şi variate; ca urmare, ele se aleg

pentru fiecare caz în parte, avându-se în vedere o serie de factori specifici

printre care un loc de primă importanţă îl are cel economic.

76

Fig. M1.U5.13. Metode anticorozive prin protecţie pasivă

Realizarea peliculelor de oxizi pe cale artificială face ca aderenţa şi compactitatea

acestora să crească mult şi să apară astfel un strat care să confere materialului o protecţie

apreciabilă în atmosferă. Acoperirile protectoare cu pelicule de fosfaţi (fosfatările) constau în

formarea pe suprafaţa metalului de protejat, a unor fosfaţi stabili, foarte greu solubili în apă.

Fosfatarea se utilizează ca procedeu de protecţie contra oxidării metalelor feroase, dar

şi ca un tratament preliminar al suprafeţei în vederea unei acoperiri definitive (cu vopsea) sau

ca un tratament intermediar în scopul ameliorării operaţiilor de deformare plastică la rece

(extrudare, trefilare etc.). Ea se poate aplica şi pieselor din aluminiu sau zinc, adesea având o

bună rezistenţă la coroziune, mare putere de reţinere a vopselelor şi un preţ de cost scăzut.

Acoperirile prin imersie la cald sunt posibile numai dacă există posibilitatea ca între

cei doi parteneri să se poată forma aliaje. Dintre metalele tehnice uzuale zincul şi aluminiul

se aliază cel mai uşor cu oţelul şi formează rapid compuşi intermetalici; staniul reacţionează

ceva mai greu iar plumbul se poate alia doar dacă baia de plumb topit conţine şi alte elemente

metalice, cum ar fi staniul.

Pelicula de zinc formată la suprafaţa pieselor din oţel prin imersie la cald are

proprietăţi fizice caracteristice metalelor. Rezistenţa stratului de zinc depinde atât de grosime

cât şi de caracteristicile mediului înconjurător. De exemplu, în atmosfere rurale,

neimpurificate, durata de exploatare a acestor acoperiri poate depăşi 25 de ani.

77

Exemple

Acoperirile cu aluminiu se utilizează în domenii în care zincul este mai puţin

eficient şi anume la protecţia împotriva oxidării în aer cald (peste 9000C) sau în

atmosfere de gaze de eşapament, vaporii cuptoarelor etc. Acoperirea cu plumb prin

imersie la cald se practică mai ales pentru subansamblele utilizate în industria

chimică: ventile, robinete, amestecătoare etc. Stratul de plumb obţinut este

compact şi lipsit de pori.

Acoperirile protectoare prin metalizare sunt procedee termo-mecanice de acoperire a

unei suprafeţe metalice cu un alt metal. Metalul care se depune se topeşte la flacăra unui

arzător şi se pulverizează cu ajutorul unui fluid sub presiune pe suprafaţa care trebuie

metalizată. In general, depunerile prin metalizare se caracterizează printr-o anumită

porozitate, densitatea depunerii fiind, în medie, cu 10 % mai mică decât a metalului din care

provine. Pe de altă parte, suprafaţa acoperită devine mai dură, rezistenţa la tracţiune şi

alungirea sunt mai slabe iar coeficientul de frecare mult mai mare. Prin tratamente termice

corespunzătoare, suprafaţa acoperită poate deveni mai dură, în schimb poate creşte rezistenţa

la tracţiune.

Exemple

Metalele cele mai frecvent utilizate pentru metalizare sunt zincul, plumbul,

aluminiul, staniul, cuprul şi aliajele sale, molibdenul, nichelul şi oţelurile

inoxidabile. In afara metalelor menţionate se pot aplica prin metalizare încă multe

altele ca: borul (agent de absorbţie a neutronilor), cobaltul (ca liant pentru alte

materiale metalizate), fierul (pentru obţinerea acoperirilor magnetice), magneziul

(ca acoperire de protecţie anticorozivă), siliciul (pentru rezistenţă la abraziune),

tantalul (pentru rezistenţă la temperaturi ridicate), titanul (pentru protecţii

anticorozive şi antioxidante până la 550 0C) etc.

Acoperirile protectoare prin difuzie termică reprezintă o metodă de protecţie

anticorozivă în urma căreia straturile superficiale ale unor piese metalice se îmbogăţesc cu

alte metale mai stabile din punct de vedere chimic. Condiţia necesară pentru realizarea

acoperirii constă în aceea că suportul trebuie să formeze cu metalul de depunere soluţii solide.

In cazul fierului ca suport, această cerinţă este îndeplinită de 15 elemente, dintre care cele mai

importante din punct de vedere al protecţiei anticorozive sunt cromul, aluminiul şi zincul.

De regulă, acoperirile prin difuzie termică se aplică unor piese mici din oţel ca: roţi

dinţate, şuruburi, bolţuri, arbori etc.

Cromizarea (depunerea cromului prin difuzie) permite creşterea rezistenţei la

coroziune a pieselor din oţel şi conferă acestora o mai mare stabilitate la temperaturi ridicate.

Alitarea (depunerea aluminiului prin difuzie) se aplică pieselor din oţel, cupru sau

alamă, crescând rezistenţa acestora la oxidare.

Şerardizarea (depunerea zincului pe oţel sau fontă prin difuzie) duce la obţinerea unor

straturi protectoare cu grosimi de 0,02…0,07 mm, rezistente la coroziune şi cu o duritate

cuprinsă între 250…300 HV.

Acoperirile protectoare prin placare reprezintă o metodă eficientă de protecţie a unui

material suport cu un alt material rezistent la coroziune.

78

In cazul placării se îmbină proprietăţile fizico-mecanice ale materialului suport cu

proprietăţile anticorozive ale metalului de placare. Spre exemplu, placarea aluminiului cu un

aliaj al său îmbină rezistenţa mecanică a aliajului cu rezistenţa la coroziune a aluminiului;

oţelul inoxidabil pe oţel carbon îmbină prelucrarea uşoară şi preţul de cost scăzut al oţelului

carbon cu rezistenţa la coroziune a oţelului inoxidabil; acelaşi lucru în cazul aurului pe alamă

etc.

Exemple

Materialele placate se realizează sub formă de table, benzi, ţevi etc. După modul

de realizare se pot deosebi mai multe tipuri de placare: prin turnare, laminare,

topire, sudură sau presare. De regulă, placarea se realizează la cald, deoarece se

facilitează şi difuzia celor două materiale.

Acoperirile protectoare cu straturi de email se folosesc mult în industria chimică

deoarece prezintă o foarte ridicată rezistenţă la coroziune faţă de mediile agresive cele mai

diverse.

Emailul este o combinaţie aderentă, de natură anorganică, sticloasă, pe bază de silicaţi,

având următoarele calităţi: aderenţă la suportul metalic, rezistenţă la şoc termic şi mecanic,

lipsa porilor, rezistenţă chimică în soluţii acide şi alcaline.

Pentru protejarea împotriva coroziunii a unor utilaje sau instalaţii cum ar fi camerele

de combustie ale reactoarelor cu jet, schimbătoarele de căldură, turbinele cu gaz, recipienţii

pentru metale topite (zinc, aluminiu), piesele de reactoare nucleare şi nave cosmice, se

utilizează emailuri speciale rezistente la temperaturi ridicate. Ele se obţin în urma aplicării pe

diverse suporturi (oţeluri Cr Ni 18/8, 25/20, aliaje de nichel şi cobalt, wolfram, molibden şi

titan), prin topire a unui strat sticlos care conţine adaosuri refractare ca Cr2O3, SiO2, CaO etc.

Acoperirile protectoare cu lacuri şi vopsele reprezintă unul dintre cele mai vechi

mijloace de protecţie anticorozivă a suprafeţelor metalice şi nemetalice. Din punct de vedere

al mecanismului de protecţie conferit, acoperirile cu lacuri şi vopsele se pot împărţi în două

categorii: vopsele active ce conţin pigmenţi capabili să inhibe coroziunea; vopsele pasive

care exercită doar o acţiune de ecranare (izolare a suprafeţei metalice). Aceste acoperiri se

caracterizează printr-o putere de protecţie remarcabilă şi au avantajul că se pot aplica pe

suprafeţe mari şi cu productivitate ridicată. Prin alegerea judicioasă a materialului de

acoperire, prin îmbinarea proprietăţilor de protecţie ale unui strat cu calităţile decorative ale

altui strat se pot obţine acoperiri combinate, în mai multe straturi, care pot depăşi rezistenţa

acoperirilor de protecţie metalice sau chimice.

Prezentaţi metodele anticorozive prin protecţie pasivă.

M1.U5.6.3. Materiale anticorozive

a) Oţeluri inoxidabile anticorozive

Convenţional, se numesc oţeluri inoxidabile aliajele Fe-C-Cr, care conţin cel puţin 12

% Cr şi au o participare sub 0,1 % C. Conţinutul de min. 12 % Cr conferă oţelurilor

proprietatea de a se acoperi cu un strat pasiv în cele mai multe medii (aer, acizi, atmosferă

industrială etc.), făcându-le rezistente la oxidare şi coroziune, în raport cu alte materiale

79

metalice. Stratul pasiv este format în principal din oxizi de crom, este aderent, dens,

impermeabil şi puţin solubil. Alte elemente de aliere (Ni, Mo, Ti, Si, Al etc.) măresc

rezistenţa la coroziune şi îmbunătăţesc comportarea oţelurilor la solicitări mari.

Clasificarea oţelurilor inoxidabile se poate face după microstructura lor în stare de

echilibru. Oţelurile inoxidabile martensitice conţin, în general, 12…18 % Cr şi pot fi

împărţite, la rândul lor în patru grupe (tabelul M1.U5.1).

Cele cu conţinuturi mai mari de carbon au ca proprietate comună călibilitatea,

prezentând deci concomitent avantajele unei rezistenţe relativ ridicate faţă de atacurile

chimice şi caracteristici mecanice comparabile cu cele ale oţelurilor de construcţie de largă.

Oţelurile inoxidabile feritice conţin 0,10…0,35 % C şi 15…30 % Cr, prezintă o rezistenţă la

coroziune superioară celor martensitice şi sunt mai ieftine decât cele austenitice. Pot fi

împărţite în două grupe (tabelul M1.U5.2), în funcţie de conţinutul de crom şi carbon.

Tabelul M1.U5.1. Oţeluri inoxidabile martensitice

Grupa Conţinut de

C, [%]

Conţinut de

Cr, [%]

Exemple

M1

M2

M3

M4

0,15 %

0,20…0,40

0,60…1,00

0,10…0,20

12…14

13…15

16…18

15…18

12Cr130, T15Cr130 (x), 7AlCr130

20Cr130, T20Cr130 (x)

90VMoCr180

22NiCr170

Tabelul M1.U5.2. Oţeluri inoxidabile feritice

Grupa Conţinut de

carbon, [%]

Conţinut de

crom, [%]

Exemple

F1

F2

0,08…0,12

0,10…0,35

15…18

25…30

8 (Ti)Cr170, T15Cr170

T15Cr280

Adăugarea unor elemente de aliere (Ni, Cu, Al, Mo etc.) şi reducerea conţinutului de

carbon îmbunătăţesc comportarea metalurgică la sudare şi permit prelucrarea oţelurilor

feritice prin presare la rece (la cald ele posedă o bună prelucrabilitate prin deformare).

Proprietăţile mecanice sunt superioare faţă de cele ale oţelurilor martensitice (Rm = 35…100

daN/mm2, A = 55…125 %, duritatea 55…62 HRC). Oţelurile inoxidabile austenitice se

caracterizează prin conţinutul scăzut de carbon (C 0,1 %) şi un conţinut de 12…25 % Cr şi

8…30 % Ni.

b) Aliaje de nichel

Nichelul este stabil la acţiunea chimică a numeroase medii ca: atmosferă, gaze de

ardere, apă dulce şi sărată, acizi organici şi anorganici, soluţii alcaline sau neutre.

Exemple

In general, aliajele cu bază de Ni sunt utilizate ca materiale anticorozive (pentru

instalaţii de răcire, pompe, ventile, conducte, arcuri, colivii ş.a. în industria

chimică, petrolieră, a construcţiilor de maşini etc.) atât datorită pasivării lor uşoare

cât şi caracteristicilor lor mecanice ridicate.

In medii agresive umede cele mai rezistente sunt aliajele Ni - Mo - Fe şi Ni - Mo - Cr -

Fe, de tip Hastelloy. Caracteristicile mecanice ale unor astfel de aliaje sunt superioare

80

oţelurilor Cr - Ni austenitice şi se menţin până la 6500C. Deformabilitatea lor bună permite

orice prelucrare la rece, prin aceasta realizându-se o durificare mai mare decât în cazul

oţelurilor austenitice.

Aliajele Inconel cu compoziţie 72…76 % Ni + 16 % Cr +8 % Fe +2 % Si

(deformabile sau pentru turnătorie) dovedesc - pe lângă o ridicată refractaritate şi bună

rezistenţă mecanică şi o înaltă rezistenţă la coroziune.

Aliajele Monel, conţinând 62…70 % Ni + 1…4 % Si + 0,5…3 % Al + 2…3 % F,

restul cupru, au o ridicată rezistenţă mecanică, bună plasticitate la rece şi la cald (fiind uşor

laminabile, forjabile, extrudabile, dar şi turnabile). Alte aliaje de nichel, rezistente la

coroziune sunt Niconel (rezistenţă înaltă la coroziunea punctiformă), Illium (pentru turnătorie,

aşchiabil), Toloy 657 etc.

c) Fonte anticorozive

Pentru fontele rezistente la coroziune se folosesc o gamă variată de reţete, în funcţie de

natură şi concentraţia mediului coroziv. Se folosesc în unele cazuri fonte cenuşii slab aliate cu

0,4…0,8 % Cr, 0,4 % Ni, dar mai ales fonte înalt aliate. Rezistenţa maximă la coroziune se

obţine, în cazul fontelor cenuşii, prin aliere înaltă cu elemente ca: 11…21 % Ni, 7…11 % Cu,

30…35 % Cr, 10…18 % Si, 19…25 % Al. Din această categorie fac parte fontele denumite

Nirezist, Nicrosilal, Anticlor, Ferosilid, Sormait ş.a. Se utilizează pentru confecţionarea prin

turnare a unor piese cu pereţi subţiri pentru pompe, reactoare, condensatoare, ventile, armături

etc.

d) Aluminiu şi aliaje de aluminiu

Aluminiul de puritate tehnică (min. 99,5 %) prezintă o mare rezistenţă la coroziunea

atmosferică (în medii industriale, conţinând bioxid de sulf, negru de fum, praf), la acţiunea

apei până la 1800C şi faţă de o serie de agenţi chimici, datorită formării pe suprafaţa metalului

a unui strat subţire (submicronic) şi aderent de oxizi. El este utilizat îndeosebi pentru

confecţionarea rezervoarelor, conductelor şi robinetelor în industria alimentară şi petrolieră.

Exemple

Aliajele Al - Mg (de exemplu Duralinox) au o rezistenţă la coroziune similară cu

cea a aluminiului pur, proprietăţi mecanice mai bune, bună deformabilitate (prin

laminare, forjare , extrudare), utilizându-se pentru confecţionarea de panouri,

accesorii, conducte, rezervoare în construcţia de maşini, alimentară etc.

e) Magneziu şi aliaje de magneziu

Comportarea la coroziune a magneziului, deşi inferioară aluminiului, este bună şi este

hotărâtor influenţată de prezenţa unor elemente de aliere (până la 2 % Mn, 8 % Al şi 3 % Zn).

Aliajele de Mg - contrar celor de Al - posedă stabilitate acceptabilă în soluţii alcaline, acid

fluorhidric, acid cromic. In apă de mare rezistă doar aliajele de Mg cu conţinuturi mari de Mn.

f) Titan şi aliaje de titan

Titanul, acoperindu-se spontan cu o peliculă protectoare de oxid, are o foarte bună

rezistenţă la acţiunea corozivă a apei de mare, a mediilor oxidante (acid azotic), a clorurilor

umede şi a acizilor organici. Prezenţa unor elemente de aliere (20…30 % Mg, 9 % Ta, etc.)

îmbunătăţeşte rezistenţa la coroziune în diferite medii. Aliajele de Ti se utilizează pentru

diferite arcuri, palete, discuri, piese diverse în industria construcţiilor de maşini, chimică,

petrolieră etc.

81

g) Cupru şi aliaje de cupru

Cuprul are o rezistenţă ridicată la coroziune, care se transmite şi aliajelor bogate în

Cu (alame, bronzuri). Stabilitatea ridicată faţă de acţiunea corozivă a apei, a mediului

atmosferic etc. combinată cu conductivitatea termică ridicată fac ca aceste materiale să fie

folosite la transmiterea căldurii (pentru condensatoare, schimbătoare de căldură, răcitoare), la

confecţionarea de recipienţi, armături, arcuri, ţevi, conducte etc. Cuprul nu este atacat de acizi

neoxidanţi (diluaţi), dar nu rezistă în contact cu mediile oxidante (spre exemplu acidul

sulfuric la temperaturi înalte, acidul clorhidric etc.), cu halogenii, sulfurile sau soluţiile

alcaline. Alamele conţinând 60…90 % Cu posedă o anticorozivitate similară celei a cuprului,

fiind larg utilizate pentru armături, schimbătoare de căldură, tuburile condensatoarelor, ţevile

fierbătoarelor etc. (CuZn20 , CuZn30).

h) Plumb şi aliaje de plumb

Plumbul îşi datorează deosebita sa rezistenţă la coroziune capacităţii de formare la

suprafaţa lui a unor pelicule dense şi aderente de diverşi compuşi de Pb. El rezistă bine la

acţiunea acidului sulfuric, fosforic, cromic, mediului atmosferic umed sau cu conţinut de

bioxid de carbon, apei de mare, soluţiilor alcaline diluate. Plumbul nu rezistă însă în acizii:

clorhidric, acetic, fluorhidric, azotic, formic, precum şi în soluţiile alcaline concentrate.

Aceste materiale se utilizează pentru ţevi, conducte, plăci de acumulator, etc.

M1.U5.7. Rezumat


acestora, în urma unor reacţii chimice, biochimice sau electrochimice survenite

în cursul interacţiunii cu mediul înconjurător.

Principalele grupe de materiale metalice anticorozive: oţeluri inoxidabile, aliaje

de nichel, aluminiu, titan, magneziu, cupru, plumb.

Metode de protejare împotriva coroziunii: schimbarea compoziţiei, proiectare,

acoperiri.


1. Cum se manifestă coroziunea generală de suprafaţă?

2. Specificaţi care sunt metodele de protecţie împotriva coroziunii?

3. Prin ce se caracterizează depunerile prin metalizare?

4. Descrieţi protecţia anticorozivă prin proiectare.

5. În ce condiţii se pot folosi, ca metode anticorozive prin protecţie pasivă,

acoperirile prin imersie la cald?

6. Care sunt condiţiile necesare pentru realizarea acoperirilor protectoare prin

difuzie termică?

7. Ce elemente de aliere sunt utilizate în cazul fontelor cenuşii pentru obţinerea

unei rezistenţe maxime la coroziune?

8. Ce elemente de aliere influenţează în mod hotărâtor comportarea la coroziune

a magneziului?

82

Unitatea de învăţare M1.U6. Materiale rezistente la temperaturi înalte şi

materiale rezistente la temperaturi joase

Cuprins

M1.U6.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ......... 82


M1.U6.3. Materiale rezistente la temperaturi înalte ................................ ........................... 83

M1.U6.3.1. Materiale cu stabilitate chimică ridicată la temperaturi înalte ................... 83

M1.U6.3.2. Materiale cu rezistenţă mecanică ridicată la temperaturi îna lte................. 85

M1.U6.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 86


M1.U6.6. Materiale rezistente la temperaturi joase................................ ............................. 87

M1.U6.6.1. Oţeluri criogenice ................................ ................................ ...................... 87

M1.U6.6.2. Fonte criogenice................................ ................................ ......................... 88

M1.U6.6.3. Aliaje de aluminiu................................ ................................ ...................... 88

M1.U6.6.4. Aliaje de cupru ................................ ................................ .......................... 88

M1.U6.6.5. Aliaje de nichel, titan şi cobalt ................................ ................................ . 88

M1.U6.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 89



Materialele rezistente la temperaturi înalte trebuie să îndeplinească

următoarele cerinţe: caracteristici mecanice cât mai ridicate, comportare bună la

fluaj, rezistenţă la coroziune, rezistenţă la şocuri mecanice sau termice,

conductivitate termică mare, coeficient de dilatare şi modul de elasticitate cu

valori acceptabile, densitate mică, preţ de cost cât mai scăzut.

În domeniul temperaturilor de -100C până la -200

0C, proprietăţile mecanice,

fizice şi chimice ale materialelor metalice se modifică, unele cresc odată cu

scăderea temperaturii iar altele scad odată cu scăderea temperaturii.



materialelor cu stabilitate chimică ridicată la temperaturi înalte, insistându-se

asupra proprietăţilor şi domeniilor de utilizare ale acestora. De asemenea, sunt

prezentate principalele grupe de materiale rezistente la temperaturi joase.


prezinte principalele grupe de materiale rezistente la temperaturi înalte şi să

descrie proprietăţile caracteristice ale acestora;

identifice principalele caracteristici ale materialelor utilizate la temperaturi

joase şi să prezinte grupele de materiale recomandate în anumite condiţii de

temperatură.


83

M1.U6.3. Materiale rezistente la temperaturi înalte

Materialele metalice refractare se utilizează în general la temperaturi mai mari de

4500C, care favorizează:

atacul chimic accentuat din partea mediului;

scăderea rigidităţii, creşterea fragilităţii şi apariţia fluajului.

În consecinţă, aliajele utilizabile la temperaturi înalte trebuie să îndeplinească

următoarele cerinţe:

caracteristici mecanice cât mai ridicate;

comportare bună la fluaj;

rezistenţă la coroziune;

rezistenţă la şocuri mecanice sau termice;

conductivitate termică mare;

coeficient de dilatare şi modul de elasticitate cu valori acceptabile;

densitate mică;

preţ de cost cât mai scăzut.

Să ne reamintim...

Rezistenţa la temperaturi ridicate a metalelor este similară cu comportarea lor la topire: cu cât este mai mare temperatura de topire cu atât mai ridicată este

rezistenţa lor la temperatură ridicată. Puţine metale se abat de la această regulă,

excepţia notabilă constituind-o titanul.

M1.U6.3.1. Materiale cu stabilitate chimică ridicată la temperaturi înal te

Stabilitatea chimică ridicată se datorează formării la suprafaţa materialelor a unor

straturi de oxizi refractari, continue, aderente şi puţin permeabile la ionii metalului de bază şi

la oxigen. Dintre toate elementele, cromul este cel care conduce la formarea celei mai bune

pelicule de oxid (Cr2O3), fiind astfel principalul element de aliere al materialelor feroase.

Temperaturile la care pot fi utilizate oţelurile, în funcţie de conţinutul de Cr, admiţând

pierderi prin oxidare de 1 mg/cm2/100h respectiv 10 mg/cm

2/100h, se prezintă în figura

M1.U6.1. Favorabili sunt şi oxizii siliciului (SiO2) şi ai aluminiului (Al2O3), motiv pentru

care aceste elemente se regăsesc, în cantităţi mai mici însă, alături de Cr în compoziţia

oţelurilor refractare.

a) Oţeluri refractare

Oţelurile conţinând Cr sau Ni utilizate ca materiale refractare (cu rezistenţă chimică

ridicată la temperaturi de peste 6500C) pot fi grupate, în funcţie de structura lor, în oţeluri

feritice, martensitice şi austenitice.

Oţelurile feritice se caracterizează printr-un conţinut ridicat de Cr (17…30%), la care

se adaugă Si sau Al (10AlCr240, 7AlCr130, T20MoCr90, T75Cr280). Ele se caracterizează

printr-o bună rezistenţă la oxidare până la temperaturi de 1200 0C, dar, la menţineri prelungite

la temperaturi de peste 9500C prezintă fragilitate ridicată.

Oţelurile martensitice se caracterizează prin conţinuturi de Cr între 5…22%, la care se

adaugă Al şi Mo, Mo şi Si sau Si şi Ni. Au rezistenţă la oxidare până la temperatura de 9000C,

dar şi o rezistenţă mecanică ridicată (Rm 80…100 daN/mm2, A = 12%). Oţelurile

austenitice se caracterizează prin conţinuturi ridicate de Cr şi Ni, recomandându-se calităţile

84

20-10, 25-12, 25-20. Oţelurile 25-12 (de exemplu T35NiCr260), 25-20 (de exemplu

12NiCr250) au caracteristici mecanice superioare celor feritice (Rm 100 daN/mm2), având

rezistenţă la oxidare până la 11500C în atmosfere oxidante sau de 900

0C în atmosferă

reducătoare cu prezenţa sulfului.

Fig.M1.U6.1. Influenţa conţinutului de Cr

asupra temperaturii maxime de utilizare a

oţelurilor

Exemple

Oţelurile martensitice se utilizează pentru fabricarea motoarelor cu ardere internă,

a paletelor turbinelor cu aburi (de exemplu 45SiCr85, T20MoCr90, T40SiCr130

etc.).

b) Aliaje de nichel

Principala utilizare este ca rezistenţe pentru încălzire, având rezistenţă la coroziune

până la temperaturi de 600...11000C.

Aliajul Cromel, conţinând 60…80% Ni + 12…20 % Cr + 1,5…25% Fe + 0,5…2%

Mn, deformabil plastic, are rezistenţa mecanică Rm = 70…75 daN/mm2 şi rezistivitatea

electrică cca. 1 .mm2/m.

Aliajul Inconel, conţinând 72…76 % Ni + 16 % Cr + 8 % Fe + 2 % Si, deformabil sau

pentru turnătorie, are o înaltă rezistenţă mecanică (Rm=65…80 daN/mm2), rezistând la

oxidarea progresivă până la circa 11000C.

Aliajul Nicrom, conţinând 80 % Ni + 15…20 % Cr + alte elemente (Fe, Si, Al sau Ti),

are, de asemenea, o înaltă rezistenţă mecanică (Rm=65…80 daN/mm2, A=30…40 %),

rezistând la oxidare până la circa 11500C.

Descrieţi influenţa conţinutului de Cr asupra temperaturii maxime de utilizare a

oţelurilor.

c) Fonte refractare

Fontele obişnuite prezintă creşteri în volum la T>4000C, iar fontele aliate la T>550

0C.

Creşterile în volum sunt mari (3…5 % iar la menţineri prelungite chiar 30 %) şi pot reduse

prin: a) obţinerea unui grafit fin nodular sau în cuiburi;b) prezenţa unor elemente de aliere ca

Si (figura M1.U6.2.), Cr, Mn, Ni, Al;

Prezenţa unor elemente de aliere (Cr, Ni, Si, Al) măreşte simultan cu stabilitatea în

volum şi rezistenţa mecanică şi pe cea la oxidare (figura M1.U6.3.).

85

A - fontă cu conţinut scăzut de Si (2,98 % C, 1,14 % Si, 1,07 % Mn);

B - fontă Ni-Cr (3,45 % C, 1,18 % Ni, 0,92 % Cr);

C - fontă tip NIREZIST (2,74 % C, 14,62 % Ni, 2,11 % Cr);

D - fontă tip NICROSILAL (1,78 % C, 22,46 % Ni, 2,52 % Cr).

Fig.M1.U6.2. Creşterea în volum a

fontelor Fig.M1.U6.3. Rezistenţa la oxidare a unor

fonte cu grafit lamelar

M1.U6.3.2. Materiale cu rezistenţă mecanică ridicată la temperaturi înalte

La solicitarea unui metal la temperaturi peste 400 0C, de către o sarcină de tracţiune

statică, constantă, de durată, acesta suferă fenomenul de fluaj. Elementele de aliere (Mo, Cr,

Ni, V, W, Si, Al, Be, Cu) influenţează puternic rezistenţa la fluaj a unui metal pur, chiar în

cazul unor cantităţi foarte mici.

a) Oţeluri rezistente la fluaj

Să ne reamintim...

Deformaţia care apare la temperaturi ridicate, în condiţiile aplicării sarcinii în

regim static, se numeşte fluaj. După o anumită perioadă de timp, fluajul duce la

rupere care se mai cheamă şi rupere prin fluaj/ tensiune. Acest tip de rupere

poate apare pe un interval larg de temperaturi. Fluajul apare în general la

temperaturi puţin mai mari decât cea de recristalizare, unde sunt create condiţiile

ca atomii să posede suficientă mobilitate pentru a permite rearanjarea în timp a

structurii.

Comparând comportarea la fluaj a diverselor tipuri de oţeluri refractare se constată

următoarele: oţelurile refractare martensitice sau martensitico-feritice au o mai bună

comportare decât oţelurile feritice. Alierea cu Mo, V, W, Nb conduce la o ameliorare

sensibilă a caracteristicilor de fluaj; oţelurile refractare austenitice prezintă o limită tehnică

de fluaj net superioară faţă de oţelurile martensitice. Comportarea este şi mai bună dacă se

adaugă elemente de aliere: Mo, Ni, V, Ti, Nb, B. Ordinea crescătoare a oţelurilor în funcţie de

rezistenţa la fluaj este deci: oţeluri feritice, oţeluri martensitice, oţeluri austenitice.

86

b) Fonte rezistente la temperaturi înalte

Comportarea mecanică la cald a fontelor – în general superioare oţelurilor din punct de

vedere al temperaturii la care se manifestă scăderea caracteristicilor mecanice – este

dependentă de calitatea acestora şi de elementele constitutive.

Fonte nealiate prezintă, de regulă, o scădere a rezistenţei mecanice la peste 3700C.

Fonte înalt aliate cu Cr şi Ni (SILAL, NICROSILAL, NIREZIST), au caracteristici

de rezistenţă bune chiar şi la temperaturi de 600…8500C. Prezenţa adaosurilor de Ni sau Mo

le conferă rezistenţă la fluaj sensibil mai ridicată.

c) Superaliaje

În funcţie metalul de bază, superaliajele pot fi de trei tipuri: oţeluri sau aliaje

austenitice conţinând peste 20 % Fe, cu sau fără Cr; aliaje pe bază de Ni, conţinând sub 20 %

Fe; aliaje pe bază de Co.

Aliajele austenitice sunt aliaje Fe+Ni+Cr ( de exemplu aliajul 16-25-6 denumit

Timken) sau aliajele Fe+Ni+Cr+Co (de exemplu aliajul 20-20-30-8 denumit Refractaloy

70). Rezistenţa lor este Rm = 47 daN/mm2 după 1000 h, la 700

0C.

Aliajele de nichel au o rezistenţă excelentă la temperaturi de 600…8000C putând fi

exploatate cu bune rezultate chiar până la 950…11000C. De exemplu, aliajul Inconel are Rm

= 60…120 daN/mm2, iar aliajul Monel are Rm = 50 daN/mm

2.

Aliajele de cobalt (conţin 20…25 % Co) sunt rezistente la coroziune şi la oboseală,

având turnabilitate şi sudabilitate bune, dar au rezistenţă bună la fluaj numai la

1050…11000C.

Exemple

Aliajele de cobalt se utilizează în industria aerospaţială (cabine, căptuşeli pentru

camere de combustie, plăci deflectoare), chimică, nucleară etc.

d) Aliaje de titan

Titanul este un metal greu fuzibil (Ttopire = 16600C) şi relativ uşor (greutate specifică

4,5 g/cm3), se utilizează la temperaturi de 400…600

0C, la care aliajele de Al şi Mg au

rezistenţă scăzută la fluaj, iar oţelurile aliate sunt prea grele.

e) Aliaje de beriliu

Beriliul are o greutate specifică mică (1,85 g/cm3), temperatură de topire ridicată

(12850C) şi rezistenţă bună la oxidare până la 800

0C, având însă plasticitate şi aşchiabilitate

reduse. Aliajele de Be au o rezistenţă mecanică bună la temperaturi de 450…6500C, depăşind

chiar aliajele de titan, şi de aceea se utilizează în special în industria aeronautică.

M1.U6.4. Rezumat

Materialele metalice refractare se utilizează în general la temperaturi mai mari

de 4500C, care favorizează atacul chimic accentuat din partea mediului, precum

şi scăderea rigidităţii, creşterea fragilităţii şi apariţia fluajului.

Stabilitatea chimică ridicată la temperaturi ridicate se datorează formării la

suprafaţa materialelor a unor straturi de oxizi refractari, continue, aderente şi

puţin permeabile la ionii metalului de bază şi la oxigen.

Principalele grupe de materiale rezistente la temperaturi ridicate: oţeluri şi fonte

aliate cu crom şi nichel, aliaje de nichel, titan, cobalt, beriliu etc.

87


1. Care sunt cerinţele pe care trebuie să le îndeplinească aliajele utilizabile la

temperaturi înalte?

2. Care este principala utilizare a aliajelor de nichel?

3. Realizaţi clasificarea superaliajelor în funcţie de metalul de bază.

M1.U6.6. Materiale rezistente la temperaturi joase

În diferite aplicaţii din domeniul criogenic materialele sunt supuse exploatării la

temperaturi de -100C până la -200

0C. Proprietăţile mecanice, fizice şi chimice ale materialelor

se modifică după cum urmează:

- tenacitatea scad cu scăderea

- ductilitatea temperaturii

M1.U6.6.1. Oţeluri criogenice

Oţelurile carbon sau slab aliate pot fi utilizate până la -200C (cele din clasele de

calitate inferioare) sau până la -400C (cele din clasele de calitate superioare: R37…R58,

OCS44…OCS58 etc.). Prezenţa unor elemente de aliere permit utilizări până la temperaturi

de -120 …-1800C. Din asemenea oţeluri se confecţionează roţi dinţate, arbori, axe, recipienţi

sub presiune, recipienţi pentru transportat şi depozitat gaze lichefiate. Oţelurile aliate cu Ni

sunt caracterizate printr-o tenacitate substanţial mărită, ca urmare a formării unei structuri

austenitice fine şi a apariţiei martensitei tenace Fe-Ni. Pentru temperaturi de exploatare de –

600C până la –100

0C se recomandă oţelurile aliate cu 3,2…3,8% Ni (de exemplu 10Ni35 sau

20MoNi35), pentru temperaturi de –1000C până la -150

0C oţelurile cu 4,5…5,5% Ni, iar

pentru temperaturi de –2000C oţelurile cu 8,5…9,5 % Ni.

Exemple

Oţelurile criogenice aliate cu Ni sunt utilizate pentru confecţionarea conductelor şi

recipienţilor sub presiune, sudaţi, a celor pentru transportul şi stocarea gazelor

lichefiate, în instalaţii şi maşini frigorifice.

Oţelurile aliate cu Cr-Ni, austenitice, au tenacitate foarte ridicată până la temperaturi

apropiate de zero absolut (-2730C).

Oţelurile aliate cu Cr-Mn pot fi utilizate în scopul economisirii Ni, în locul oţelurilor

Cr-Ni. Ele au rezilienţa net superioară comparativ cu alte materiale.

- limita de elasticitate

- limita de curgere

- duritatea cresc cu scăderea

- rezistenţa la oboseală temperaturii

- modulul de elasticitate

- sensibilitatea la efectul de crestătură

88

M1.U6.6.2. Fonte criogenice

Fontele se comportă mai bine la temperaturi joase, comparativ cu oţelurile, rezilienţa

rămânând aceeaşi la 200C şi la -80

0C. Cele mai utilizate sunt fontele nodulare cu structură

austenitică (Fagn NiCr30.3, Fagn NiMn23.4, Fagn Ni35), cu caracteristici mecanice bune

chiar la temperaturi de -200 0C.

M1.U6.6.3. Aliaje de aluminiu

Aluminiul şi aliajele (Al+Zn+Mg, Al+Cu, Al+Mg), tratate termic, nu manifestă

fragilitate şi au tenacitate neschimbată la temperaturi joase.

Exemple

Caracteristicile mecanice favorabile la temperaturi joase, densitatea scăzută şi

preţul de cost scăzut în comparaţie cu alte materiale fac ca aliajele de Al să fie

utilizate în aparate şi instalaţii criogenice, aparate de zbor etc.

M1.U6.6.4. Aliaje de cupru

În cazul majorităţii aliajelor de Cu deformabile, pe măsura scăderii temperaturii,

rezistenţa la rupere la tracţiune, duritatea şi rezistenţa la oboseală cresc, iar plasticitatea

rămâne practic constantă. La temperatura de -269 0C aceste aliaje prezintă fenomenul de

supraconductivitate.

M1.U6.6.5. Aliaje de nichel, titan şi cobalt

Se comportă bine la temperaturi joase, rezistenţa la rupere la tracţiune crescând cu

scăderea temperaturii ( de exemplu de la Rm = 87 daN/mm2 la 20

0C creşte la Rm = 165 daN/

mm2 la -196

0C pentru aliajul de Ti cu 5 % Al). Recomandări privind utilizările unor materiale

la temperaturi joase se prezintă în tabelul M1.U6.1.

Tabelul M1.U6.1. Materiale utilizate la temperaturi joase

Temperatura minimă, 0C

Solicitare

Statică Dinamică

Materiale utilizate

-25

-10

Oţeluri carbon, STAS 200/2-80;

Oţeluri pentru automate;

Fonte cenuşii cu grafit lamelar.

-60

-40

Oţeluri carbon, clasa de calitate 3;

Oţeluri turnate;

Oţeluri nealiate şi aliate pentru cazane;

Oţeluri pentru ţevi fără cusătură.

-80 -60 Oţeluri carbon de calitate (OLC15X STAS 880-80).

-120 Oţeluri Cr-Mo îmbunătăţite.

-185 Oţeluri cu peste 5,8 % Ni.

Orice temperaturi

negative

Aluminiu cu puritate 99,5%

Aliaje de Al deformabile

Alame deformabile şi de turnătorie

Bronzuri speciale Cu-Ni

Nichel, titan, cobalt şi aliajele lor

Oţeluri austenitice Cr-Ni sau Cr-Mn

89

Descrieţi influenţa temperaturii asupra proprietăţilor mecanice, fizice şi chimice

ale materialelor.

M1.U6.7. Rezumat

În domeniul temperaturilor de -10 0C până la -200

0C, proprietăţile mecanice,

fizice şi chimice ale materialelor metalice se modifică după cum urmează: unele

cresc odată cu scăderea temperaturii (limita de elasticitate, limita de curgere,

duritatea, rezistenţa la oboseală, modulul de elasticitate etc.) iar altele scad odată

cu scăderea temperaturii (tenacitatea, ductilitatea etc.).

Principalele grupe de materiale rezistente la temperaturi joase sunt: oţelurile

aliate cu crom, nichel sau mangan, fontele aliate, aliajele de nichel, titan, cobalt

aluminiu, cupru etc.


1. Descrieţi oţelurile criogenice.

2. Prezentaţi caracteristicile fontelor criogenice.

3. Descrieţi comportarea la temperaturi joase a aliajelor de nichel, titan şi cobalt.

4. Oţelurile criogenice au ca element de aliere principal:

a) crom c) nichel

b) molibden

90

Unitatea de învăţare M1.U7. Materiale electrotehnice şi materiale cu

memoria formei

Cuprins

M1.U7.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ......... 90


M1.U7.3. Materiale electrotehnice ................................ ................................ ...................... 91

M1.U7.3.1. Materiale pentru conductori electrici ................................ ......................... 91

M1.U7.3.2. Materiale pentru contacte electrice ................................ ............................ 92

M1.U7.3.3. Materiale cu rezistivitate electrică ridicată ................................ ............... 93

M1.U7.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 93


M1.U7.6. Materiale cu memoria formei ................................ ................................ .............. 95

M1.U7.6.1. Aspecte generale ................................ ................................ ........................ 95

M1.U7.6.2. Descrierea principalelor fenomene de memoria formei ............................ 95

M1.U7.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ .............. 99



Caracteristica principală a metalelor destinate produselor electrotehnice o

constituie conductivitatea electrică. Dintre metale, argintul are cea mai mare

conductivitate electrică, urmat de cupru, apoi de aluminiu. Aliajele metalelor

amintite mai sus au de asemenea conductivitate electrică mare dar, în funcţie de

natura şi cantitatea elementelor de aliere sau impurităţilor, aceasta este sensibil

mai redusă decât cea a metalelor pure.

Materialele cu memoria formei reprezintă un domeniu relativ nou al

tehnicii de vârf, datele referitoare la obţinerea acestor materiale si aplicaţiile lor

sunt departe de a fi suficient cunoscute. Efectul de memorie constă în capacitatea

unui material de a-şi relua forma avută înaintea unei deformări plastice, printr-o

simplă încălzire la o anumită temperatură.



materialelor electrotehnice, insistându-se pe proprietăţile acestora şi domeniile de

utilizare. De asemenea sunt prezentate materialele cu memoria formei, o grupă de

materiale noi, cu o complexitate a fenomenelor ce le însoţesc încă neelucidată în

totalitate.


descrie principalele proprietăţi ce trebuiesc îndeplinite de materialele utilizate

la realizarea produselor electrotehnice şi să identifice materialele destinate

conductorilor electrici şi contactelor electrice;

prezinte aspecte generale cu trimitere la materialele cu memoria formei şi să

descrie principalele fenomene de memoria formei.


91

M1.U7.3. Materiale electrotehnice Caracteristica principală a metalelor destinate produselor electrotehnice o constituie

conductivitatea electrică. Dintre metale, argintul (Ag) are cea mai mare conductivitate

electrică, urmat de cupru (Cu), apoi de aluminiu (Al). Aliajele metalelor amintite mai sus au

de asemenea conductivitate electrică mare dar, în funcţie de natura şi cantitatea elementelor

de aliere sau impurităţilor, aceasta este sensibil mai redusă decât cea a metalelor pure.

Rezistivitatea electrică depinde de temperatură (relaţia M1.U7.1.), dar şi de structură,

puritate, deformaţii elastice şi plastice.

t = 0 (1 + t ) (M1.U7.1.)

- coeficientul de temperatură;

t - valoarea finală a rezistivităţii;

0 - valoarea iniţială a rezistivităţii;

t – temperatura.

M1.U7.3.1. Materiale pentru conductori electrici

a.) Cupru şi aliaje de cupru

Sunt materialele conductoare cele mai des folosite în electrotehnică, datorită

conductivităţii electrice ridicată (60 m/ mm2 faţă de 10 m/ mm

2 la Fe) combinată cu o

foarte bună deformabilitate la rece şi la cald.

Cuprul are aplicaţii multiple în industria electrotehnică şi electronică, pentru

conductori de bobinaj, benzi, table, bare, ţevi etc. El are însă caracteristici mecanice reduse,

de aceea deseori se folosesc aliajele cuprului, care au caracteristici mecanice net superioare,

însă conductivitate ceva mai scăzută.

Alamele şi bronzurile se utilizează sub formă de sârme, table, benzi, bare, ţevi,

diferite profile etc. În tabelul M1.U7.1. se prezintă unele proprietăţi ale acestor materiale

utilizate în electrotehnică.

b.)Aluminiu şi aliaje de aluminiu

Aluminiul, asemănător cuprului, este un bun material conducător (conductivitatea

electrică este 35 m/ mm2, rezistivitatea electrică este mică, de 0,0286 mm

2/m). Se

utilizează pentru conductori electrici izolaţi sau neizolaţi, de joasă sau înaltă tensiune, pentru

carcasele maşinilor electrice şi şasiuri de aparate etc.

Tabelul M1.U7.1. Unele proprietăţi ale cuprului şi aliajelor sale Material Conductivitate el.

[m/ mm2]

Rezistivitate el.

[ mm2/m]

Rm

[daN/mm2]

A

[%]

Cu 57 0,01754 27 47,5

Alame

CuZn20

CuZn40Pb3

19

15

0,0525

0,0667

40

30

10

14

Bronzuri

CuSn8

CuBe0,5

7,5

24

0,050

0,045

48

150

40

3

Aliajele de aluminiu au caracteristici mecanice superioare celor ale aluminiului (de

exemplu Rm = 40 daN/mm2 la Duraluminul AlCu4MgMn ), dar îşi păstrează conductivitatea

electrică bună.

92

Exemple

Aliajele de aluminiu se utilizează pentru transportul energiei electrice prin

intermediul liniilor de înaltă sau joasă tensiune, ca miezuri conductoare ale

cablurilor de înaltă sau joasă tensiune etc.

Să ne reamintim...

Materialele pentru piesele de contact trebuie sa asigure buna funcţionare a

acestora atât la trecerea îndelungată a curentului electric, cât şi în cazul arcului

electric care se formează la deschiderea contactelor care întrerup curentul electric.

Aceste materiale trebuie să fie bune conductoare, să se oxideze cât mai puţin, să

aibă temperatura de topire cât mai ridicată (în special pentru contactele care

întrerup curentul).

M1.U7.3.2. Materiale pentru contacte electrice

Contactele electrice trebuie să asigure închiderea circuitului electric, trecerea

curentului electric în această poziţie şi apoi întreruperea circuitului, aceste operaţii repetându-

se, în general, un timp îndelungat. Prin urmare, proprietăţile principale care trebuie îndeplinite

sunt: rezistivitate electrică mică; conductibilitate electrică mare; duritate mare şi implicit

rezistenţă la uzură mare; comportare bună la temperaturi ridicate.

a.) Aur şi aliaje de aur

Aurul este un element foarte rezistent la oxidare, are conductivitate electrică bună (45

m/ mm2

), conductivitate termică bună, este ductil şi uşor prelucrabil. În stare pură el se

utilizează rar şi numai pentru contacte de precizie care lucrează la joasă tensiune şi la presiune

mică de contact.

Aliajele de aur, cu Ag (50 % Au + 50 % Ag), cu Ni (95 % Au + 5 % Ni) sau

complexe (Au + Ag + Cu, Au + Ag + Pt), posedă cele mai ridicate valori de durabilitate şi

rezistenţă la uzare, dar sunt indicate numai pentru curenţi de mică intensitate, putând

funcţiona atât la frecvenţe mici cât şi la frecvenţe ridicate ale curentului electric.

b.) Argint şi aliaje de argint

Argintul are cea mai ridicată valoare a conductivităţii electrice (66,5 m/ mm2) şi

conductivitate termică ridicată. El se oxidează sub acţiunea descărcărilor electrice formând

anumiţi oxizi, care însă sunt buni conducători de electricitate.

Exemple

Contactele din Ag se utilizează pentru contactoare de diferite puteri, la relee, la

întrerupătoare automate etc., dar nu cu întreruperi dese.

Aliajele de argint, datorită elementelor de aliere (Cu, Au, Cd etc.) au o duritate

considerabil mărită şi o conductivitate electrică şi termică ceva mai reduse, comparativ cu Ag

nealiat.

c.) Platină şi aliaje de platină

Platina are o bună conductivitate electrică (10,2 m/ mm2), dar din cauza durităţii

mici se utilizează foarte rar în stare pură pentru contacte.

93

Aliajele de platină cu 30 % Iridiu sunt cele mai răspândite şi au aplicaţii în

confecţionarea contactelor importante, de putere mică şi precizie mare, cu frecvenţe mari de

întrerupere, în curent alternativ.

d.) Cupru şi aliaje de cupru

Cuprul are proprietăţile comparabile cu cele ale argintului, însă rezistenţa lui mică la

oxidare limitează folosirea sa şi necesită presiuni mari la contacte.

Exemple

Cuprul se recomandă acolo unde suprafeţele contactelor se auto-curăţă prin frecare

(întrerupătoare rotative).

Aliajele de cupru (Cu + Ag + Cd, Cu + Ni + Si etc.) elimină dezavantajele de mai sus.

e.) Materiale sinterizate

O mare parte a contactelor electrice se obţin prin procedeele metalurgiei pulberilor,

îmbinându-se avantajele unor materiale care nu pot fi obţinute prin alte procedee.

Contactele Ag-Ni se indică pentru funcţionarea în curent alternativ sau continuu,

precum şi la curenţi de intensitate mare.

Contactele Ag-Cd au conductivitate electrică mare şi sunt rezistente la sudare şi uzare.

Contactele Ag-W, Cu-W şi Ag-Mo îmbină proprietăţile wolframului sau molibdenului

(eroziune minimă, duritate mare, tendinţă redusă la sudare, transport redus de metal) cu cele

ale argintului sau cuprului (conductivitate electrică şi termică ridicate, oxidare lentă).

Exemple

Materialele sinterizate se utilizează pentru întrerupătoare de joasă sau înaltă

tensiune, cu curenţi mari de închidere şi presiuni de contact ridicate.

Specificaţi principalele proprietăţi ce trebuiesc îndeplinite de materialele

utilizate în construcţia contactelor electrice.

M1.U7.3.3. Materiale cu rezistivitate electrică ridicată

Materialele rezistive au aplicaţii diverse: rezistenţe pentru încălzire, reostate, rezistenţe

bobinate, filamente ale lămpilor cu incandescenţă etc.

a.) Metale pure rezistive

Unele metale rezistive şi proprietăţile acestora se prezintă în tabelul M1.U7.2.

b.) Aliaje rezistive

Unele aliaje rezistive şi proprietăţile acestora se prezintă în tabelul M1.U7.3.

M1.U7.4. Rezumat

Caracteristica principală a metalelor destinate produselor electrotehnice o

constituie conductivitatea electrică.

Dintre metale, argintul (Ag) are cea mai mare conductivitate electrică, urmat de

cupru (Cu), apoi de aluminiu (Al).

Materialele utilizate la confecţionarea conductorilor electrici (cuprul şi aliajele

94

sale, aluminiul şi aliajele sale) trebuie să posede conductivitate electrică ridicată

combinată cu o foarte bună deformabilitate la rece şi la cald.

Materialele pentru contacte electrice (aurul, argintul platina, cuprul şi aliajele lor)

trebuie să posede rezistivitate electrică mică, conductibilitate electrică mare,

duritate mare şi implicit rezistenţă la uzură mare, comportare bună la temperaturi

ridicate.

Materiale cu rezistivitate electrică ridicată (wolfram, molibden, niobiu, tantal şi

unele aliaje) au aplicaţii diverse: rezistenţe pentru încălzire, reostate, rezistenţe

bobinate, filamente ale lămpilor cu incandescenţă etc.

Tabelul M1.U7.2. Proprietăţi ale unor materiale rezistive

Material Temperatura de

topire

[0C]

Temperatura

maximă de

utilizare [0C]

Rezistivitate

electrică

[ mm2/m]

Wolfram 3410 2500 0,055

Molibden 2620 2000 0,057

Tantal 2000 2000 0,124

Niobiu 2470 1800 0,142

Tabelul M1.U7.3. Proprietăţi ale unor aliaje rezistive

Material Temperatura

de topire

[0C]

Temperatura

maximă de utilizare

[0C]

Rezistivitate

electrică

[ mm2/m]

Constantan

40 % Ni+60 % Cu - 400 0,5

Nichelină

67 % Cu+30 % Ni+3 % Mn 1180 500 0,4

Nikrotal 20

20 % Ni+25 % Cr+55 % Fe 1380 1050 0,95

Kanthal A-1

6 % Al restul Fe 1510 1375 1,45


1. Care este caracteristica principală a materialelor destinate produselor

electrotehnice:

a) conductivitatea electrică c) rezistenţa mecanică

b) densitatea

2. Care metal are cea mai mare conductivitate electrică:

a) Ag c) Al

b) Cu

95

3. Platina se utilizează în stare pură pentru contacte:

a) des c) uzual

b) foarte rar

4. Care sunt materialele utilizate în construcţia contacte lor electrice?

5. Ce aplicaţii au materialele cu rezistivitate electrică ridicată?

M1.U7.6. Materiale cu memoria formei

M1.U7.6.1. Aspecte generale

Efectul memoriei formei la metale se bazează pe transformarea martensitică

reversibilă. În prezent, fenomenul este cunoscut pentru: alame, nichel, titan, cupru, aluminiu,

zinc, unele oţeluri cu Mn şi Si.

În metale şi aliaje se observă adesea că într-o plajă de temperatură dată, se produce o

modificare de fază, în timp ce metalul rămâne în stare solidă. Acest fenomen se explică prin

faptul că, tinzând din principiu să adopte structura cea mai stabilă posibil, atomii iau o altă

configuraţie. În cazul oţelurilor, se trece astfel, în anumite condiţii, de la austenită (fază

stabilă la temperaturi înalte) la martensită ( fază stabilă la temperaturi joase). Structurile

acestor două faze sunt în general destul de apropiate, atomii şi dispunerea cristalină sunt

aceleaşi, dar distanţele dintre atomi şi unghiurile dintre legături sunt uşor diferite.

Pe acest proces se bazează efectul memorării formei: după ce “a memorat” o formă

austenitică, aliajul este răcit până la starea martensitică, apoi este deformat şi când este

încălzit, îşi reia forma austenitică.

Exemple

Ca aplicaţii ale materialelor cu memoria formei amintim: realizarea racordurilor,

prizelor microcontacte cu efect de memorie, arcuri pentru robinete, care întrerup

pătrunderea apei în clipa când ea devine prea caldă, arcuri pentru ventilarea serelor

etc.

M1.U7.6.2. Descrierea principalelor fenomene de memoria formei

a.) Pseudoelasticitatea (PSE)

Sub denumirea de efect pseudoelastic sau pseudoelasticitate sunt reunite o serie de

comportamente specifice aliajelor cu memoria formei (AMF), care sunt caracterizate prin

apariţia unei neliniarităţi pe porţiunea de descărcare a curbelor de tracţiune, efectuată în

condiţii izoterme. PSE poate fi de maclare sau de transformare.

a.1.) PSE de maclare.

PSE de maclare este produsă fie de un proces de germinare şi creştere reversibilă a

maclelor, fie de deplasare reversibilă a limitelor de macle (twin boundaries).

a.2.) PSE de transformare.

PSE de transformare (numită frecvent superelasticitate) este însoţită de cel puţin o

transformare martensitică reversibilă indusă prin tensiune, marcată pe curbele de tracţiune

prin prezenţa câte unui palier asemănător celui de curgere, pe porţiunile de încărcare şi

descărcare.

96

a.3.) Parametri de pseudoelasticitate.

Parametrii mecanici de PSE au fost împărţiţi în:

a) deformaţionali: î = tensiunea palierului (platoului) de încărcare, numită şi tensiune

de declanşare; d = tensiunea de descărcare; t = alungire relativă totală; rec = alungire

relativă recuperabilă (superelastică); (rec = t - p).

b) energetici: E1 = energia consumată într-un ciclu de încărcare - descărcare, compusă

dintr-o parte blocată şi o parte disipată sub formă de căldură, datorită frecării interne. Mai este

numită şi histerezis mecanic; E2 = energia eliberată la descărcare; = E2/(E1 + E2)100 =

randamentul de înmagazinare a energiei.

Din studierea PSE, se pot trage următoarele concluzii:

(1) prezenţa fenomenelor de maclare - demaclare şi mai ales a transformărilor

martensitice reversibile induse prin tensiune poate duce la obţinerea unor comportamente

pseudoelastice puternic neliniare ale AMF, net diferite de cele clasice (de la oţeluri şi fonte);

(2) limita dintre pseudomaclare şi superelasticitate nu este definitiv delimitată decât

pentru o anumită istorie mecano-termică;

(3) pentru alegerea corectă a tuturor condiţiilor care determină obţinerea unui anumit

tip de pseudoelasticitate şi a valorilor corespunzătoare ale parametrilor de PSE, este necesară

cunoaşterea variaţiei acestora, în primul rând, în funcţie de istoria mecano -termică.

Pe ce se bazează efectul memoriei formei la metale?

b.) Efectul simplu de memoria formei (EMF)

Efectul simplu de memoria formei (EMF) este cel mai important dintre fenomenele de

memoria formei . In esenţă, EMF reprezintă redobândirea unică şi spontană a “formei calde”

prin încălzirea aliajului aflat în “forma rece”.

b.1.) EMF cu revenire liberă

Prin revenire liberă, elementul de memorie îşi recapătă forma caldă în absenţa oricărei

constrângeri exterioare.

Cea mai operativă metodă, pentru verificarea EMF, este încovoierea, câteva exemple

fiind redate în figura M1.U7.1.

Fig. M1.U7.1. Ilustrarea EMF la încovoiere manuală

a) schemă de principiu şi metodă de calcul; b) deflecţie prin EMF la Cu-Al-NI

c) deflecţie prin EMF la acelaşi aliaj

97

b.2.) EMF cu revenire reţinută.

Prin revenire reţinută elementul cu memorie, deformat la rece, este împiedicat să

revină la forma caldă şi din acest motiv, la încălzire el nu generează o deformaţie (ca la

revenirea liberă), ci o tensiune.

b.3.) EMF generator de lucru mecanic.

Utilizarea AMF la generarea de lucru mecanic, în construcţia activatorilor şi a

motoarelor termice, reprezintă cea mai complexă aplicaţie a acestor utilaje. In toate situaţiile,

EMF generator de lucru mecanic presupune deplasarea prin învingerea unei tensiuni. Pentru

ca aliajul să revină la forma rece - care trebuie realizată numai prin deformaţia martensitei -

este necesar ca răcirea să se facă sub sarcină. In felul acesta, se impune existenţa unei aşa-

numite tensiuni de restabilire reprezentând de fapt o “sarcină moartă”. Un exemplu de

producere a EMF generator de lucru mecanic, la încovoiere sub sarcină, este prezentată în

figura M1.U7.2.

Fig.M1.U7.2 EMF generator de lucru mecanic sub sarcină

În figura de mai sus se prezintă următoarele situaţii:

a) poziţiile ocupate de probă: stare liberă (linie cu punct), sub sarcină la temperatura

ambiantă (linie continuă) şi la sfârşitul încălzirii (linie întreruptă);

b) poziţii ocupate de capătul liber al epruvetei la creşterea numărului de cicluri

Din studiile efectuate de cercetători până în prezent se pot trage următoarele concluzii:

(1) încovoierea oferă cea mai avantajoasă metodă potenţială de studiu EMF cu revenire

liberă cât şi a celui generator de lucru mecanic, deoarece efectele distribuţiei neuniforme a

tensiunilor pot fi neglijate în condiţiile în care elemente cu memoria formei, având cel puţin o

dimensiune a secţiunii sub 1 mm, ridică mase de zeci şi sute de ori mai mari;

(2) în cazul EMF cu revenire reţinută, solicitarea care produce cele mai uşor de

controlat tensiuni este întinderea;

(3) pentru mărirea deformaţiei recuperabile, în cadrul EMF generator de lucru mecanic

cu restabilirea prin încovoiere sub sarcină, este necesar să se aplice o predeformare în

domeniul martensitic;

(4) esenţială pentru aplicaţii este obţinerea unui EMF generator de lucru mecanic,

stabilizat, însoţit de apariţia efectului de memoria formei în dublu sens.

Descrieţi principalele fenomene de memoria formei.

98

c.) Efectul de memoria formei în dublu sens.

Efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS) presupune redobândirea spontană

atât a formei calde cât şi a celei reci, la încălzire, respectiv răcire. În plus, un AMF educat

pentru EMFDS “îşi aminteşte” toate formele intermediare, caracteristice temperaturilor atinse

în timpul răcirii sau încălzirii.

c.1.) Proceduri de educare

Termenul de educare este preluat din limba franceză unde a intrat ca şi corespondent al

termenului englezesc original “training” (formare, instruire, pregătire) şi este una dintre

principalele cauze care au dus la caracterizarea AMF drept “materiale inteligente”

În toate procedurile sau variantele de educare de mai sus, condiţia necesară obţinerii

EMFDS este formarea martensitei, orientată preferenţial, direct prin procesul de răcire.

EMFDS astfel obţinut se va numi “extrinsec” sau “în sistem” dacă este generat de tensiuni

externe (care influenţează creşterea preferenţială a martensitei) şi “intrinsec” atât în variantele

de educare ce influenţează germinare de martensită cât şi în cele ce favorizează creşterea

acesteia, prin crearea de tensiuni interne.

c.2.) Oboseala aliajelor cu memoria formei

In funcţie de tipul ciclării la care este supus, un AMF poate prezenta fenomene diferite

de “deteriorare ireversibilă a microstructurii” care definesc categorii specifice de oboseală.

Pentru mărirea rezistenţei la oboseală mecanică se aplică o laminare la cald urmată de

călire în apă prin care limitele grăunţilor capătă o formă neregulată dar în timpul ciclării

mecanice această formă se redresează, absorbind o energie suplimentară datorită căreia

tenacitatea limitelor este îmbunătăţită.

Din sinteza cercetărilor care se referă la EMFDS, s-au desprins următoarele concluzii

utile pentru utilizarea acestor materiale:

(1) aliajele Cu - Zn - Al reprezintă o categorie economică de AMF, a căror rezistenţă la

oboseală (în timpul ciclurilor deflecţie - temperatură, sub sarcină) este de ordinul miilor de

cicluri;

(2) pentru mărirea rezistenţei la oboseală termomecanică, la ciclarea deflecţie -

temperatură, trebuie găsite o compoziţie chimică şi o procedură de educare corespunzătoare

care să includă laminarea la cald şi călirea energetică consecutivă, astfel încât aliajul

respectiv, Cu - Zn - Al să fie în stare martensitică la temperatura ambiantă.

(3) după educarea prin cicluri de memoria formei, în condiţiile de mai sus, un câmp

vast de studii îl poate oferi ciclarea termică ulterioară, în absenţa tensiunii (pentru analiza

evoluţiei EMFDS intrinsec astfel obţinut).

Ca tendinţe de dezvoltare a AMF, ele se vor putea impune în toate situaţiile de

înlocuire a dispozitivelor complexe de acţionare termomecanică, cu condiţia să fie creată o

dinamică corespunzătoare pentru cercetarea şi dezvoltarea acestor noi materiale, prin care să

se poată obţine atât produse destinate consumului public cât şi dispozitive de înaltă

tehnologie, utilizate în domenii de strictă specialitate.

Exemple

Aplicaţiile industriale ale materialelor cu memoria formei cuprind cuplaje şi

asamblări, antene spaţiale, dispozitive termomecanice şi termoelectrice,

servomecanisme programate, ş.a. De exemplu, niturile din aliaje cu memorie

asigură o asamblare fără deformare mecanică, în domenii cum sunt construcţia

aeronavelor şi submarinelor, construcţia reactoarelor nucleare, echipamentul

99

pentru exploatarea petrolului submarin (în special montarea şi repararea

conductelor subacvatice, de adâncime), iar bucşele din asemenea aliaje se aplică

pentru racordarea conductelor fără sudare în condiţii de îmbinare perfect etanşă.

Să ne reamintim...

Fenomenul de „memorie a formei” este prezent la anumite aliaje cu transformare

martensitică reversibilă în care martensita are un caracter termoelastic. Un produs

finit confecţionat din astfel de materiale poate fi deformat de la o formă iniţială,

cu o configuraţie stabilă termic, până la o altă formă, cu o configuraţie instabilă

termic. Acest produs se spune că are memoria formei pentru faptul că, la aplicarea

unei încălziri, poate reveni de la configuraţia instabilă termic la configuraţia

iniţială, stabilă termic, adică se poate spune ca ,,îşi aminteşte” forma iniţială.

M1.U7.7. Rezumat

Efectul memoriei formei la metale se bazează pe transformarea martensitică

reversibilă: după ce “a memorat” o formă austenitică, aliajul este răcit până la

starea martensitică. El este deformat şi când este încălzit, îşi reia forma

austenitică.

În prezent, acest fenomen este cunoscut în cazul mai multor materiale metalice:

alame, nichel, titan, cupru, aluminiu, zinc, unele oţeluri cu mangan şi sil iciu.

Principalele fenomene de memoria formei: pseudoelasticitatea, efectul simplu de

memorie a formei, efectul de memorie a formei în d ublu sens.

Aplicaţii: realizarea racordurilor şi prizelor microcontacte cu efect de memorie,

arcuri pentru robinete, care întrerup pătrunderea apei în clipa când ea devine

prea caldă, arcuri pentru ventilarea serelor.


1. Ce concluzii se pot desprinde din studierea PSE?

2. Care este cel mai important fenomen de memoria formei?

3. Ce presupune efectul de memoria formei în dublu sens?

4. Ce concluzii s-au desprins din sinteza cercetărilor care se referă la EMFDS?

M1.4. TEST DE AUTOEVALUARE A CUNOŞTINŢELOR

1. Oţelurile pentru îmbunătăţire conţin:

a) peste 0,25 % C c) între 0,1 şi 0,3 % C

b) peste 1,8 % C

100

2. Stabilitatea chimică la temperaturi ridicate, pentru oţeluri, este asigurată în

cea mai mare măsură de:

a) mangan c) crom

b) tantal

3. Oţelul carbon de calitate marca OLC 45 are un conţinut mediu de carbon d e:

a) 45 % c) 0,45 %

b) 4,5 %

4. Oţelul aliat 13CrNi30 are un conţinut mediu de carbon de:

a) 13 % c) 30 %

b) 0,13 %

5. Alamele sunt aliaje ale cuprului cu:

a) aluminiul c) zincul

b) fierul

6. Oţelurile de cementare conţin:

a) peste 0,5 % C c) sub 0,25 % C

b) între 0,8 şi 1,2 % C

7. Gradul de utilizare al materialelor sinterizate este:

a) circa 100 % c) circa 40 %

b) circa 75 %

8. Într-un material compozit armat cu fibre, ruperea este împiedicată de:

a) matrice c) particule disperse

b) fibre

9. În simbolul fontei maleabile Fma 400, numărul 400 reprezintă:

a) duritatea c) rezistenţa la rupere prin tracţiune

b) limita de curgere

10. Greutatea specifică a materialelor plastice este:

a) mai mare decât cea a

aluminiului c) mai mare decât cea a cuprului

b) mai mică decât cea a

aluminiului

REZOLVAREA TESTULUI DE AUTOEVALUARE

1. a 5. c 9. c

2. c 6. c 10. b

3. c 7. a

4. b 8. b

101

Modulul 2. Alegerea materialelor

Cuprins

M2.1.Introducere ................................ ................................ ................................ ............... 101

M2.2.Obiectivele modului ................................ ................................ ................................ . 101

M2.3.Competeţe conferite ................................ ................................ ................................ .101

M2.U8. Aspecte generale privind alegerea materialelor ................................ ................... 102

M2.U9. Influenţa materialului şi a tratamentului termic asupra formei pieselor .............. 116

M2.U10. Alegerea semifabricatelor................................ ................................ ................... 122

M2.4. TEST DE AUTOEVALUARE ................................ ................................ .............. 125

M2.1. Introducere

In etapa concepţiei unui produs se aleg materialele din care se execută

acesta, în majoritatea cazurilor existând posibilitatea de a alege între mai multe

materiale. La alegerea raţională a materialelor proiectantul este confruntat cu

probleme foarte complexe. Problema de bază a proiectării pieselor în construcţia

de maşini este aceea de a se obţine o structură care să răspundă solicitărilor

mecanice din exploatare. Proiectarea unei piese mecanice necesită multiple “bucle

de întoarcere”, care permit, prin aproximări succesive, atingerea optimului. Acest

optim nu este numai tehnic. Implicaţiile economice şi fezabilitatea industrială sunt

elemente care ajustează mereu orientările posibile.

M2.2.Obiectivele modulului

Obiectivele modulului constau în prezentarea principalelor etape care

trebuie urmărite atunci când se doreşte alegerea raţională a unui material pentru

un anumit produs, descrierea influenţei materialului şi a tratamentului termic

asupra formei pieselor şi a modalităţii de alegere a semifabricatului necesar pentru

executarea unei piese.

M2.3.Competenţe conferite

La sfârşitul acestui modul studenţii vor fi capabili să realizeze alegerea

materialului pentru executarea unei piese, să descrie factorii ce influenţează forma

pieselor şi să realizeze alegerea unui semifabricat în funcţie de volumul şi felul

producţiei.

102

Unitatea de învăţare M2.U8. Aspecte generale privind alegerea materialelor

Cuprins

M2.U8.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ........ 102


M2.U8.3. Aspecte generale privind alegerea materialelor ................................ ................ 102

M2.U8.3.1. Criterii utilizate la alegerea raţională a materialelor ................................ ..104

M2.U8.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ............ 115



Având în vedere diversitatea şi complexitatea cerinţelor faţă de un material,

pentru alegerea optimă a acestuia trebuie luaţi în considerare, în mod sistematic,

mai mulţi factori ca: proprietăţile mecanice, proprietăţile tehnologice de proiectare

şi prelucrare, factorul economic, precum şi influenţa reciprocă a acestora.


În această unitate de învăţare sunt prezentate principalele criterii care trebuie

avute în vedere la alegerea unui material: criteriul funcţional; criteriul tehnologic;

criteriul economic. Fiecare criteriu este descris pe scurt, fiind prezentate şi o serie

de exemple concrete de aplicare.

După parcurgerea unităţii de învăţare, studenţii vor fi capabili să prezinte

modul în care se face alegerea unui material, aplicându-se simultan toate cele trei

criterii amintite mai sus.


M2.U8.3. Aspecte generale privind alegerea materialelor

In etapa concepţiei unui produs se aleg materialele din care se execută acesta, în

majoritatea cazurilor existând posibilitatea de a alege între mai multe materiale.

Etapele principale de urmat în alegerea unui material corespunzător sunt indicate

schematic în figura M2.U8.1.

Având în vedere diversitatea şi complexitatea cerinţelor faţă de un material,

pentru alegerea optimă a acestuia trebuie luaţi în considerare, în mod sistematic, mai mulţi

factori ca: proprietăţile mecanice, proprietăţile tehnologice de proiectare şi prelucrare, factorul

economic, precum şi influenţa reciprocă a acestora.

Doar în puţine cazuri apar exclusiv solicitări mecanice statice, aşa că pe lângă

rezistenţa statică cunoscută trebuie luate în considerare şi rezistenţele dinamice (ciclice sau

prin şocuri). Deseori aceste proprietăţi trebuie luate în considerare în condiţii de temperaturi

ridicate sau scăzute. După felul construcţiei, în cerinţele de utilizare vor trebui cuprinse şi date

asupra conductivităţii termice, dilatării termice, magnetizării sau altor proprietăţi fizice

Proprietăţile mecanice ca limita de curgere, rezistenţa de rupere la tracţiune şi

alungirea la rupere sunt, de regulă, cunoscute numai pentru starea de tensiune monoaxială. In

multe cazuri apar însă stări de tensiuni multiaxiale, divergente. O determinare a regimului real

103

de solicitare se obţine de obicei, prin măsurări electrotensometrice în cadrul unor probe de

exploatare a prototipului sau a unui exemplar din fabricaţia curentă. Pe baza rezultatelor

acestor măsurători se poate reconsidera dimensionarea pentru o mai judicioasă utilizare a

materialelor.

Fig.M2.U8.1. Etapele urmărite la alegerea unui material

Tendinţa de a reduce dimensiunile piesei la minimul necesar şi suficient, deci de a

realiza economie de material, reflectată în coborârea coeficientului de siguranţa cât mai

aproape de 1, reclamă pe lângă cunoaşterea solicitărilor efective şi asigurarea calităţii

prescrise materialelor.

Pentru asigurarea durabilităţii unei piese trebuie luată în considerare şi comportarea

materialului la uzare şi coroziune, proprietăţi care încă nu se pot exprima cifric. Pentru

combaterea uzării se acordă o atenţie tot mai mare tratamentelor de suprafaţă. Astfel se aplică

noi tratamente termochimice, ca de exemplu: borurarea, pulverizarea cu plasmă sau depunerea

gazoasă de materiale dure pe materialul de bază etc. Datele despre rezistenţa la coroziune se

bazează în general pe încercări în medii chimice pure. In practica industrială însă se întâlnesc

frecvent medii agresive complexe, a căror concentraţie variază. Deci aprecierea materialelor

pe baza datelor din tabelele de coroziune nu este în toate cazurile concludentă.

Uneori materialele corespunzătoare cerinţelor funcţionale ridică probleme de

execuţie: fie că nu pot fi uzinate procedeele tehnologice cunoscute, fie că îşi modifică

proprietăţile în cursul prelucrării.

Totalitatea cerinţelor, atât în ceea ce priveşte funcţionarea, exploatarea cât şi

prelucrarea formează matricea de proprietăţi. Ea trebuie să cuprindă cerinţele în formă de

proprietăţi măsurabile pentru a putea alege materialul cel mai corespunzător dintre cele

disponibile.

Alegerea propriu-zisă a materialului se va efectua prin compararea matricei de

proprietăţi cerute cu matricea proprietăţilor materialelor disponibile.

Din cele de mai sus rezultă că la alegerea raţională a materialelor proiectantul este

confruntat cu probleme foarte complexe. Alegerea optimă a lor nu este posibilă decât prin

cunoaşterea factorilor de bază care determină proprietăţile acestor materiale. Greşelile

săvârşite în alegerea materialelor au repercusiuni deosebit de negative, ducând la consumuri

inutile, întârzieri sau întreruperi în funcţionarea utilajelor, creşterea greutăţii produselor etc.

104

M2.U8.3.1. Criterii utilizate la alegerea raţională a materialelor

Cele mai importante criterii utilizate la alegerea raţională a materialelor sunt:

criteriul funcţional;

criteriul tehnologic;

criteriul economic.

M2.U8.3.1.1. Criteriul funcţional

Criteriul funcţional trebuie să aibă în vedere tipul solicitărilor (întindere,

compresiune, încovoiere, torsiune), modul de acţionare a sarcinilor în timp (static sau

dinamic) precum şi condiţiile de funcţionare (temperaturi joase, înalte etc.).

Referindu-ne la tipul solicitării, reamintim că unele materiale au caracteristici diferite

(rezistenţe admisibile diferite) atunci când se trece de la o solicitare la alta: întindere,

compresiune etc. Alte materiale au aceleaşi rezistenţe admisibile pentru grupe diferite de

solicitări; de exemplu oţelul are aceeaşi rezistenţă admisibilă pentru întindere, compresiune,

încovoiere.

Reamintim că modurile de solicitare în timp, tipice, sunt:

cazul I, solicitare statică;

cazul II, solicitare prin ciclu pulsant;

cazul III, solicitare prin ciclu alternant simetric.

Pentru diferite materiale, rezistenţele admisibile scad de la cazul I la cazul III, lucru

justificat pe baza fenomenului de oboseală a materialului.

În cadrul condiţiilor de funcţionare, temperaturile înalte sau joase determină

comportări diferite ale materialelor faţă de comportările la temperatura mediului ambiant,

aspect care de asemenea trebuie luat în considerare.

Proprietăţile mecanice pe care trebuie să le aibă materialul destinat fabricării unui

anumit organ de maşină se determină în funcţie de solicitarea mecanică de bază, care poate fi

statică, variabilă (de oboseală) sau dinamică (de şoc).

Dacă piesa este supusă la solicitări statice monoaxiale, criteriul de bază în alegerea

oţelului îl reprezintă una din caracteristicile determinate prin încercarea la tracţiune; astfel,

pentru piese la care nu se admit deformaţii remanente (prezoane, arcuri, axe speciale, buloane

de întindere etc.) se ia în consideraţie limita de proporţionalitate (p; 0,01); pentru cele la care

asemenea deformaţii sunt într-o oarecare măsură admise se ţine seama de limita de curgere

(c; 0,2), iar la cele care ies din funcţie prin rupere se consideră rezistenţa de rupere (r).

Esenţială în corecta alegere a materialului este judicioasa alegere a coeficienţilor de siguranţă,

ţinându-se seama de eventualele suprasolicitări temporare sau întâmplătoare. Dacă acestea au

un caracter de şoc oţelul ales trebuie să aibă, în plus, şi o suficientă rezervă de tenacitate; în

acest caz, pentru aceeaşi valoare a criteriului de bază (r, c, p) se va alege oţelul care poate

suporta mai uşor suprasolicitările locale, respectiv cel care are o valoare mai ridicată pentru

gâtuire (Z) şi rezilienţă (KCU).

Atunci când piesa este supusă la solicitări variabile de timp, criteriul de bază în

alegerea oţelului devine rezistenţa la oboseală. La calculele de proiectare trebuie să se ia în

considerare cât mai judicios numeroşii factori, care determină comportarea piesei reale la

solicitări variabile. Existenţa acestor factori de natură foarte diferită (geometrici, mecanici,

chimici) impune ca datele referitoare la rezistenţa la oboseală să fie folosite cu mare atenţie,

105

mai ales când ele se referă la epruvetele netede. Din această cauză, atunci când este posibil,

este indicat ca încercările de oboseală să se efectueze chiar pe piese, în condiţii simulate sau

efective de funcţionare.

Exemple

Un exemplu de aplicare a criteriului funcţional la alegerea unui material este

studierea influenţei solicitării de încovoiere asupra batiului unei maşini-unelte.

Studierea comparativă a elasticităţii, rezistenţei la încovoiere şi a rezistenţei la

tracţiune a fontei şi a oţelului au dus la concluzia că utilizarea oţelului laminat în

construcţiile sudate ale batiurilor duce la economii importante de material.

Cele expuse mai sus se demonstrează pe un caz simplu luând o grindă dreptunghiulară

solicitată la încovoiere (figura M2.U8.2.):

Fig.M2.U8.2. Model pentru aplicarea criteriului funcţional

Relaţia efortului unitar la încovoiere va fi:

hv

lP

hb

lPî

2

2 2

36

4 (M2.U8.1)

de unde rezultă volumul Va corespunzător efortului unitar la încovoiere admisibil, aî, adică:

bhlh

lPV

aia

2

2

3

(M2.U8.2)

În general, se pot lua în calcul următoarele valori:

aiOL = 3 daN/mm2 şi aiFc = 1 daN/mm

2

Pentru grinda considerată, deformaţia cauzată de solicitarea P este:

2

4

3

3

44 h

l

EV

P

Ebh

PlY (M2.U8.3)

şi explicitând volumul corespunzător deformaţiei admisibile se obţine:

bhlh

l

EYa

PVYa

22

4 (M2.U8.4)

Dacă se prezintă grafic variaţia volumelor Va şi VYa în funcţie de raportul 12/h, pentru

oţel având modulul de elasticitate E = 2,2 x 104 daN/mm

2 şi pentru fontă având E = 1,1 x 10

4

daN/mm2, se obţine diagrama din figura M2.U8.3.:

Grinda considerată va fi raţional dimensionată atunci când sunt utilizate deopotrivă

rezistenţa materialului, caracterizată prin ai, cât şi rigiditatea caracterizată prin deformaţia

106

Ya. Soluţia optimă se află în punctul de intersecţie a celor două curbe: o dreaptă care trece

prin origine şi o parabolă cu vârful în origine.

Fig.M2.U8.3. Variaţia volumelor Va şi VYa

Punctul optim în sistemul considerat are coordonatele mai mari (3,9) pentru fontă, iar

pentru oţel acestea sunt mai mici (2,2). Deci în cazul utilizării oţelului volumul este de 4,5 ori

mai mic decât în cazul utilizării fontei, ceea ce duce la economii de material de peste 50 %.

Având în vedere criteriul funcţional, pentru executarea unui batiu se va utiliza

următorul material:

a) oţel c) fontă

b) cupru

M2.U8.3.1.2. Criteriul tehnologic

Criteriul tehnologic are în vedere proprietăţile materialelor utilizate, proprietăţi care

trebuie să asigure rezistenţa materialului la solicitările la care va fi supus. Proprietăţile

materialelor pot fi:

a) proprietăţi de exploatare;

b) proprietăţi tehnologice.

a) Proprietăţile de exploatare au căpătat această denumire din cauză că ele

reprezintă acele însuşiri ale produsului care asigură comportarea lui corespunzătoare în

exploatare. Astfel, un arc trebuie să fie elastic, un cuzinet trebuie să aibă o rezistenţă ridicată

la uzură, etc. Proprietăţile de exploatare cuprind:

proprietăţi mecanice;

proprietăţi fizice;

proprietăţi chimice.

Proprietăţile mecanice (rezistenţa la rupere, duritatea, tenacitatea, plasticitatea,

elasticitatea) sunt acele însuşiri ale materialului care fac ca el să se opună forţelor

mecanice exterioare (tracţiune, încovoiere, şoc, oboseală, fluaj etc.), fără a se rupe sau a se

deforma. Cea mai importantă proprietate de exploatare pentru materialele metalice este

rezistenţa la rupere prin tracţiune r , măsurată conform SI în [daN/mm2]. Cercetătorii au

stabilit că odată cu creşterea rezistenţei la rupere prin tracţiune are loc o intensificare a uzurii

107

sculelor aşchietoare, o scădere a vitezei de aşchiere (figura M2.U8.4.), precum şi o mărire a

energiei specifice de aşchiere (figura M2.U8.5.).

Fig. M2.U8.4. Influenţa rezistenţei la rupere asupra vitezei de aşchiere

De asemenea, creşterea rezistenţei la rupere a materialului determină îmbunătăţirea

rugozităţii suprafeţei prelucrate, precum şi o creştere a temperaturii în zona de aşchiere.

Duritatea este rezistenţa opusă de un material la pătrunderea din exterior a unui corp

de formă bine stabilită, numit penetrator.

Reamintim că există mai multe metode de măsurare a durităţii, cele mai utilizate fiind:

metoda Brinell: duritatea Brinell este o caracteristică mecanică definită

(convenţional) ca fiind raportul dintre forţa aplicată pe penetrator la efectuarea determinării F,

exprimată în kgf (1kgf = 9,80665 N) şi aria suprafeţei urmei lăsate de acesta pe materialul

metalic analizat Sp, exprimată în mm2:

HB = F / Sp (M2.U8.5)

Penetratorul este o sferă (bilă) confecţionată din oţel (aliaj Fe-C) sau din carburi metalice.

Fig. M2.U8.5. Influenţa rezistenţei la rupere asupra energiei specifice de aşchiere

metoda Rockwell: duritatea Rockwell (simbolizată HR) este o caracteristică

mecanică definită (convenţional) prin relaţia:

HR = E – e (M2.U8.6)

în care E este lungimea unei scale de referinţă, iar e - adâncimea de penetrare remanentă

determinată pe materialul analizat, ambele mărimi (E şi e) fiind convertite în unităţi de

duritate Rockwell, folosind convenţia 1 HR = 0,002 mm. Se poate utiliza ca penetrator un con

108

confecţionat din diamant, având unghiul la vârf de 1200 , o sferă (bilă) din oţel cu diametrul

de 1,5875 mm (1/16 in) sau o sferă (bilă) din oţel cu diametrul de 3,175 mm (1/8 in).

metoda Vickers: duritatea Vickers (simbolizată HV) este o caracteristică mecanică

definită (convenţional) ca fiind raportul dintre forţa aplicată pe penetrator la efectuarea

determinării F, exprimată în kgf (1kgf = 9,80665 N) şi aria suprafeţei urmei lăsate de acesta

pe materialul metalic analizat Sp, exprimată în mm2:

HV = F / Sp (M2.U8.7)

Penetratorul este o piramidă pătrată dreaptă confecţionată din diamant, având unghiul diedru

al feţelor opuse de 1360 şi unghiul dintre muchiile opuse de 148

0.

In cazul oţelurilor, creşterea durităţii materialului prelucrat determină o micşorare a

valorii indicatorului de prelucrabilitate, o mărire a eforturilor de aşchiere, precum şi o

îmbunătăţire a rugozităţii suprafeţelor aşchiate (figura M2.U8.6.).

Fig. M2.U8.6. Influenţa durităţii asupra rugozităţii suprafeţelor

Rezistenţa la rupere şi duritatea sunt caracteristici de rezistenţă mecanică a

materialului. Rezistenţa mecanică mai este caracterizată şi de către limita de curgere, C

notată uneori şi cu 0,2 precum şi de către rezistenţa la oboseală prin încovoiere rotativă -1.

Cea mai importantă proprietate elastică a materialelor este modulul de elasticitate E,

măsurat în [daN/mm2]. Pentru oţel, de exemplu, acesta este în medie E = 2,1 10

4 daN/mm

2,

curba caracteristică la tracţiune fiind rectilinie.

Caracteristicile de plasticitate reflectă capacitatea materialului de a se deforma plastic

fără a se rupe. Ele se exprimă în mod obişnuit prin alungirea la rupere , care se măsoară în

procente. In general, odată cu creşterea alungirii la rupere are loc o îmbunătăţire a

prelucrabilităţii prin aşchiere a oţelurilor.

Caracteristica de tenacitate a materialului exprimă capacitatea lui de a absorbi o

anumită cantitate de energie fără a se rupe. Ea se exprimă prin gâtuirea Z, măsurată în %, în

cazul în care forţele exterioare se aplică static sau prin rezilienţa KCU, măsurată în daN/cm2,

în cazul în care solicitarea se efectuează prin şoc.

Exemple

Pentru oţeluri s-a constatat că odată cu creşterea gâtuirii specifice Z se

înregistrează de obicei o ameliorare a prelucrabilităţii prin aşchiere şi, în general,

o mărire a forţelor de aşchiere. In ceea ce priveşte rezilienţa, odată cu creşterea

rezistenţei la rupere prin şoc are loc o mărire a lucrului mecanic specific la

109

aşchiere.

In cazul în care materialul este solicitat permanent la temperaturi mai ridicate, apare

fenomenul de fluaj, asimilat cu fenomenul de curgere a materialului (de exemplu, paletele

turbinelor cu gaz, elementele reactoarelor etc.).

Exemple

La unele materiale curgerea apare chiar la temperatura ambiantă, ca de exemplu

la Al. Îmbinările cu şuruburi din Al care la început sub influenţa tensiunilor

elastice sunt strânse, după un timp oarecare prezintă fenomenul de curgere.

Analog se întâmplă la îmbinările cu şuruburi din oţel cu rondele de Al. La fel se

comportă materialele cu o temperatură de recristalizare scăzută, ca de exemplu

Pb sau Zn.

Dacă se acceptă o durată limitată a piesei h atunci este suficient dacă viteza de curgere

devine:

%10 6

hconstVc

(M2.U8.8)

ceea ce corespunde unei alungiri la rupere 0,1 % în zece ani.

Proprietăţile fizice sunt acelea care trebuie să dubleze, în multe situaţii,

proprietăţile mecanice ale materialelor. Printre cele mai importante proprietăţi fizice sunt:

densitatea şi greutatea specifică, conductivitatea termică, dilatarea la încălzire, conductivitatea

şi rezistivitatea electrică, proprietăţile magnetice.

Conductivitatea termică reprezintă proprietatea unui material de a conduce fluxul

caloric.

Exemple

O conductivitate termică scăzută a materialului înseamnă de exemplu, o evacuare

dificilă a căldurii din zona de aşchiere, o concentrare importantă de căldură la

nivelul vârfului sculei aşchietoare, ceea ce va conduce la o uzură mai rapidă a

acesteia. Astfel se întâmplă, de exemplu, la aşchierea unor oţeluri inoxidabile,

care au conductivitate termică la 20oC de numai 0,035…0,065 faţă de oţelurile

carbon obişnuite, care au conductivitatea termică de 0,140.

Temperatura de topire reprezintă o caracteristică fizică extrem de importantă pentru

utilizatori. Materialele feroase şi neferoase se găsesc într-o gamă extrem de largă de valori ale

temperaturii de topire:

- materiale foarte uşor fuzibile (Tt 100oC);

- materiale uşor fuzibile (100oC Tt 500

oC);

- materiale fuzibile (500oC Tt 1000

oC);

- materiale greu fuzibile (1000oC Tt 1800

oC);

- materiale refractare (1800oC Tt 2500

0C);

- materiale înalt refractare (Tt 2500oC).

Rezistivitatea electrică este o proprietate deosebit de importantă în multe domenii ale

tehnicii, materialele putându-se clasifica din acest punct de vedere în următoarele grupe:

110

- materiale foarte bune conducătoare ( 3 cm);

- materiale bune conducătoare ( 10 cm);

- materiale slab conducătoare ( 10 cm);

- materiale rezistive (20 cm 50 cm);

- materiale înalt rezistive ( 50 cm).

Proprietăţile chimice. Dintre proprietăţile chimice ale materialelor cea mai mare

importanţă pentru industria constructoare de maşini o prezintă rezistenţa la coroziune.

Aceasta reprezintă proprietatea unui material de a nu-şi modifica proprietăţile sub acţiunea

chimică exercitată la suprafaţa corpurilor de către aer, apă sau de unele substanţe chimice.

Pentru a se ajunge la o rezistenţă cât mai mare la coroziune, în compoziţia chimică a oţelurilor

inoxidabile sunt cuprinse elemente ca: Ni, Cr, Mo. Unele dintre acestea pot afecta însă serios

în sens negativ prelucrabilitatea prin aşchiere (se măreşte uzura sculei aşchietoare, cresc

forţele de aşchiere).

b) Proprietăţile tehnologice ale materialului sunt acele însuşiri care le fac capabile de

a fi prelucrare prin anumite procedee tehnologice (turnare, forjare, sudare, aşchiere tec). In

funcţie de procedeul tehnologic de prelucrare la care se pretează materialul respectiv,

proprietăţile tehnologice au denumiri specifice:

Turnabilitate sau capacitate de turnare, care exprimă capacitatea materialului de a se

topi şi de a umple spaţii înguste.

Exemple

Fonta se toarnă mai bine decât oţelul, fiindcă este un material eutectic (cu

temperaturi de topire mai scăzute), are o contracţie mică, o capacitate mică de

dizolvare a gazelor, umple mai bine formele.

Forjabilitate, care exprimă capacitatea materialului de a fi deformat plastic la cald sau

la rece.

Exemple

Oţelul carbon este mai forjabil decât oţelul aliat, energia necesară fiind însă

aproape egală.

Ductilitate, care exprimă capacitatea materialului de a fi tras în fire subţiri, fără a se

rupe.

Sudabilitate, care reprezintă capacitatea unui material de a se suda. La materialele

feroase, elementul determinant pentru sudabilitate este carbonul. In figura M2.U8.7. se arată

cum variază sudabilitatea oţelurilor în funcţie de conţinutul în carbon echivalent.

Pentru stabilirea conţinutului de carbon echivalent se utilizează relaţia:

tPCuMoNiCrMn

CCe 0024,02

%

13

%

4

%

15

%

5

%

6

%% (M2.U8.9)

în care t = grosimea materialului în [mm].

111

Fig.M2.U8.7. Influenţa conţinutului de carbon asupra sudabilităţii oţelurilor

Aşchiabilitate, care reprezintă însuşirea materialului de a putea fi prelucrat prin

procedee de aşchiere (strunjire, frezare, burghiere etc.). Întrucât procesul formării aşchiilor

este influenţat de un număr însemnat de factori (procedeul de prelucrare, materialul şi

geometria sculei, regimul de aşchiere, condiţiile de răcire etc.), comportarea la aşchiere a

materialelor nu poate fi caracterizată pe baza unui criteriu general valabil şi cu posibilităţi de

exprimare valorică. In figura M2.U8.8. sunt prezentate, comparativ, aşchiabilităţile unor

materiale utilizate curent în construcţia de maşini (etalon sunt oţelurile inoxidabile

martensitice, cu aşchiabilitate 100 %).

Fig.M2.U8.8. Aşchiabilitatea unor materiale

1. Oţeluri inoxidabile feritice 7. Fonte

2. Oţeluri inoxidabile martensitice 8. Oţeluri pentru scule

3. Oţeluri inoxidabile austenitice 9. Aliaje refractare

4. Oţeluri pentru automate 10. Aliaje de cupru

5. Oţeluri carbon 11. Aliaje de aluminiu

6. Oţeluri aliate

O proprietate tehnologică foarte importantă, în cazul multor materiale, este capacitatea

materialului de a se trata termic precum şi comportarea lui la tratamentul termic.

Tratamentele termice nu numai că pot schimba proprietăţile de exploatare (duritate, rezistenţă,

112

plasticitate etc.) dar pot modifica şi proprietăţile tehnologice ale materialelor, făcându-le

prelucrabile prin anumite procedee tehnice.

Influenţa exercitată de unele tratamente termice asupra comportării materialelor

feroase este prezentată în continuare:

recoacerea se aplică adeseori materialelor feroase în scopul îmbunătăţirii

prelucrabilităţii prin aşchiere;

normalizarea şi revenirea la temperaturi înalte oferă pe lângă o creştere a rezistenţei

la rupere şi o ameliorare a prelucrabilităţii prin aşchiere;

călirea urmată de o revenire înaltă (680oC ... 750

oC) a unui oţel determină o

îmbunătăţire a prelucrabilităţii cu 10...12 % în raport cu situaţia când nu s-a efectuat acest

tratament termic; călirea şi revenirea fontelor cenuşii cu grafit lamelar se aplică în scopul

măririi rezistenţei mecanice şi a durităţii;

călirea prin precipitare a aliajelor de Ni permite obţinerea unei rezistenţe la oxidare

mai bune.

De exemplu, în figura M2.U8.9. este prezentată variaţia proprietăţilor mecanice ale

unui oţel carbon călit şi recopt.

Fig.M2.U8.9. Influenţa tratamentului asupra proprietăţilor unui oţel carbon

Criteriul tehnologic utilizat la alegerea materialelor are în vedere:

a) denumirile materialelor c) standardele produselor

b) proprietăţile materialelor

M2.U8.3.1.3. Criteriul economic

In toate etapele de proiectare, la alegerea materialului mai trebuie avut în vedere şi

criteriul economic, urmărindu-se costul materialului şi faptul că este sau nu este deficitar.

In funcţie de caracterul producţiei (de masă, de serie mare sau mică), raportul dintre

costul materialului şi cel al prelucrării, variază.

În producţia de masă, datorită automatizării şi mecanizării proceselor de producţie,

costul prelucrării devine mic faţă de cel al materialului. Cu toate acestea, este nerecomandabil

să se încerce reducerea cheltuielilor de producţie prin folosirea unor materiale mai ieftine, de

calitate inferioară, deoarece rezultatele mecanizării şi automatizării producţiei sunt

113

condiţionate de utilizarea unor materiale omogene, atât dimensional cât şi din punctul de

vedere al proprietăţilor tehnologice.

În producţia de serie mică, ponderea materialului în costul piesei este mică în

raport cu costul prelucrării, acesta din urmă înglobând munca de cea mai înaltă calificare. In

aceste condiţii se constată că este rentabil să se folosească, când este cazul, materiale mai

costisitoare, dar de calitate superioară.

Pentru a aprecia dacă este convenabilă înlocuirea unui material cu un alt material, mai

scump dar cu calităţi superioare, se poate utiliza relaţia:

C

C

C

S

D

DX

100)1(100 (M2.U8.10)

unde: 100 D

D - este creşterea relativă, procentuală, a duratei de funcţionare a produsului;

100 C

C- este creşterea relativă, procentuală, a costului de material;

S - reprezintă cheltuieli pentru introducerea materialului respectiv;

C - reprezintă costul materialului.

Astfel, dacă X > 0, prin materialul utilizat se realizează o economie, la X = 0 costul

este egal, iar în cazul X 0, costul este mai ridicat.

Pe lângă materialele metalice, industria foloseşte din ce în ce mai mult materiale

nemetalice ca: materiale compozite, materiale plastice, vopsele, chituri, beton etc. Dintre

acestea, primele două categorii de materiale apar nu numai ca materiale noi cu un domeniu de

utilizare specific ci şi - mai ales - ca materiale de “substituţie” ale celor metalice, pe care, în

unele condiţii, le înlocuiesc cu mult succes tehnic şi economic. Înlocuirea materialelor

metalice cu cele nemetalice din categoria maselor plastice, de exemplu, prezintă un interes cu

atât mai mare cu cât substanţele energetice şi energia însăşi sunt mai scumpe. Contradicţia nu

este decât aparentă, deoarece consumul de energie pe care îl înglobează materialele plastice -

la greutate unitară comparabilă - este, întotdeauna, inferior energiei necesare pentru

elaborarea şi prelucrarea majorităţii metalelor. Astfel, pentru a fabrica aceeaşi piesă din oţel,

aluminiu sau mase plastice se consumă:

- în cazul oţelului: 1,25 kg metal + 2,5 kg c.c. (combustibil convenţional);

- în cazul aluminiului: 0,5 kg metal + 5 kg c.c.;

Estimarea oportunităţii înlocuirii pieselor din metal cu piese din alt material se poate

face cu ajutorul relaţiei:

p

p

p

pK

sV

m

mKN

1 (M2.U8.11)

în care: N este eficienţa economică pentru 1 Kg de piese din material plastic; Km - costul unui

kilogram de metal; Kp - costul unui kilogram din material plastic; m - coeficientul de

utilizare a metalului; p - coeficientul de utilizare a materialului plastic; p - procentul care

reprezintă costul materialului faţă de costul piesei prelucrate; - raportul între cheltuielile de

execuţie ale piesei din material plastic şi aceleaşi cheltuieli pentru piesa din metal; Vs -

raportul dintre masa piesei metalice şi a celei din material plastic.

Eficienţa economică a utilizării unor materiale ca înlocuitori pentru metale trebuie să

ia în considerare următorii factori: reducerea consumului de metal; scăderea preţului de cost al

procesului de producţie a pieselor; accelerarea lucrărilor pregătitoare pentru fabricarea unor

114

piese de tip nou; îmbunătăţirea caracteristicilor de exploatare a pieselor şi economia de

cheltuieli legată de aceasta.

Exemple

In construcţia de maşini coeficientul de utilizare a metalului (raportul între

greutatea piesei finite şi a semifabricatului) este în medie 50…60 %; în unele

cazuri însă se foloseşte numai 7…15 % din metal. Greutatea totală a aşchiilor la

prelucrarea pieselor este, de exemplu 1/3 la laminate şi lingouri. Chiar la

construcţia de piese cu producţie de serie mare deşeurile ajung până la 30…40 %

din metal, în timp ce la materialele plastice, de exemplu, deşeurile sunt

aproximativ 5 %, deci de 5…10 ori mai mici decât la prelucrarea metale lor

Analiza structurii costurilor unui produs poate pune în evidenţă ponderea costurilor

materialului utilizat în totalul costurilor. De exemplu, în cazul unei piese turnate din fontă, de

mărime şi dificultate medii, componentele costului sunt cele prezentate în figura M2.U8.10.

Se observă că cea mai importantă componentă a costului piesei turnate este costul

metalului, fapt care subliniază încă o dată importanţa care trebuie acordată alegerii judicioase

a materialelor. Un alt exemplu de utilizare a criteriului economic la alegerea unui material îl

constituie compararea costurilor diferitelor aliaje folosite pentru lagăre de alunecare (figura

M2.U8.11.).

Fig.M2.U8.10. Componentele costului unei

piese turnate din fontă în diferite variante: a - manual, cu model de lemn

b - cu maşina de format, cu model metalic

Fig. M2.U8.11. Grafic comparativ

pentru costul unor materiale utilizate

la confecţionarea lagărelor: 1 - aliaj pe bază de Sn (SnSb11Cu6)

2 - aliaj pe bază de Pb (PbSn10Sb15Cu1)

3 - bronz cu Sn (Bz10T);

4 - bronz cu Al (BzAl9Fe3B)

5 - alamă (Am 40)

6 – fontă

Prin prisma criteriului economic, la alegerea unui material pentru o piesă

realizată în producţia de masă se alege un material:

a) foarte ieftin c) deficitar

b) scump

115

M2.U8.4. Rezumat

Cele mai importante criterii utilizate la alegerea raţională a materialelor sunt:

criteriul funcţional; criteriul tehnologic; criteriul economic.

Criteriul funcţional trebuie să aibă în vedere tipul solicitărilor, modul de

acţionare a sarcinilor în timp (static sau dinamic) precum şi condiţiile de

funcţionare.

Criteriul tehnologic are în vedere proprietăţile materialelor utilizate,

proprietăţi care trebuie să asigure rezistenţa materialului la solicitările la care

va fi supus. Proprietăţile materialelor pot fi: proprietăţi de exploatare;

proprietăţi tehnologice. Proprietăţile de exploatare, la rândul lor, cuprind:

proprietăţi mecanice; proprietăţi fizice; proprietăţi chimice.

Criteriul economic are în vedere costurile (cheltuielile) aferente elaborării

materialelor, transformării lor în semifabricate şi prelucrării acestora pentru

obţinerea produselor.


1. La alegerea unui material trebuie urmărite următoarele criterii:

a) criteriul economic şi criteriul

tehnologic

c) criteriul funcţional, criteriul

tehnologic şi criteriul economic

b) criteriul economic şi criteriul

funcţional

2. Următorul material are aceeaşi rezistenţă admisibilă pentru întindere,

compresiune şi încovoiere:

a) fontă c) oţel

b) aliaj fier-carbon

3. Rezistenţa la rupere a unui material este o proprietate:

b) mecanică c) chimică

b) fizică

4. Proprietatea tehnologică de aşchiabilitate se poate determina:

a) cu ajutorul unei relaţii matematice c) prin apreciere vizuală

b) cu ajutorul unor criterii specifice

5. Prin prisma criteriului economic, la alegerea unui material pentru o piesă

realizată în serie mică se alege un material:


b) scump

6. Între criteriile funcţionale, tehnologice şi economice utilizate la alegerea unui

materiale există o legătură:

a) strânsă c) nu există legătură

b) slabă

116

Unitatea de învăţare M2.U9. Influenţa materialului şi a tratamentului

termic asupra formei pieselor

Cuprins

M2.U9.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ....... 116


M2.U9.3. Influenţa materialului şi a tratamentului termic asupra formei pieselor ........... 116

M2.U9.3.1. Dependenţa funcţionalitate - formă - solicitări ................................ ........ 116

M2.U9.3.2. Dependenţa proprietăţi – structură................................ ........................... 117

M2.U9.3.3. Dependenţa material-tehnologie de fabricaţie ................................ ......... 118

M2.U9.3.4. Criterii tehnico-economice ................................ ................................ ...... 120

M2.U9.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ ............ 121



Problema de bază a proiectării pieselor în construcţia de maşini este aceea

de a se obţine o structură care să răspundă solicitărilor mecanice din exploatare.

Proiectarea unei piese mecanice necesită multiple “bucle de întoarcere”, care

permit, prin aproximări succesive, atingerea optimului. Acest optim nu este numai

tehnic. Implicaţiile economice şi fezabilitatea industrială sunt elemente care

ajustează mereu orientările posibile.


În această unitate de învăţare este prezentată influenţa materialului şi a

tratamentului termic asupra formei pieselor.

La sfârşitul acestei unităţi de învăţare studenţii vor fi capabili să descrie

dependenţa funcţionalitate-formă–solicitări, dependenţa proprietăţi–structură,

dependenţa material-tehnologie de fabricaţie şi dependenţa formă-tehnologie.


M2.U9.3. Influenţa materialului şi a tratamentului termic asupra formei pieselor

Etapele importante în proiectarea unei piese mecanice sunt prezentate în figura

M2.U9.1.

M2.U9.3.1. Dependenţa funcţionalitate - formă - solicitări

Punctul de plecare ales este funcţionalitatea. Înainte de toate, o piesă mecanică este

concepută pentru a satisface o funcţie: transmiterea unei mişcări, suport pentru o altă piesă,

legătură între alte două piese ale unui ansamblu, fixare etc. Odată această funcţie definită,

imediat se inserează o buclă în schemă. Această buclă este constituită din noţiunile de formă

şi solicitări mecanice, întrepătrunse intim una în cealaltă.

117

Fig.M2.U9.1. Etapele proiectării unei piese mecanice

In consecinţă, funcţionalităţii îi corespunde o anumită formă (angrenaj, bielă, culisă

etc.) care răspunde solicitărilor mecanice impuse: statice (tracţiune, compresiune, şoc, fluaj),

dinamice (în principal oboseală), comportarea la coroziune, la rece, la cald, la uzură, prin

abraziune, prin adeziune etc.). Aceste solicitări se reflectă de cele mai multe ori prin bucla de

întoarcere asupra formei iniţiale, căci este posibilă, de exemplu, modificarea amplitudinii

solicitărilor printr-o modificare de geometrie.

Invers, forma poate avea limitele sale: densitate limitată într-un volum impus (cutia de

viteze a unui strung, de exemplu). In acest caz nivelul solicitărilor, chiar optimizat, poate fi

prea ridicat. Răspunsul la solicitări va fi asigurat printr-un ansamblu de proprietăţi mecanice

(rezistenţa la tracţiune, la şoc, comportarea la oboseală, la coroziune, la uzură etc.). Aceste

proprietăţi decurg direct din structura piesei.

M2.U9.3.2. Dependenţa proprietăţi – structură

Evidenţierea acestei relaţii se poate face în cazul exemplului practic al unui pinion de

la o cutie de viteze (fig. M2.U9.2.). Pentru acest caz, dinţii sunt supuşi la solicitări compuse:

încovoiere alternantă la piciorul dintelui; rulare-alunecare pe flancul dintelui; frecare-

abraziune pe flancul dintelui; solicitări de şoc în centrul dintelui.

Primele trei solicitări şi ultima sunt antagoniste. O suprafaţă rezistentă la primele trei

solicitări va avea performanţe ridicate, deci va fi dură, dar relativ fragilă şi incompatibilă la

solicitările prin şoc. Se impune de aceea un compromis din punct de vedere al structurii: un

strat superficial, constituit din martensită bogată în carbon, revenită la temperaturi medii,

peste un miez constituit din bainită, de exemplu.

118

Fig.M2.U9.2. Solicitările principale ale unui dinte

Exemplul precedent, care demonstrează dependenţa dintre proprietăţile de exploatare

(mecanice) şi de structură, poate fi completat cu exemplul următor, care demonstrează

dependenţa dintre proprietăţile tehnologice (deformabilitatea la rece) şi structură (figura

M2.U9.3.). Concluzia şi în acest caz este că proprietăţile (proprietatea tehnologică de

deformabilitate) impun o anumită structură optimă (structură cu cementită globulară).

M2.U9.3.3. Dependenţa material-tehnologie de fabricaţie

Structura piesei fiind definită se pune problema fabricării acesteia. Există numeroase

posibilităţi de a conferi unei piese structura dorită. Se pot utiliza mijloace: mecanice

(extruziune, deformare la rece, decupare, ambutisare etc.); termomecanice (forjare, laminare

controlată etc.); termice: (tratamente termice în masă, tratamente termochimice, depuneri

chimice etc.).

In cazul de faţă se tratează doar problema tratamentelor termice superficiale sau de

profunzime. Intre material şi tratamentul termic există legături strânse. Astfel, un anumit tip

de tratament termic se poate aplica numai unei anumite categorii de materiale.

Exemple

Cementarea se poate aplica numai oţelurilor cu conţinut maxim de carbon de

0,2%. Invers, alegerea unui material impune un tratament termic standard,

prevăzut în norme corespunzătoare. De exemplu, oţelurile rapide pentru scule

necesită o călire în baie caldă compusă din: preîncălzire în trei trepte, încălzire în

baie de săruri, răcire în aer, două reveniri şi o nitrurare finală.

Noţiunea de formă presupune luarea în considerare a următoarelor aspecte: aspectul

geometric, evidenţiat prin cote şi toleranţe; volumele, care înseamnă masele de material

asociate în diverse moduri; starea suprafeţei, care decurge dintr-un tratament termic.

In general, tratamentul termic deformează piesa: cotele se măresc sau se micşorează,

apar bătăi radiale şi săgeţi, ceea ce poate duce în final la rebutarea pieselor tratate. Volumele

foarte diferit asociate unele lângă altele pot conduce la fisuri, ceea ce condamnă imediat piesa.

119

Starea suprafeţei iniţiale nu se conservă în urma tratamentului termic (apar porozităţi

superficiale la sulfurizări, se modifică rugozitatea R a la cementare şi carbonitrurare).

Fig.M2.U9.3.Dependenţa dintre deformabilitatea la rece şi structura materialului

Deoarece gradientul de temperatură este direct legat de masa de încălzit, rezultă o

legătură intrinsecă între tratamentul termic aplicat şi forma piesei.

Exemple

O bandă de oţel cu grosimea de 1,5 mm ajunge aproape instantaneu la

temperatura cuptorului, atât în profunzime, cât şi la suprafaţă, în timp ce un

arbore cu diametrul de 500 mm necesită câteva ore pentru omogenizarea

temperaturii. Un alt exemplu: posibilitatea fluidului de călire de a veni în contact

cu toate suprafeţele piesei este determinantă pentru o piesă bună. Astfel, este

practic imposibil de obţinut o bună călire la fundul unei găuri 10 nestrăpunse,

într-un oţel puţin călibil în ulei.

Forma piesei trebuie adaptată materialului din care se execută aceasta, avându-se în

vedere elementele care contribuie la apariţia fisurilor în timpul tratamentului termic. In acest

context se evidenţiază: racordările cu unghiuri ascuţite; variaţiile bruşte de volum; prelucrarea

mecanică grosolană şi muchiile sculelor.

De asemenea trebuie avute în vedere variaţiile de volum ale materialelor în diferitele

faze de transformări, la încălzirea oţelului în cadrul tratamentului termic (tabelul M2.U9.1).

Revenind la principiul că toate tratamentele termice au ca efect secundar şi deformarea

pieselor şi ţinând cont de cele expuse mai sus, la alegerea formei unei piese tratate termic

trebuie să se ţină cont de deformaţiile create. Aceasta presupune cote care să permită o

operaţie de rectificare ulterioară, pentru eliminarea deformaţiilor.

120

Tabelul M2.U9.1. Variaţia volumului şi variaţia liniară

Transformare Variaţia volumului

[%]

Variaţia liniară

[m/mm]

Perlită - austenită

Perlită - martensită

Perlită - bainită inf.

Austenită - martensită

Austenită - bainită inf.

-4,64 + 2,21 x (%C)

+1,68 x (%C)

+0,78 x (%C)

+4,64 - 0,53 x (%C)

+4,64 - 1,42 x (%C)

-15,5 + 7,4 x (%C)

+ 5,6 x (%C)

+ 2,6 x (%C)

+15,5 - 1,8 x (%C)

+15,5 - 4,8 x (%C)

Din punct de vedere economic există însă interesul de a elimina această rectificare

finală. Aceasta se face printr-o alegere a materialului care să permită o călire progresivă, ceea

ce minimizează deformaţiile.

Forma piesei intervine, de asemenea, şi în cazul altor aspecte ale tratamentului termic.

Evitarea eterogenităţii răcirilor în cazul fazelor de vaporizare presupune eliminarea gazelor

produse în timpul procesului. Figura M2.U9.4. ilustrează un exemplu de modificare a

desenului unei piese (o roată dinţată) ca urmare a necesităţii de călire în poziţie orizontală în

ulei. Orificiile practicate în flanşa roţii dinţate permit vaporilor să se elimine liber la călire.

Fig.M2.U9.4. Dependenţa formă-tehnologie

In sfârşit, forma piesei are un rol preponderent în procesul curăţirii acesteia după

tratamentul termic. In practică există numeroase cazuri de alezaje, găuri filetate, găuri

nestrăpunse şi altele umplute cu săruri solidificate sau cu paste de protecţie şi care sunt practic

imposibil de golit de conţinut. Adoptarea formei finale trebuie să aibă în vedere toate

aspectele relevate mai sus.

M2.U9.3.4. Criterii tehnico-economice

Aceste criterii au la bază trei tipuri de consideraţii:

tehnice (de exemplu, posibilitatea sau imposibilitatea de realizare în întreprindere a

unei structuri cu material şi tratament termic ales);

economice (de exemplu, costurile cumulate ale materialului şi tratamentului

termic);

strategice (de exemplu, decizia voluntaristă de sub-tratare).

Aceşti parametri fiind determinanţi în concepţia unei piese, fiindcă de ei depinde

preţul final, se impune o buclă de întoarcere fie la faza de fabricaţie, fie la faza de formă.

121

Prezentaţi dependenţa proprietăţi – structură în cazul unui pinion de la o cutie de

viteze.

.

M2.U9.4. Rezumat

Funcţionalităţii unui produs îi corespunde o anumită formă (angrenaj, bielă,

culisă etc.) care răspunde solicitărilor mecanice impuse: statice (tracţiune,

compresiune, şoc, fluaj), dinamice (în principal oboseală), comportarea la

coroziune, la rece, la cald, la uzură, prin abraziune, prin adeziune etc.

Proprietăţile (de exemplu, proprietatea tehnologică de deformabilitate) impun o

anumită structură optimă (de exemplu, structură cu cementită globulară).

Structura piesei fiind definită se pune problema fabricării acesteia, existând

numeroase posibilităţi pentru aceasta. Se pot utiliza mijloace: mecanice

(extruziune, deformare la rece, decupare, ambutisare etc.); termomecanice

(forjare, laminare controlată etc.); termice: (tratamente termice în masă,

tratamente termochimice, depuneri chimice etc.).


1. Între proprietăţile unui material şi structura sa există o l egătură:



2. Între proprietăţile unui material şi tehnologia de fabricare există o l egătură:



3. La alegerea formei unei piese tratate termic trebuie să se ţină cont de:

a) deformaţiile create c) tehnologia de fabricare

b) structura piesei

4. Între material şi tratamentul termic există o legătură:



5. Prezentaţi etapele proiectării unei piese mecanice.

6. Descrieţi dependenţa material-tehnologie de fabricaţie.

122

Unitatea de învăţare M2.U10. Alegerea semifabricatelor

Cuprins

M2.U10.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ..... 122


M2.U10.3. Alegerea semifabricatelor ................................ ................................ .............. 122

M2.U10.3.1. Semifabricate turnate ................................ ................................ ............. 123

M2.U10.3.2. Semifabricate forjate şi matriţate la cald ................................ ............... 123

M2.U10.3.3. Semifabricate matriţate la rece ................................ .............................. 123

M2.U10.3.4. Semifabricate laminate ................................ ................................ .......... 123

M2.U10.3.5. Semifabricate sudate ................................ ................................ .............. 124

M2.U10.3.6. Alte semifabricate ................................ ................................ .................. 124

M2.U10.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .......... 125



Alegerea semifabricatului necesar pentru executarea unei piese trebuie

precedată de analiza următorilor factori: forma, dimensiunile şi greutatea;

materialul impus, în legătură cu prescripţiile pe care trebuie să le satisfacă piesa

(rigiditatea, rezistenţa la uzură etc.); numărul de semifabricate necesare; orientarea

avantajoasă a fibrelor materialului; precizia de execuţie şi rugozitatea suprafeţelor

semifabricatului.


În această unitate de învăţare sunt prezentate aspecte generale cu privire la

alegerea semifabricatului necesar pentru executarea unei piese.

La sfârşitul acestei unităţi de învăţare studenţii vor fi capabili să realizeze

alegerea unui semifabricat în funcţie de volumul şi felul producţiei.


M2.U10.3. Alegerea semifabricatelor

Procedeele de obţinere a semifabricatelor (turnare, forjare etc.) se caracterizează printr -

o anumită precizie limită ce se poate obţine, privind forma şi dimensiunile semifabricatului,

fapt care permite alegerea judicioasă a procedeelor celor mai productive şi mai economice de

prelucrare. Manopera consumată la prelucrare, depinde, în unele cazuri, nu numai de precizia

dimensiunilor semifabricatului, ci şi de forma acestuia. Totodată, rigiditatea insuficientă a

semifabricatului, determinată de o formă necorespunzătoare a sa, limitează folosirea

regimurilor de prelucrare optime şi duce la deformarea piesei în timpul prelucrării şi, implicit,

la micşorarea preciziei.

Alegerea semifabricatului se face în funcţie de volumul şi felul producţiei şi anume:

a) In cazul producţiei de serie mare este necesar să se realizeze sau să se aleagă

semifabricatele care să se apropie cât mai mult ca formă şi dimensiuni de piesa finită. Acest

123

caz impune existenţa şi utilizarea în atelierele de semifabricare a unor utilaje complexe şi

costisitoare, dar care asigură obţinerea unei precizii mari a semifabricatelor şi au o

productivitate ridicată.

b) In cazul producţiei de serie mică sau unicate, la care folosirea utilajelor costisitoare

în atelierele de semifabricare ar fi o soluţie neeconomică, se aleg semifabricate cu adaosuri

mari de prelucrare. Stabilirea formei şi dimensiunilor semifabricatelor se face avându-se în

vedere condiţiile concrete de lucru, utilajul existent, prescripţiile impuse piesei finite precum

şi aspectele economice.

Atunci când prescripţiile tehnice permit folosirea mai multor tipuri de semifabricate

(forjate, matriţate, laminate etc.) se impune efectuarea calculelor economice şi compararea

diferitelor variante posibile de execuţie.

M2.U10.3.1. Semifabricate turnate

Acestea permit obţinerea unor piese cu forme relativ complicate, care pot rămâne

neprelucrate în zonele în care nu se cere o precizie ridicată sau calităţi deosebite de suprafaţă.

Caracteristicile mecanice ale pieselor turnate din metal sunt inferioare faţă de cele ale pieselor

realizate pornind de la semifabricate forjate sau laminate; în schimb, calităţile lor de frecare

sunt net superioare, ceea ce explică preferinţa pentru alegerea lor în cazul fabricării lagărelor

de alunecare, de exemplu.

Necesitatea de a construi un model sau o formă, care-şi amortizează costul pe întreaga

serie a pieselor turnate, exclude fabricarea seriilor mici.

M2.U10.3.2. Semifabricate forjate şi matriţate la cald

Acestea permit, de asemenea, obţinerea unor forme variate şi asigură caracteristici

mecanice mai ridicate în comparaţie cu celelalte moduri de obţinere a semifabricatelor.

Proprietăţile de frecare sunt însă inferioare celor ale pieselor turnate.

Exemple

Prin forjare liberă se pot obţine piese unicat şi în serie mică, dar preţul este

ridicat. Matriţarea, necesitând scule speciale (matriţe), se aplică avantajos din

punct de vedere economic numai la producţie de serii mari.

M2.U10.3.3. Semifabricate matriţate la rece

La alegerea semifabricatului trebuie avut în vedere că matriţarea la rece este justificată

din punct de vedere economic numai în cazul în care operaţiile de finisare în vederea obţinerii

formei şi dimensiunilor finale ale piesei sunt foarte reduse ca volum.

M2.U10.3.4. Semifabricate laminate

Acestea se folosesc fie ca materie primă pentru a realiza piese prin forjare, fie pentru a

realiza piese prin aşchiere, fie pentru a transforma direct laminatele în piese, caz în care se

folosesc bare calibrate sau de oţel laminat la cald, având o precizie ridicată.

Semifabricatele laminate se utilizează, îndeosebi, pentru executarea unor piese care au

o secţiune şi un profil apropiate de semifabricat, atât pentru unicate, cât şi pentru serii mici

sau mari. Ele pot fi clasificate în semifabricate (figura M2.U10.1.), destinate relaminării la

cald sau forjării, şi produse laminate finite (figura M2.U10.2.).

124

Fig.M2.U10.1. Secţiuni prin semifabricate laminate

1-blum; 2-sleb; 3-ţaglă; 4-platină

Fig.M2.U10.2. Produse laminate profilate

1-profil rotund; 2-profil pătrat; 3-profil lat; 4-profil semirotund

5-profil cornier; 6-profil I; 7-profil U; 8-şină

Caracteristicile mecanice sunt practic comparabile cu cele ale semifabricatelor forjate,

iar proprietăţile de frecare sunt inferioare celor ale semifabr icatelor turnate.

M2.U10.3.5. Semifabricate sudate

Procesul de sudare constituie un mijloc tehnologic, preferabil, de obţinere a

elementelor componente sau structurilor mecanosudate, care nu sunt de revoluţie.

In afară de înlocuirea semifabricatelor turnate, forjate sau matriţate, prin semifabricate

sudate, în practică se pot folosi semifabricate obţinute prin combinarea turnării, forjării şi

matriţării cu sudarea. Aplicarea acestor combinaţii are la bază ideea că elementele pieselor nu

lucrează în aceleaşi condiţii şi, ca urmare, este raţional să se folosească pentru semifabricatele

respective materiale cu proprietăţi diferite.

M2.U10.3.6. Alte semifabricate

Semifabricatele compozite (de exemplu metalo-ceramice), din materiale plastice,

ceramice etc. se aleg avându-se în vedere analiza factorilor enumeraţi la începutul capitolului

16. Ele se utilizează fie pentru proprietăţile lor deosebite, fie pentru costul redus, comparativ

cu materialele clasice.

Descrieţi modalitatea de alegere a semifabricatelor în funcţie de volumul şi felul

producţiei.

125

M2.U10.4. Rezumat

Alegerea semifabricatului trebuie precedată de analiza următorilor factori:

forma, dimensiunile şi greutatea, materialul impus, numărul de semifabricate,

orientarea avantajoasă a fibrelor materialului, precizia de execuţie şi

rugozitatea suprafeţelor semifabricatului.

Semifabricatele pot fi: turnate, forjate, laminate, sudate etc .


1. Utilizarea semifabricatelor turnate se recomandă la producţia:


b) de serie mică

2. Utilizarea semifabricatelor forjate la cald se recomandă la producţia:


b) de masă

3. Utilizarea semifabricatelor matriţate se recomandă la producţia:


b) de serie mică

4. Utilizarea semifabricatelor laminate se recomandă la producţia:

a) de serie mare c) la ambele tipuri

b) de serie mică

5. Utilizarea semifabricatelor sudate se recomandă pentru piese de tip:

a) arbore c) ax cu came

b) carcasă


1. Utilizarea semifabricatelor laminate se recomandă la producţia: a) de serie mare c) la ambele tipuri

b) de serie mică

2. Proprietatea tehnologică de sudabilitate a materialelor feroase are ca element

determinant:

a) hidrogenul c) carbonul

b) oxigenul

126

3. Următorul material are aceeaşi rezistenţă admisibilă pentru întindere,

compresiune şi încovoiere:

a) fontă c) aliaj fier-carbon

b) oţel

4. În cazul producţiei de serie mică pot fi alese semifabricate cu adaosuri de

prelucrare:

a) mari c) mici

b) foarte mari

5. Între proprietăţile unui material şi structura sa există o legătură:



6. Eficienţa economică a utilizării unor materiale ca înlocuitori pentru metale

trebuie să ia în considerare următorii factori:

a) micşorarea proprietăţilor

mecanice

c) scăderea preţului de cost al

procesului de producţie a pieselor

a) mărirea cantităţii

elementelor de aliere

7. Criteriul tehnologic utilizat la alegerea materialelor are în vedere:

a) proprietăţile materialelor c) denumirile materialelor

b) standardele produselor

8. Prin prisma criteriului economic, la alegerea unui material pentru o piesă

realizată în producţia de masă se alege un material:


b) scump

9. La alegerea unui material trebuie urmărite următoarele criterii:


tehnologic

c) criteriul funcţional, criteriul

tehnologic şi criteriul economic


funcţional

10. Creşterea durităţii unui material determină modificarea rugozităţii

suprafeţelor aşchiate astfel:

a) rugozitate mai mare c) rugozitatea rămâne constantă

b) rugozitate mai mică


1. – c 5. – c 9. - c

2. – c 6. – c 10. - b

3. – b 7. – a

4. – a 8. – b

127

Modulul 3. Materiale şi tratamente pentru diverse produse

Cuprins

M3.1.Introducere ................................ ................................ ................................ ............... 127

M3.2.Obiectivele modului ................................ ................................ ................................ . 127

M3.3.Competeţe conferite ................................ ................................ ................................ .127

M3.U11. Materiale şi tratamente pentru scule ................................ ................................ .. 128

M3.U12. Materiale şi tratamente pentru lagăre şi roţi dinţate ................................ ........... 136

M3.U13. Materiale şi tratamente pentru arcuri şi ghidaje ................................ ................ 151

M3.U14. Materiale şi tratamente pentru batiuri şi carcase, arbori şi axe ......................... 157

M3.4. TEST DE AUTOEVALUARE ................................ ................................ .............. 164

M3.1. Introducere

Alegerea judicioasă a unui material reclamă cunoştinţe temeinice ale

regimului de încărcare din exploatare şi ale comportării mecanice a diferitelor

mărci de materiale. O proiectare economică reclamă însă şi utilizarea materialului

celui mai ieftin, cu caracteristice minime, de durată sau de rezistenţă la solicitări

variabile (ciclice), fapt ce se reflectă în final în costul producţiei. Din acest motiv,

în practica industrială se urmăreşte nu atât utilizarea maximă, ci utilizarea optimă

a materialelor, ceea ce se poate realiza numai printr-o colaborare între elaborator,

proiectant şi tehnolog.

M3.2.Obiectivele modulului

Obiectivele modulului constau în prezentarea principalelor grupe de

materiale utilizate în mod curent în industrie pentru realizarea unor produse

specifice construcţiei de maşini: scule, arbori şi axe, roţi dinţate, lagăre de

alunecare sau de rostogolire, ghidaje etc. Pentru aceste grupe de materiale se

prezintă tratamentele optime recomandate.

M3.3.Competenţe conferite

La sfârşitul acestui modul studenţii vor fi capabili să prezinte principalele

grupe de materiale utilizate în industrie pentru diverse produse şi să descrie

principalele tratamente recomandate.

128

Unitatea de învăţare M3.U11. Materiale şi tratamente pentru scule

Cuprins

M3.U11.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ...... 128


M3.U11.3. Materiale şi tratamente pentru scule................................ ................................ 128

M3.U11.3.1. Scule pentru aşchiere ................................ ................................ ............... 129

M3.U11.3.2. Scule pentru deformare plastică la rece şi tăi ere ................................ .... 133

M3.U11.3.3. Scule pentru deformare plastică la cald ................................ .................. 134

M3.U11.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .......... 135



Alegerea materialelor pentru confecţionarea sculelor este dominată de

analiza a numeroşi factori dintre care cei mai importanţi sunt: proprietăţile

materialului care se prelucrează; tipul operaţiei executate cu aceste scule şi

performanţele maşinii-unelte folosite; modul de răcire a sculei şi natura fluidului

de răcire; mărimea şi geometria sculei; prelucrabilitatea şi comportarea la

tratamentul termic a materialului sculei; preţul de achiziţie al materialului pentru

sculă, preţul de cost al sculei şi durabilitatea acesteia.


În această unitate de învăţare sunt prezentate principalele materiale destinate

construcţiei sculelor aşchietoare, sculelor pentru deformare plastică la rece şi

sculelor pentru deformare plastică la cald, insistându-se pe proprietăţile acestora şi

tratamentele termice recomandate.


prezinte proprietăţile materialelor utilizate pentru construcţia sculelor

aşchietoare, pentru deformare plastică la rece sau la cald;

clasifice aceste materiale după diverse criterii şi să descrie metodologia de

simbolizare a acestora;

prezinte tratamentele termice recomandate şi domeniile de utilizare ale acestora.


M3.U11.3. Materiale şi tratamente pentru scule

Marea diversitate a condiţiilor în care lucrează sculele atrage după sine o multitudine

de proprietăţi de întrebuinţare şi tehnologice pentru materialele destinate confecţionării lor.

Sintetizate, aceste proprietăţi sunt următoarele: duritate ridicată la temperatura de lucru;

rezistenţă la uzură; tenacitate.

129

La aceste trei proprietăţi fundamentale, comune tuturor tipurilor de scule, se pot

adăuga şi altele care pot căpăta o importanţă mai mare sau mai mică, în funcţie de natura

sculei: rezistenţă la şocuri mecanice; durabilitate; termostabilitate; comportare bună în timpul

tratamentelor; prelucrabilitate prin aşchiere şi deformare; rezistenţă la coroziune.

In funcţie de operaţiile pe care le execută în cadrul procesului tehnologic de producţie,

sculele pot fi clasificate astfel:

scule pentru aşchiere;

scule pentru deformare plastică la rece (ambutisare, extrudare, refulare, întindere

etc.) sau tăiere (ştanţare, perforare, debavurare etc.);

scule pentru deformare plastică la cald (forjare, matriţare, laminare etc.).

M3.U11.3.1. Scule pentru aşchiere

Materialele din care se pot executa sculele aşchietoare sunt: oţeluri carbon de scule,

oţeluri aliate pentru scule, oţeluri rapide, carburi metalice, materiale mineralo-ceramice,

materiale superdure.

Oţelurile carbon de scule (OSC7, OSC8, OSC8M, OSC9, OSC10, OSC11, OSC12,

OSC13 - STAS 1700-80) au un conţinut de carbon între 0,6…1,4% şi nu conţin elemente de

aliere (de exemplu, simbolul OSC 10 corespunde unui oţel carbon pentru scule având

concentraţia masică medie de carbon % Cm = 1,0%). Cu aceste scule se poate aşchia cu viteze

de circa 20 m/min fără a depăşi temperatura de 200…250oC.

Tratamentele care pot fi aplicate sunt:

a) înainte de prelucrarea sculelor: recoacere de normalizare, recoacere de înmuiere

b) după prelucrarea sculelor: călire martensitică (eventual călire la temperaturi

scăzute) urmată de o revenire joasă (la t = 150...2000C).

Pentru a evita fisurarea în cazul sculelor cu forme complicate se recomandă călirea în

trepte, respectiv călirea în apă şi apoi în ulei, iar după revenire, răcirea în aer. In urma călirii

se obţine, în general, o duritate peste 60 HRC dependentă de conţinutul de carbon al oţelului

(figura M3.U11.1.).

Fig. M3.U11.1. Influenţa conţinutului de carbon asupra durităţii

Tratamentele de mai sus se aplică sculelor care au aceleaşi caracteristici pe toată

lungimea lor.

130

In cazul sculelor cu coadă, executată dintr-o singură bucată cu partea activă, se

recomandă aplicarea următorului ciclu de tratament:

călire globală;

revenire numai pentru coadă în baie de săruri, până la duritatea de 30…40 HRC;

călire a părţii active;

revenire globală a sculei la duritatea necesară părţii active.

Oţelurile aliate pentru scule (200Cr120 sau C120, 97MnCrW1 sau MVW14,

105CrW20 sau CW20, 150VMoCr120 sau VMoC120. 55MoCrNi15 sau MoCN5,

39VMoCr53 sau MoVC50 etc. STAS 3611 - 88) sunt oţeluri slab aliate cu un conţinut de

carbon de 0,8…1,4%. Viteza economică de aşchiere cu aceste scule este de 40 m/min, putând

fi întrebuinţate până la temperaturi de 350oC. Toate oţelurile aliate pentru scule sunt

caracterizate prin prezenţa cromului, care influenţează pozitiv călibilitatea, rezistenţa la uzare

şi stabilitatea dimensională. In tabelul M3.U11.1. se prezintă principalele domenii de utilizare

a oţelurilor aliate pentru scule.

Tratamentul termic constă, ca şi în cazul oţelurilor carbon de scule, în călire

martensitică (se face cu răcire în ulei sau în jet de aer) urmată uneori de călire la temperaturi

scăzute), după care se execută o revenire joasă (la t = 150...2000C).

Oţelurile rapide pentru scule (Rp1, Rp2, Rp3, Rp4, Rp5, Rp9, Rp10, Rp11 STAS

7382 - 80) sunt oţeluri înalt aliate. Elementele de aliere dau oţelurilor rapide o rezistenţă mare

la temperaturi ridicate, astfel încât sculele din aceste oţeluri îşi păstrează duritatea până la

temperaturi de 600oC. Acest lucru permite prelucrarea cu viteze de aşchiere de 2…3 ori mai

mari decât în cazul oţelurilor carbon de scule.

In tabelul M3.U11.2. se prezintă principalele domenii de utilizare a oţelurilor rapide

pentru scule.

Tratamentul termic al oţelurilor rapide constă din recoacere, călire (eventual sub 0oC),

revenire şi tratamente termochimice. Recoacerea este obligatorie atât după forjare cât şi după

degroşarea sculei, în scopul eliminării tensiunilor interne. Încălzirea pentru călire trebuie

executată lent în 3 4 trepte, deoarece la aceste oţeluri, având o conductivitate termică mică,

este favorizată apariţia fisurilor.

Răcirea piesei pentru călire de la temperatura maximă se poate efectua fie direct în aer

sau ulei, dacă piesa este subţire şi de formă simplă, fie în trepte, dacă piesa este groasă şi cu

formă complicată.

După această călire duritatea este ridicată (60…62 HRC), dar există carburi

nedizolvate (10…15%) şi austenită reziduală (20…30%). Se impune deci executarea unei

reveniri, prin încălzire în baie de plumb, repetată de 2…3 ori. Pentru ridicarea performanţelor

sculelor cu tăişuri din oţeluri rapide pot fi utilizate diferite tratamente termochimice, cel mai

utilizat fiind nitrurarea. Diagrama tratamentului termic final pentru oţelurile rapide este

prezentată în figura M3.U11.2.

Carburile metalice se pot utiliza la aşchierea materialelor metalice şi nemetalice, cu

viteze mari de aşchiere (cu peste 100% mai mari decât în cazul sculelor din oţel rapid). Acest

lucru se datorează proprietăţilor generale, ca: duritate mare (peste 85 HRA), rezistenţă mare la

uzură, o mare stabilitate termică (îşi păstrează duritatea până la temperaturi de peste 900oC).

Pe de altă parte însă carburile metalice prezintă dezavantajul deteriorării rapide în cazul

prelucrărilor cu şoc sau cu vibraţii.

131

Tabelul M3.U11.1. Principalele utilizări ale mărcilor de oţel aliat de scule.

Marca oţelului Principalele domenii de utilizare

90VMn20 Scule de precizie nedeformabile: filiere, calibre, şabloane, matriţe, ştanţe

pentru prelucrări la rece.

105MnCrW11 Scule pentru prelucrări la rece: tarozi, freze, alezoare, bacuri de filiere,

burghie, broşe, scule de tăiere, plăci de tăiere, cuţite fine profilate, scule

pentru prelucrarea lemnului, matriţe mici pentru mase plastice, cuţite

pentru tăierea hârtiei, instrumente de măsurat.

117VCr6 Scule pentru prelucrări la rece: tarozi, burghie, alezoare, extractoare,

ştemuitoare, scule pneumatice, scule de poansonare şi gravare.

100VMoCr52 Scule foarte rezistente la uzură, pentru deformări plastice la rece.

155MoVCr115 Scule nedeformabile de mare productivitate, cu stabilitate dimensională,

foarte rezistente la uzură, cu tenacitate ridicată: ştanţe cu sensibilitate la

rupere, ştanţe de îndoit, cuţite de foarfece pentru tăiere la rece, matriţe

de debavurat, scule pentru rulat filete, scule pentru extruziune.

165VWMoCr115 Scule nedeformabile de mare productivitate, cu stabilitate dimensională,

foarte rezistente la uzură şi cu tenacitate ridicată: freze, filiere, tarozi,

mandrine, broşe.

205Cr115 Scule nedeformabile cu călibilitate redusă, rezistente la uzură, care nu

lucrează la şocuri sau lovituri puternice, cu tenacitate ridicată: matriţe,

poansoane, dornuri de tragere, scule de laminare la rece şi forjare la

cald, calibre, scule de extrudare.

90VCrMn20 Scule pentru tăiere (cuţite industriale, ştanţe, matriţe, scule pentru

poansoane, scule aşchietoare, scule pentru ambutisare adâncă sau

poansoane, instrumente de măsurat).

105CrW20 Scule pentru prelucrări la rece: tarozi, bacuri de filiere, burghie, broşe.

45VSiCrW20 Scule rezistente la şoc, buterole, dălţi pneumatice, ştanţe, matriţe pentru

prelucrări la rece.

31VCr5 Scule cu utilizări bine precizate: chei fixe şi scule de mână, freze melc.

31VMoCr29 Scule pentru prelucrări la cald: matriţe şi subansamble de matriţe, scule

pentru fabricarea de şuruburi şi nituri, scule pentru maşini de forjat

radial, scule supuse la solicitări mari la extruziune pentru prelucrarea

aliajelor de cupru (bucşe, matriţe de presare).

36VSiWMoCr53 Scule pentru deformări plastice la cald: matriţe pentru extruziunea la

cald a neferoaselor.

39VSiMoCr52 Scule pentru deformări plastice la cald: matriţe şi subansamble de

matriţe pentru turnarea sub presiune a metalelor uşoare.

Tabelul M3.U11.2. Domeniile de utilizare a oţelurilor rapide pentru scule

Marca

oţelului Principalele domenii de utilizare

Rp1 Scule pentru aşchiere rapidă, puternic solicitate la uzură şi la temperatură:

freze, cuţite etc.

Rp2 Scule de aşchiere cu viteze foarte mari pentru materiale foarte dure: freze,

cuţite etc.

132

Rp3 Scule de aşchiere cu viteze mari pentru materiale cu duritate ridicată: burghie,

scule de filetat, freze, broşe, cuţite de strung etc.

Rp5 Scule de aşchiere cu randament satisfăcător pentru materiale cu duritate

ridicată: burghie, freze, tarozi, cuţite etc.

Rp9 Scule aşchietoare supuse la uzură accentuată, în regim termic moderat:

burghie, freze (oţel rapid economic).

Rp10 Scule aşchietoare cu regimuri de aşchiere uşoare în materiale cu duritate mică:

burghie, scule de filetat, cuţite, freze (oţel rapid economic).

Rp11 Scule de aşchiere cu randament ridicat: freze, alezoare puternic solicitate,

dornuri, poansoane şi matriţe pentru extrudare la rece.

Fig. M3.U11.2. Diagrama tratamentului termic final pentru oţelurile rapide

Plăcuţele din carburi metalice pentru scule aşchietoare se clasifică în trei grupe

principale de utilizare (STAS 6374-80):

grupa P (marcaj cu culoare albastră) - pentru aşchierea materialelor feroase ce

formează aşchii lungi (oţel laminat, oţel turnat, fontă maleabilă);

grupa M (marcaj cu culoare galbenă) - pentru feroase cu aşchii lungi sau scurte şi

neferoase (oţel manganos, oţel austenitic, oţel pentru automate, fontă cenuşie, fontă

maleabilă, metale neferoase etc.);

grupa K (marcaj cu culoare vişinie) - pentru materiale feroase care formează

aşchii scurte, materiale neferoase şi materiale nemetalice (fontă cenuşie, maleabilă, oţel aliat,

neferoase, materiale plastice, lemn etc.).

In general, cu cât granulaţia este mai fină, cu atât tenacitatea este mai mare, permiţând

viteze de aşchiere mai mari. Aliajul dur se poate acoperi, prin depunere chimică sau fizică din

fază de vapori, cu straturi de TiC, TiN, Al2O3 etc., cu grosime de 4…5 m. Se obţin astfel

materiale “sandwich”, foarte rezistente la uzură, care în condiţii de aşchiere de finisare, fără

şocuri, permit creşterea vitezei de aşchiere cu 30…50%.

Materialele mineralo-ceramice sunt compuse din Al2O3 sau din Al2O3 cu amestecuri

din carburi sau metale. In funcţie de compoziţie se disting trei tipuri:

a) materiale mineralo-ceramice pure (plăcuţe albe), formate din 99,7% Al2O3 şi infime

adaosuri de alte substanţe menite să favorizeze sinterizarea;

133

b) materiale metalo-ceramice (cermeţi), formate din amestecuri de Al2O3 şi diverse

metale;

c) materiale carbido-ceramice (plăcuţe cenuşii), formate din amestecuri de Al2O3 cu

TiC sau WC.

Plăcuţele mineralo-ceramice sunt superioare celor din carburi metalice, printr-o

rezistenţă mai mare la uzare şi la temperaturi înalte (îşi menţin proprietăţile până la 1200oC).

In schimb, sunt mai fragile decât acestea utilizându-se numai pentru finisare, la prelucrări fără

şocuri şi vibraţii.

Exemple

Pentru aşchiere se utilizează materialele mineralo-ceramice de tip “a” şi “c”.

Fixarea plăcuţelor mineralo-ceramice pe suport se poate face prin brazare sau prin

fixare mecanică. Suporţii se execută din oţeluri de îmbunătăţire de înaltă

rezistenţă. In mod curent se utilizează mărcile 41MoCN11 sau 40C10, tratate

termic la r=95…110daN/mm2.

Materialele superdure au ca element de bază diamantul sau nitrura cubică de bor.

Aceste elemente pot fi naturale sau sintetice, iar ca formă pot fi monocristale sau policristale.

Folosirea diamantului şi a NCB sub formă de monocristale, datorită dimensiunilor reduse,

este limitată; ea este economică doar la confecţionarea sculelor abrazive. Se recomandă la

prelucrări de semifinisare şi finisare, cu viteze foarte mari, putându-se utiliza până la

temperaturi de 900oC (cele cu diamant) şi 1100

oC (cele cu NCB).

Exemple

Pentru realizarea unor scule aşchietoare cu geometrie bine definită (cuţite) se

folosesc policristalele, sub formă de plăcuţă, sinterizate. Plăcuţele din policristale

de diamant se utilizează pentru prelucrarea tuturor materialelor neferoase (metale,

materiale plastice, lemn, beton, marmoră etc.), iar cele din policristale de NBC

pentru aşchierea feroaselor.

Alegeţi materialele pentru sculele aşchietoare care trebuie să lucreze în

următoarele condiţii:

Materialul

piesei

Procedeul

de aşchiere

Rezistenţa

la rupere

[N/mm2]

Viteza de

aşchiere

[m/min]

Avansul de

aşchiere

[mm/rot]

Materialul

sculei

OL37 strunjire 400 100 1.5

OLC45 frezare 750 300 0.1

41CrNi12 strunjire 1100 500 1

OSC12 frezare 4000 500 0.02

CuSn9Zn2 strunjire 300 1000 2

M3.U11.3.2. Scule pentru deformare plastică la rece şi tăiere

Aceste scule se fabrică din: oţeluri carbon de scule (OSC7, OSC8, OSC8M, OSC9,

OSC10, OSC11) şi oţeluri aliate (cel mai des sunt utilizate oţelurile C 120 şi VMoC120).In

134

unele construcţii, sculele executate din oţel au părţile active executate din carburi metalice.

Tratamentele termice ale sculelor pentru deformare la rece şi tăiere din oţeluri carbon sunt:

recoacere de detensionare; călire cu încălzire în băi de săruri şi răcire în apă sau soluţie de

sodă caustică; revenire joasă. Prin modul de executare a tratamentului se realizează durităţi

diferite în diferite zone ale sculei (de exemplu în cazul unui poanson, duritatea este 40…44

HRC în zona cozii, 48…51 HRC în partea de trecere şi 56…58 HRC la partea frontală).

Tratamentele termice ale oţelurilor aliate pentru scule de deformare la rece şi tăiere

sunt următoarele: recoacere de detensionare; tratament termic primar: recoacere de înmuiere,

îmbunătăţire (călire + revenire înaltă); tratament termic final, cu trei variante: călire cu răcire

în ulei şi revenire joasă; călire cu răcire în ulei şi revenire medie, triplă; călire cu răcire în ulei

sub zero grade şi revenire. Pentru mărirea rezistenţei la uzură a suprafeţelor active se aplică

diferite tratamente termochimice: nitrurare în gaz sau nitrurare ionică, borurare etc. Cele

expuse mai sus sunt valabile pentru părţile active ale sculelor pentru deformare plastică sau

tăiere. Corpurile acestor scule sunt realizate din alte materiale, mai ieftine: fonte cenuşii,

oţeluri carbon etc. Acestea se execută prin turnare (fonte, oţeluri) sau sudare (oţ eluri).

Exemplificaţi diverse scule care au partea activă şi corpul din materiale diferite.

Se va pune accent pe următoarele aspecte: materialele din care sunt realizate

sculele, tratamentele termice la care sunt supuse, forma constructivă, costul,

construcţia, mărimea.

M3.U11.3.3. Scule pentru deformare plastică la cald

Condiţiile tehnice pe care trebuie să le îndeplinească aceste scule sunt de natură

termică şi mecanică. Matriţele pentru forjare sunt solicitate timp scurt la compresiune,

lovituri, şocuri iar matriţele pentru presare, timp mai îndelungat la compresiune. Ca atare,

matriţele pentru presare trebuie să fie rezistente la temperatură şi să posede bună

conductivitate termică, iar matriţele pentru forjare trebuie să aibă înaltă rezistenţă mecanică,

tenacitate şi duritate ridicată la temperatura de lucru.

Pentru construcţia acestor scule se utilizează oţeluri, care se pot împărţi în trei grupe:

grupa I - cuprinde oţelurile carbon (0,5…0,7 %C; OSC7) şi oţelurile slab aliate

(MoCN15, VMoCn17). Se utilizează la confecţionarea matriţelor cu dimensiuni mari.

grupa II-a - cuprinde oţelurile mediu aliate cu Cr, Mo, V, W şi Si (MoVC50.10,

MoVC50.15, MoVC53).

grupa a III-a - cuprinde oţelurile bogat aliate cu W, Cr şi V (VCW85). Se

utilizează la matriţe cu dimensiuni mai mici, puternic solicitate.

In privinţa tratamentelor termice, pentru oţelurile carbon din grupa I se recomandă o

recoacere de detensionare după prelucrările preliminare, iar apoi o îmbunătăţire (călire +

revenire înaltă). La oţelurile aliate se recomandă o recoacere de detensionare după prelucrările

preliminare, apoi o călire (preîncălzire în trei trepte, răcire în două medii, ulei-aer), urmată de

o revenire dublă, cu răcire în aer.

Exemplificaţi diverse scule care au partea activă şi corpul din acelaşi material. Se

va pune accent pe următoarele aspecte: materialele din care sunt realizate sculele,

tratamentele termice la care sunt supuse, forma constructivă, costul, construcţia,

mărimea.

135

M3.U11.4. Rezumat

Principalele proprietăţi care trebuie îndeplinite de materialele pentru scule sunt:

duritate ridicată la temperatura de lucru, rezistenţă la uzură, tenacitate.[N/mm2]

În funcţie de natura sculei, la aceste proprietăţi se pot adăuga şi altele: rezistenţă

la şocuri mecanice, durabilitate, termostabilitate, comportare bună în timpul

tratamentelor, prelucrabilitate prin aşchiere şi deformare, rezistenţă l a coroziune.

În funcţie de operaţiile pe care le execută în cadrul procesului tehnologic de

producţie, sculele pot fi clasificate astfel: scule pentru aşchiere; scule pentru

deformare plastică la rece sau tăiere; scule pentru deformare plastică la cald.

Grupele de materiale pentru executarea sculelor aşchietoare sunt: oţelurile

carbon de scule, oţelurile aliate, oţelurile rapide, carburile metalice, materialele

mineralo-ceramice, materialele superdure.


1. Cu oţelurile carbon de scule se poate aşchia cu o viteză maximă de aşchiere de: a) 20 m/min c) 2 m/min

b) 200 m/min

2. Oţelurile aliate pentru scule au ca principal element de aliere: a) wolfram c) crom

b) nichel

3. Oţelurile rapide pentru scule îşi păstrează duritatea până la temperaturi de:

a) 60 0C c) 6000

0C

b) 600

0C

4. Carburile metalice sunt utilizate în construcţia sculelor aşchietoare astfel:

a) pentru întreaga sculă c) pentru partea activă a sculei

b) pentru coada sculei

5. Sculele cu partea activă din materiale mineralo-ceramice se caracterizează prin

fragilitate:

a) mare c) mică

b) medie

6. Sculele având partea activă din policristale de diamant se recomandă pentru

aşchierea:

a) oţelurilor c) materialelor neferoase

b) fontelor

136

Unitatea de învăţare M3.U12. Materiale şi tratamente pentru lagăre şi roţi

dinţate

Cuprins

M3.U12.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ..... 136


M3.U12.3. Materiale şi tratamente pentru lagăre ................................ ............................. 137

M3.U12.3.1. Lagăre cu rostogolire ................................ ................................ ............. 137

M3.U12.3.2. Lagăre cu alunecare ................................ ................................ .............. 140

M3.U12.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .......... 142


M3.U12.6. Materiale şi tratamente pentru roţi dinţate ................................ ...................... 144

M3.U12.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ .......... 149



Lagărele sunt definite ca organe de maşini utilizate pentru susţinerea

arborilor sau a altor piese cu mişcare de rotaţie, servind pentru preluarea sarcinilor

care acţionează asupra acestora. In industrie se utilizează două tipuri principale de

lagăre şi anume: lagăre cu rostogolire (rulmenţi); lagăre cu alunecare (cuzineţi).

Condiţiile în care lucrează aceste două tipuri de lagăre fiind diferite, materialele

pentru confecţionarea lor vor fi şi ele diferite.

La alegerea calităţilor materialelor pentru roţi dinţate trebuie să se ţină

seama în primul rând de tipurile şi valorile solicitărilor la care sunt supuse acestea

în timpul exploatării. Elementul de rezistenţă al oricărui angrenaj este dintele. El

este acela care preia eforturile care urmează a fi transmise de la motor la arborele

care efectuează lucrul util al mecanismului, din care face parte angrenajul.


În această unitate de învăţare sunt prezentate materialele destinate

construcţiei lagărelor de rostogolire şi lagărelor cu alunecare, insistându-se pe

proprietăţi, tratamente recomandate şi simbolizare. De asemenea sunt prezentate

materialele şi tratamentele pentru roţi dinţate.


descrie proprietăţile de bază pe care trebuie să le posede un material destinat

confecţionării lagărelor şi care sunt tratamentele recomandate;

prezinte compoziţia chimică a materialelor pentru lagăre şi să identifice

simbolizarea acestora;

prezinte etapele necesare a fi parcurse la proiectarea completă a unui angrenaj;

prezinte proprietăţile mecanice necesare în calculul de rezistenţă al roţilor

dinţate;

descrie proprietăţile tehnologice care trebuie avute în vedere la alegerea

materialului pentru roţi dinţate;

identifice avantajele şi dezavantajele înlocuirii materialelor metalice cu

materiale plastice în construcţia roţilor dinţate.


137

M3.U12.3. Materiale şi tratamente pentru lagăre

Lagărele sunt organe de maşini, pe care se sprijină arborii sau axele diferitelor maşini

sau instalaţii. In industrie se utilizează două tipuri principale de lagăre şi anume: lagăre cu

rostogolire (rulmenţi); lagăre cu alunecare (cuzineţi). Condiţiile în care lucrează aceste două

tipuri de lagăre fiind diferite, materialele pentru confecţionarea lor vor fi şi ele diferite.

M3.U12.3.1. Lagăre cu rostogolire

Condiţiile în care funcţionează rulmenţii sunt complexe şi mult diferite de cele în care

funcţionează majoritatea celorlalte organe de maşini.

Elementele componente ale rulmenţilor (inele, bile, role, ace etc.) sunt supuse, în

general, solicitărilor de compresie, tracţiune, strivire şi rostogolire. In timpul funcţionării

rulmentului, fiecare porţiune a suprafeţei este supusă la un număr mare de cicluri de solicitări,

care îşi schimbă periodic semnul. Avem de a face deci, în ultimă instanţă şi cu o solicitare la

oboseală a materialului.

O particularitate foarte importantă a încărcării rulmenţilor o constituie faptul că, în

rulmenţi, sarcinile care acţionează sunt concentrate pe suprafeţe foarte mici (figura

M3.U12.1.), la contactul dintre bilă şi inel sau dintre inel şi rolă, în funcţie de tipul

rulmentului.

Fig.M3.U12.1. Concentrarea sarcinilor la

funcţionarea rulmenţilor

Dacă în aceste zone de contact se află întâmplător o incluziune nemetalică, o

aglomerare de carburi de suprafaţă, din cauza sarcinii concentrate în acest spaţiu redus (unde

sarcinile pot atinge valori de până la 300…500 daN/mm2), materialul se sfărâmă, iar

rulmentul iese din funcţiune, ducând la oprirea sau chiar avarierea maşinii sau instalaţiei în

care este montat. Situaţia descrisă mai sus este agravată de faptul că oţelurile de rulmenţi

funcţionează în stare călită şi revenită la temperaturi joase, având deci în ele o structură

martensitică de revenire, foarte dură, însă destul de fragilă şi cu t ensiuni remanente.

Din cauza acestor condiţii deosebite în care funcţionează rulmenţii, şi faţă de oţelurile

de rulmenţi se pun nişte condiţii deosebite (legate de puritate şi omogenitatea structurii), care

nu se cer îndeplinite în cazul altor oţeluri. Oţelurile de rulmenţi sunt printre cele mai pure

oţeluri, care se elaborează în momentul de faţă.

Pentru ca probabilitatea aflării unei incluziuni nemetalice în zona de contact, unde

sarcina este concentrată, să fie cât mai mică, condiţiile tehnice prevăd ca, în oţelurile de

rulmenţi, incluziunile nemetalice să fie menţinute la un punctaj cât mai redus.

Condiţii deosebit de severe se pun la oţelul de rulmenţi şi în ceea ce priveşte

răspândirea omogenă a carburilor în masa oţelului. Aceasta din cauză că, aşa cum s-a arătat

138

mai sus, şi o aglomerare de carburi dure şi fragile, în zona de concentrare a sarcinii, poate

duce la sfărâmarea şi distrugerea porţiunii respective.

Concluzia rezultată cu privire la deformarea plastică a oţelului de rulmenţi este deci

următoarea: deformarea plastică la cald trebuie efectuată la temperaturi pe cât posibil mai

joase, iar răcirea, după forjare, trebuie să fie accelerată, pentru a nu permite formarea reţelei

de cementită secundară.

Condiţiile de funcţionare ale rulmenţilor, amintite pe scurt mai sus, au dus la concluzia

că, pentru a face faţă acestor condiţii, materialul destinat confecţionării rulmenţilor trebuie să

posede, pe lângă cele precizate mai sus, privitor la puritate şi omogenitate şi următoarele

proprietăţi de bază:

o limită de elasticitate ridicată, astfel încât materialul să nu se deformeze sub

influenţa sarcinilor statice şi dinamice, la care este supus în timpul exploatării;

o rezistenţă la oboseală ridicată, care să permită o funcţionare normală, în cursul

a mii de ore de exploatare;

o rezistenţă la rupere, la şocuri şi la uzură ridicată, care să permită rulmentului să

reziste, fără a se fisura sau distruge, la sarcinile statice şi dinamice importante, la care este

supus în timpul lucrului.

Pentru atingerea acestor proprietăţi, oţelul de rulmenţi trebuie să aibă o duritate finală

de 62…66 HRC pe toată secţiunea piesei.

Alegerea şi utilizarea materialelor adecvate în construcţia de rulmenţi este practic

rezolvată. Alegerea materialului, în această situaţie, se referă la organele de maşini cu rol

funcţional apropiat de cel al rulmenţilor, ca: role de reazem şi ghidare, paliere cu role sau bile,

piese în contact cu role sau bile etc.

Materialele specifice pentru fabricarea rulmenţilor sau organelor de maşini înrudite au

calitatea reglementată de STAS 1456/1 şi STAS 11250, simbolizarea lor cuprinzând grupul de

litere RUL, urmat de un număr convenţional (fără semnificaţie precizată) şi, eventual, de

litera V, dacă oţelurile sunt tratate în vid la elaborare; principalele mărci de oţeluri pentru

rulmenţi sunt RUL1, RUL1V, RUL2, RUL2V şi RUL3V. Compoziţia chimică a oţelurilor

RUL1 şi RUL2 se prezintă în tabelul M3.U12.1.

Tabelul M3.U12.1.Compoziţia chimică a oţelurilor de rulmenţi

Conţinutul, [% ] Marca

C Cr Mn Si

RUL 1 0,95…1,10 1,30…1,65 0,20…0,45 0,17…0,37

RUL 2 0,95…1,10 1,30…1,65 0,90…1,20 0,40…0,65

După cum rezultă din prezentarea compoziţiei chimice a celor două mărci de oţeluri, ambele

au acelaşi conţinut de carbon şi crom, respectiv 0,95…1.10 % C şi 1,30…1,65 % Cr.

Diferenţa dintre cele două mărci constă din conţinuturile diferite de Si şi Mn.

Adaosul suplimentar de mangan, în marca RUL 2, are drept scop mărirea călibilităţii

oţelului (adâncimii zonei călite), necesară mai ales rulmenţilor cu secţiune mai mare. Marca

RUL 1 va fi recomandată în special pentru elemente de rulmenţi, în care diametrul critic Dr

este sub 23…25 mm, în timp ce marca RUL 2 va fi recomandată pentru secţiuni mai mari

(diametrul critic real maxim de 50…65 mm).

Siliciul şi fosforul, fiind elemente dăunătoare, care generează formarea de incluziuni

nemetalice, trebuie menţinute la limite cât mai scăzute (S 0,05 %, iar P 0,027 %).

139

Exemple

Coliviile pot fi executate din următoarele materiale: oţeluri sau fonte speciale,

oţel fosforos, alamă, material plastic etc.

Tratamentul termic al oţelului de rulmenţi include tratamentul termic preliminar sau

intermediar, pentru îmbunătăţirea prelucrabilităţii prin aşchiere şi tratamentul termic final,

care are drept scop conferirea durităţii finale rulmenţilor. Tratamentul termic preliminar, care

urmăreşte pregătirea structurii în vederea uşurării prelucrabilităţii prin aşchiere, este de fapt o

recoacere de înmuiere. In cadrul acestei recoaceri de înmuiere, la oţelul de rulmenţi, se

urmăreşte globulizarea din perlită. Aceasta din cauză că perlita globulară se prelucrează mai

bine prin aşchiere decât perlita lamelară. Din cauza aceasta, recoacerea de înmuiere, aplicată

oţelului de rulmenţi şi urmărind globulizarea cementitei din perlită, este cunoscută şi sub

denumirea de recoacere de globulizare. După aplicarea acestei recoaceri, are loc prelucrarea

prin aşchiere pentru obţinerea pieselor finite. Piesele prelucrate sunt supuse apoi

tratamentului termic final, care are menirea de a le aduce la duritatea de 62…66 HRC, care să

le asigure o comportare optimă în exploatare.

Tratamentul termic final, pentru obţinerea unei astfel de durităţi, va trebui să includă

desigur, în primul rând, operaţia de călire. Având în vedere faptul că oţelul de rulmenţi este

un oţel slab aliat, pentru obţinerea structurii martensitice de călire trebuie aplicată o răcire

rapidă. Bilele de rulmenţi, care, datorită formei lor sferice, sunt mai puţin expuse fisurii la

călire, se răcesc în mod obişnuit în apă, în timp ce inelele şi rolele, care, datorită formei, sunt

mai expuse fisurii la călire, se răcesc în ulei. Pentru reducerea tensiunilor interne şi a

fragilităţii, după călire se aplică, în mod obligatoriu, o revenire joasă, la temperaturi de 150 -

2000C (figura M3.U12.2.).

Fig. M3.U12.2. Diagrama tratamentului termic final al oţelurilor pentru rulmenţi

Cantitatea de austenită reziduală, a cărei prezenţă nu este dorită, obţinută în structura

oţelului de rulmenţi, ajunge la 10…12 %.

Din cauza acestei situaţii, la tratamentul termic al oţelului de rulmenţi, trebuie avută în

vedere şi necesitatea lichidării sau diminuării cantităţii de austenită reziduală din structură şi a

stabilizării dimensionale în acest fel a rulmenţilor.

Stabilizarea dimensională se poate realiza prin:

stabilizare după călire în apă rece, la temperaturi de 100C timp de o oră;

călire dublă cu detensionare intermediară între două căliri;

140

călire sub 00C, (-75

0C), timp de o oră, reducându-se proporţia de austenită

reziduală de la 8…10 % la 3…4 %.

Ce proprietăţi de bază trebuie să prezinte un material destinat confecţionării

rulmenţilor?

M3.U12.3.2. Lagăre cu alunecare

La alegerea materialelor pentru cuzineţi trebuie avute în vedere următoarele elemente:

a) Întrucât înlocuirea axului este mai dificilă decât înlocuirea cuzinetului, materialul

acestuia din urmă va trebui să fie mai puţin dur decât materialul axului, astfel încât, în timpul

funcţionării, să se uzeze cuzinetul şi nu axul;

b) In timpul funcţionării, cuzinetul trebuie să se acomodeze la ax şi nu invers. In urma

uzării şi deformării, cuzinetul trebuie să capete configuraţia axului, adaptându-se la toate

neregularităţile de formă ale acestuia. Cu cât materialul cuzinetului este mai moale, cu atât se

ajunge mai repede la această situaţie. O duritate foarte scăzută a materialului cuzinetului va

determina însă o uzare rapidă a lui.

c) Coeficientul de frecare va fi cu atât mai mic cu cât duritatea cuzinetului va fi mai

mare. Cuzinetul dur se acomodează însă greu la ax.

Câteva din proprietăţile cele mai importante pe care trebuie să le îndeplinească

materialele lagărelor cu alunecare sunt: rezistenţă statică şi la oboseală bune, chiar şi în

condiţiile unor temperaturi ridicate; rezistenţă la uzură şi coroziune; afinitate faţă de lubrifiant

(pentru formarea peliculei); capacitate bună de rodare; comportare bună în regimurile

tranzitorii; conductivitatea termică bună şi coeficient de dilatare redus; greutate specifică

mică; uşurinţă de prelucrare la rece sau la cald (turnare, presare); preţ scăzut şi să nu fie

deficitar.

Principalele categorii de materiale care pot fi utilizate pentru construcţia lagărelor

sunt: materialele feroase, materialele neferoase, materialele ceramice şi materialele plastice.

Dintre materialele feroase, oţelurile nealiate au o utilizare limitată ca materiale pentru

lagăre, fiind folosite numai în cazul unor solicitări reduse (de exemplu la lagărele

hidrostatice). Aceste oţeluri au proprietăţi slabe de alunecare, sunt susceptibile la coroziune şi

asigură dificil o finisare înaltă a suprafeţei. O îmbunătăţire a proprietăţilor este posibilă prin

tratamente termice sau termochimice (călire, cementare, fosfatare, sulfizare, nitrurare etc.).

Proprietăţi superioare prezintă oţelurile slab aliate, atât în ceea ce priveşte comportarea la

alunecare, cât şi caracteristicile mecanice.

Pentru lagărele hidrostatice se utilizează oţeluri inoxidabile martensitice, care

durificate au proprietăţi de frecare bune în contact cu alte suprafeţe dure (de exemplu,

materiale ceramice). Trebuie subliniat că toate oţelurile trebuie supuse unui tratament termic

de detensionare, pentru a asigura stabilitatea lor dimensională.

Fontele, datorită conţinutului lor de grafit, prezintă bune proprietăţi de antifricţiune. Se

recomandă îndeosebi fontele perlitice cu eutectic fosforos. Dintre dezavantajele acestor

materiale trebuie menţionată slaba rezistenţă la coroziune şi proprietăţile mecanice scăzute.

Materialele neferoase cele mai utilizate pentru lagărele lubrifiate sunt bronzurile,

aliajele speciale pentru lagăre (babituri) şi aliajele uşoare. Proprietăţile cele mai bune le

prezintă compoziţia pe bază de staniu, care asigură, pe lângă comportarea bună la rodaj şi la

supraîncălzire, şi o sensibilitate redusă la impurităţi datorită capacităţii de înglobare a

particulelor dure care pătrund în spaţiul dintre fus şi cuzinet.

141

Exemple

Pentru lagărele hidrostatice, posibilitatea de utilizare a acestor materiale este

redusă, deoarece ele nu au proprietăţi bune de frecare uscată şi fiind moi se

prelucrează greu la preciziile impuse. In plus, datorită coeficienţilor de dilatare

mari, apar probleme privind compensarea dilatărilor termice.

Aliajele dure şi refractare pe bază de crom, nichel, cobalt, molibden, wolfram etc. îşi

păstrează duritatea până la temperaturi ridicate, de peste 1000oC, astfel încât uzura lor este

deosebit de redusă. Datorită dificultăţilor de prelucrare şi din considerente economice, aceste

materiale se folosesc mai ales ca straturi superficiale depuse prin diferite procedee (galvanice,

sudare, metalizare în vid cu jet de plasmă etc.). Pentru prelucrarea finală a pieselor

componente este utilizată rectificarea, honuirea sau lepuirea, în vederea asigurării calităţii

corespunzătoare a suprafeţelor.

Materialele ceramice şi metaloceramice se utilizează datorită durităţii ridicate şi a

proprietăţilor bune de frecare uscată. Dintre acestea sunt folosite materialele ceramice

obţinute prin sinterizare, cum ar fi: oxizii (Al2O3), carburile (TiC, WC), boruril e, nitrurile etc.

Materialele plastice cunosc în prezent un larg interes pentru construcţia lagărelor,

având pe lângă preţul de cost scăzut şi avantajele unor proprietăţi bune de antifricţiune.

Utilizarea lor este limitată însă de prelucrabilitatea dificilă în toleranţele şi la calitatea

suprafeţei necesare pentru lagărele de precizie. Se obţin rezultate bune prin utilizarea lor în

combinaţie cu alte materiale.

Exemple

Lagărele masive sunt executate în întregime din masă plastică, simplă sau cu

inserţie. Cuplul de materiale în acest caz este alcătuit din oţelul pentru fus şi

răşinile formaldehidice cu inserţie de ţesături sau fire textile, cunoscute sub

denumirea comercială de textolit pentru lagăr. Semifabricatele din textolit se

prezintă sub formă de bare, ţevi sau plăci şi se prelucrează prin aşchiere bucşe de

lagăr, care pot fi simple sau cu guler. Parametrul geometric poate fi luat 1/d =

0,5...1,2, iar grosimea peretelui s = (0,1...0,2) mm. Avându-se în vedere modulul

de elasticitate scăzut al textolitului, la montajul bucşelor se va asigura încărcarea

pe toată lungimea lor pentru a evita deformările de încovoiere. Bucşele se fixează

de corpul lagărului prin presare, lipire, cu ştifturi sau şuruburi. Încărcarea

lagărelor din textolit este limitată de încălzirea acestora, temperatura maximă de

funcţionare fiind 80...90oC. Disiparea căldurii degajată prin frecare este problema

cea mai delicată, deoarece conductivitatea termică este cu circa 102 mai mică

decât la metale, ceea ce desigur că limitează viteza de lucru.

Dintre celelalte materiale plastice au căpătat utilizări tot mai largi, în construcţia

lagărelor, poliamidele (PA), politetrafluoretilena (PTFE) şi poliacetalul (POM).

Poliamidele, deşi au un coeficient de frecare relativ mare (pentru cuplul PA-oţel

nelubrificat, = 0,2), prezintă o rezistenţă bună la uzare. Se pot prelucra prin aşchiere, însă

avantaje economice prezintă presarea prin injecţie. Pentru îmbunătăţirea stabilităţii mecanice

se utilizează inserţii de fibre de sticlă, iar pentru micşorarea frecării în material se înglobează

bisulfură de molibden sau grafit.

142

Politerafluoretilena, cunoscută comercial sub denumirea de teflon, prezintă un

coeficient de frecare redus, o bună rezistenţă termică, însă datorită structurii lamelare se

uzează puternic (de circa 200 ori mai mult decât poliamida). De aceea, ca material pentru

lagăre nu se foloseşte teflonul simplu, ci cu adaosuri de fibră de sticlă, praf de bronz, grafit

sau MoS2. Teflonul se foloseşte foarte des sub formă de fulgi sau fibre, ca adaos în alte

materiale plastice pentru îmbunătăţirea proprietăţilor de antifricţiune ale acestora.

Masele plastice din familia poliacetalului (POM) au proprietăţi mecanice bune,

excelând prin posibilitatea de prelucrare la presarea prin injecţie. Ele sunt cunoscute sub

denumirea comercială de delrin. Pentru îmbunătăţirea proprietăţilor de antifricţiune ale

delrinului s-au utilizat inserţii cu fibre de teflon cunoscute sub denumirea de delrin-AF. Prin

introducerea unor aditivi chimici s-au obţinut materiale cu proprietăţi tribologice deosebite în

special în ceea ce priveşte rezistenţa la uzare. In tabelul M3.U12.2. se prezintă unele

caracteristici şi recomandări de utilizare ale unor materiale pentru lagăre de alunecare.

Tabelul M3.U12.2. Caracteristici şi recomandări de utilizare ale unor materiale antifricţiune

pentru lagăre în regim de frecare mixtă

Material Viteza

admisibilă

Va, [m/s]

Presiunea

admisibilă,

Pa, [N/mm2]

Recomandări de utilizare

Fonte:

FcAl

FcA2; FcA3

FmA1

FgnA1; FgnA2

0,2…2

0,75…3

1…2

1…5

9…0,05

6…0,1

12…0,5

12…0,5

Fus călit sau normalizat.

Idem pentru FcA2. Fus nedurificat pentru FcA3.

Fus călit sau normalizat.

Idem pentru FgnA1. Fus nedurificat pentru

FgnA2.

Bronzuri:

CuSn4Pb4Zn4

CuSn8; CuSn6

CuAl9Fe3

CuAl10Mn2Fe3

= 5

= 7

= 4

= 6

= 15

= 20

Proprietăţi antifricţiune ridicate, proprietăţi

mecanice medii.

Proprietăţi antifricţiune foarte bune; se utilizează

pentru lagăre de răspundere.

Proprietăţi antifricţiune bune, rezistenţă la

coroziune, proprietăţi mecanice ridicate.

Alame: CuZn38Pb2Mn2

-

= 4

Cuzineţi turnaţi în amestec de formare; pentru

condiţii uşoare de lucr]u.

Babituri: YSn83

YPb98

-

-

= 2

= 20

Cuzineţi multistrat; pt. motoare termice.

Cuzineţi multistrat; pentru maşini-unelte,

reductoare etc., putând suporta şi şocuri.

1. Specificaţi care sunt elementele ce trebuie avute în vedere la alegerea

materialelor pentru cuzineţi.

2. Prezentaţi proprietăţile cele mai importante pe care trebuie să le

îndeplinească materialele lagărelor cu alunecare.

M3.U12.4. Rezumat

În industrie se utilizează două tipuri principale de lagăre şi anume: lagăre cu

rostogolire (rulmenţi), respectiv lagăre cu alunecare (cuzineţi).

143

Principalele proprietăţi pe care trebuie să le posede materialele pentru lagăre cu

rostogolire sunt: limită de elasticitate ridicată, rezistenţă la oboseală ridicată,

rezistenţă la rupere, la şocuri şi la uzură ridicată, puritate şi omogenitate.

Principalele mărci de oţeluri pentru rulmenţi sunt RUL1, RUL1V, RUL2,

RUL2V şi RUL3V.

Proprietăţile cele mai importante ale materialele lagărelor cu alunecare sunt:

rezistenţă statică şi la oboseală bune, chiar şi în condiţiile unor temperaturi

ridicate; rezistenţă la uzură şi coroziune; afinitate faţă de lubrifiant (pentru

formarea peliculei); capacitate bună de rodare; comportare bună în regimurile

tranzitorii; conductivitatea termică bună şi coeficient de dilatare redus; greutate

specifică mică; uşurinţă de prelucrare la rece sau la cald (turnare, presare); preţ

scăzut şi să nu fie deficitar.

Principalele grupe de materiale pentru lagăre cu alunecare sunt: feroase,

neferoase, aliaje dure, ceramice, plastice.


1. Oţelurile cu destinaţie precizată de tip RUL sunt slab aliate cu:

a) siliciu c) crom

b) titan

2. Cuzineţii se execută din materiale:

a) omogene c) rezistente la coroziune

b) eterogene

3. Oţelurile cu destinaţie precizată de tip RUL sunt slab aliate cu:

a) siliciu c) crom

b) titan

4. Bilele de rulmenţi, care, datorită formei lor sferice, sunt mai puţin expuse

fisurii la călire, se răcesc în mod obişnuit în:

a) apă c) aer

b) ulei

5. Aliajele dure şi refractare pe bază de crom, nichel, cobalt, molibden, wolfram

etc. utilizate în construcţia lagărelor de alunecare îşi păstrează duritatea până la

temperaturi de peste:

a) 500oC c) 1000

oC

b) 2000

oC

6. Materialele ceramice şi metaloceramice se utilizează în construcţia lagărelor cu

alunecare datorită:

a) durităţii ridicate c) durităţii scăzute

b) proprietăţilor bune de frecare

uscată

144

7. Posibilitatea de utilizare a materialelor neferoase pentru lagărele hidrostatice

este:

a) redusă c) foarte ridicată

b) ridicată

M3.U12.6. Materiale şi tratamente pentru roţi dinţate

La proiectarea completă a unui angrenaj este necesar să se parcurgă, în general,

următoarele etape:

stabilirea eforturilor de calcul ale angrenajelor;

stabilirea preciziei necesare;

alegerea materialelor roţilor şi a tratamentelor;

efectuarea calculului de rezistenţă;

efectuarea calculului geometric;

proiectarea formei constructive;

întocmirea desenelor de execuţie ale roţilor.

La alegerea calităţilor materialelor pentru roţi dinţate trebuie să se ţină seama în primul

rând de tipurile şi valorile solicitărilor la care sunt supuse acestea în timpul exploatării.

Elementul de rezistenţă al oricărui angrenaj este dintele. El este acela care preia

eforturile care urmează a fi transmise de la motor la arborele care efectuează lucrul util al

mecanismului, din care face parte angrenajul. În concluzie, solicitările principale ale unui

angrenaj se reduc la solicitările dintelui:

solicitări statice (încovoiere, figura M3.U12.3.);

solicitări dinamice (oboseală prin încovoiere ciclică şi şoc, figura M3.U12.4.);

solicitări de frecare între suprafeţele de contact (presiune de contact ciclică,

uzare, încălzire, figura M3.U12.5.)

coroziune din partea mediului de lucru (lubrifiant).

Proprietăţile mecanice necesare în calculul de rezistenţă al roţilor dinţate sunt:

rezistenţa la oboseală prin contact pulsatoriu (os);

rezistenţa la oboseală prin încovoiere pulsatorie (o1) sau alternantă (-1);

rezilienţa KCU.

Dintre aceste caracteristici prima se referă la suprafaţa (flancul) dintelui, iar celelalte

două la miezul dintelui (mai precis la secţiunea bazei dintelui).

Caracteristicile de rezistenţă ale materialelor depind, după cum se ştie, de compoziţia

chimică (conţinutul în carbon, elemente de aliere etc.) şi de microstructură, care la rândul ei

este determinată da tratamentele termice aplicate şi de dimensiunile produsului în secţiune.

La oţelurile nealiate în stare laminată, recoaptă sau normalizată, proprietăţile de

rezistenţă cresc odată cu creşterea conţinutului în carbon până la 0,8…0,9 % C, după care

rămân practic constante, pe când proprietăţile de plasticitate şi rezilienţă scad continuu.

145

Fig.M3.U12.4. Ruperea la oboseală prin

încovoiere

Fig.M3.U12.3.Schema solicitării statice

Fig.M3.U12.5.Tensiuni de contact între

angrenaje

Cum rezistenţa la rupere şi duritatea variază practic liniar în intervalul 0…0,8 % C,

pentru oţelurile hipoeutectoide nealiate este posibilă utilizarea relaţiei:

r = 0,32 HB (M3.U12.1)

care este valabilă şi pentru starea de îmbunătăţire.

La oţelurile aliate modul de variaţie al proprietăţilor în funcţie de carbon este

asemănător, dar valorile proprietăţilor sunt diferite. La aceste oţeluri relaţia dintre duritate şi

rezistenţa la rupere are forma:

r = 0,35 HB (M3.U12.2)

La oţelurile în stare îmbunătăţită (până la circa 320 HB sau 35 HRC) s-a constatat

existenţa unei relaţii liniare şi între rezistenţa la oboseală prin încovoiere şi duritate (1 = 1,6-

2 HRC), ceea ce a condus la stabilirea a diferite relaţii între limita de rupere la tracţiune şi

limita la oboseală prin încovoiere alternantă. Astfel, pentru oţelurile carbon se poate folosi

relaţia:

-1 = 0,45 r (M3.U12.3)

iar pentru oţelurile aliate relaţia:

-1 = 0,4 r + 5 (M3.U12.4)

În ceea ce priveşte rezistenţa la oboseală prin încovoiere pulsatorie, acesta poate fi

stabilită cu relaţia:

oi = 1,5 -1 (M3.U12.5)

În sfârşit, pentru oţelurile semidure în stare îmbunătăţită (sub 40 HRC) rezistenţa

admisibilă la oboseală prin contact poate fi determinată cu relaţia:

osa = 0,24 HB (M3.U12.6)

Relaţiile de mai sus se referă la oţelurile semidure în stare îmbunătăţită şi reprezintă

rezistenţa la oboseală în daN/mm2.

146

În aplicaţiile practice, la fabricarea roţilor dinţate, suprafeţele de lucru pot fi durif icate

prin călire superficială, cementare sau nitrurare, ceea ce duce la unele modificări ale structurii

stratului superficial. De aceea, coeficienţii de multiplicare a durităţii sunt mai mari, aşa cum

rezultă din relaţiile de mai jos, aplicabile la determinarea rezistenţei admisibile la oboseala de

contact:

a) straturi călite superficial la HRC 40:

osa = 1,8 HRC (M3.U12.7)

b) straturi carburate şi călite la oţeluri nealiate sau slab aliate având HRC miez 40:

osa = 2,1 HRC (M3.U12.8)

c) straturi carburate şi călite la oţeluri complex aliate având HRCmiez 40:

osa = 3,1 HRC (M3.U12.9)

d) straturi cianurate, carbonitrurate sau nitrurate:

osa = 2,8 HRC (M3.U12.10)

De asemenea, şi coeficienţii din relaţiile de calcul a rezistenţei la rupere la oboseală

prin încovoiere alternată sunt mai mari, respectiv în aceste cazuri se vor utiliza relaţiile:

a) oţeluri nealiate semidure, îmbunătăţite şi călite superficial:

-1 = 0,55 r (M3.U12.11)

b) oţeluri aliate semidure, îmbunătăţite şi călite superficial şi oţeluri de c ementare fără

nichel:

-1 = 0,55 r + 5 (M3.U12.12)

c) oţeluri aliate de cementare cu nichel:

-1 = 0,45 r + 5 (M3.U12.13)

Proprietăţile tehnologice care trebuie avute în vedere la alegerea materialului pentru

roţi dinţate sunt: puritatea (conţinutul admisibil de incluziuni nemetalice), ereditatea granulară

(tendinţa de modificare dimensională a granulelor), călibilitatea şi prelucrabilitatea prin

aşchiere.

Având în vedere marea varietate de roţi dinţate fabricate pentru aparate şi maşini de

toate tipurile, pentru corecta alegere a materialului, apare necesară o anumită clasificare în

baza unor criterii comune şi anume: viteza periferică; forţa tangenţială (care determină la

rândul ei tensiunile de încovoiere şi pe cele de contact, care acţionează asupra dintelui, iar -

prin multiplicare cu viteză periferică - şi puterea transmisă); prezenţa şi valoarea şocului.

La diferite combinaţii ale acestor criterii vor corespunde (sau vor fi necesare) anumite

condiţii de prelucrare şi montaj exprimate prin clasa de precizie a angrenării precum şi prin

gradul de precizie al prelucrării suprafeţelor de lucru ale danturii.

Lăsând la o parte angrenajele cu rol pur funcţional şi care nu transmit puteri mari, în

continuare sunt prezentate limitele orientative în ceea ce priveşte viteza periferică şi puterea

transmisibilă, în funcţie de clasa de precizie pentru diferite categorii de angrenaje,

convenţional considerate ca slab, mediu, greu şi foarte greu solicitate.

In grupa roţilor dinţate slab solicitate intră cele folosite la mecanisme acţionate

manual sau mecanic cu viteze reduse (cricuri, palane manuale), care transmit lin puteri mici.

Pretenţiile reduse în ceea ce priveşte proprietăţile de rezistenţă, absenţa aproape totală a

şocurilor şi gradul de precizie scăzut permit folosirea oţelurilor nealiate semidure, turnate sau

forjate fără tratament termic sau cu tratamente de recoacere, normalizate sau îmbunătăţire

globală, la durităţi ce nu depăşesc 200…250 HB.

147

Exemple: oţeluri carbon obişnuite cu 0,25…0,5 % C, netratate (OL 42, OL 50, OL

60), oţeluri carbon turnate (OT 45, OT 50), fonte turnate.

Roţile dinţate mediu solicitate se întâlnesc într-o serie de reductoare, care transmit

puteri medii sau mari, de exemplu, de la motoare electrice rapide la maşini staţionare lente cu

perioade de lucru continuu, îndelungate (mori de măcinare, combine miniere, calandri în

industria cauciucului, cuptoare de calcinare, maşini pentru industria uşoară etc.) sau la maşini

cu sarcini variabile, dar cu viteze reduse (maşini de ridicat, maşini agricole, unele maşini-

unelte). Ca urmare a condiţiilor de lucru respective (puteri medii şi mari, dar practic

invariabile sau cu variaţie lentă în timp, presiuni specifice relativ mici prin folosirea de

module mari, şocuri întâmplătoare şi rare datorită vitezelor reduse sau a numărului mic de

cuplări), aceste roţi se execută tot din oţeluri semidure nealiate sau aliate (în funcţie de

călibilitatea necesară). Ca tratamente termice tipice, la această categorie de oţeluri se

utilizează îmbunătăţirea globală la durităţi variabile de ordinul 250…350 HB (în funcţie de

solicitarea la încovoiere) cu sau fără ulterioară călire superficială la durităţi de ordinul 40…55

HRC (în funcţie de mărimea presiunilor specifice).

Exemple

pentru viteze mici (v 6 m/sec), presiuni specifice mici, cu sau fără şoc se

pot folosi oţeluri carbon sau aliate (OLC 55, OLC 45, 35M16, 40C10),

îmbunătăţite la 20…25 HRC, oţel carbon sau aliat turnat;

pentru viteze mijlocii (v = 6…12 m/sec), presiuni specifice mici se pot

folosi oţeluri carbon de cementare (OLC 15, OLC 20), carburate pe adâncimea

de 0,6 - 1 mm şi călite superficial la 55…60 HRC sau carbonitrurate pe

adâncimea de 0,4…06 mm şi călite pătruns.

Grupa roţilor dinţate greu solicitate se întâlneşte în angrenajele reductoarelor

maşinilor rapide de gabarite mici, în cutiile de viteză ale maşinilor de transport (tractoare,

autovehicule, avioane, nave) sau ale unor maşini - unelte, în unele multiplicatoare etc.

Caracteristic pentru aceste roţi este faptul că prin reducerea modulului, respectiv prin

creşterea numărului de dinţi, presiunile specifice cresc foarte mult; pe de altă parte, creşterea

vitezei periferice şi funcţionarea pe durate scurte sub sarcini variabile (porniri, frânări, cuplări

dese) conduc la şocuri dese şi repetate, care reclamă rezistenţe la şoc sporite ale danturii. In

consecinţă, la fabricarea roţilor dinţate din această grupă sunt necesare oţeluri cu durităţi

superficiale mari şi cu miez tenace. In acest scop se folosesc oţeluri moi nealiate sau aliate (în

funcţie de călibilitatea şi rezistenţa miezului şi stratului) la care trebuie aplicată durificarea

superficială prin cementare şi ulterioară călire.

Exemple

pentru viteze mijlocii şi mici (v = 4…8 m/sec), presiuni specifice mari, fără

şoc se pot folosi oţeluri aliate (41CN12, 40C10, 50VC11, 41MoC11),

îmbunătăţite la 45-50 HRC şi cianurate pe adâncimea de 0,2…0,3 mm, urmate

de călire şi revenire joasă (55 HRC în strat şi 40…50 HRC în miez);

pentru viteze mijlocii (v = 8…12 m/sec), presiuni specifice mari, şoc se pot

folosi oţeluri carbon sau aliate (OLC40S, OLC45S, 40C10, 41MoC11, 50VC11,

40BC10), îmbunătăţite la 30…35 HRC şi călite superficial la 50…55 HRC.

pentru viteze periferice şi presiuni specifice mari, şoc se pot folosi oţeluri

148

de cementare aliate (13CN30, 15CN15, 15MoMC12, 18MC10), cementate pe

adâncimea de 1…1,5 mm sau carbonitrurate pe adâncimea de 0,6…0,8 mm şi

călite.

Roţile foarte greu solicitate se întâlnesc în angrenaje de acelaşi tip cu cele din grupa

anterioară, dar cu condiţii de lucru mai severe în ceea ce priveşte puterea transmisă, mărimea

şi frecvenţa şocurilor. Fiind necesare rezistenţe mai mari la încovoiere şi la contact, în

compoziţia chimică a acestor oţeluri trebuie să existe elemente de aliere durificatoare (Cr, Mo,

W, Mn), iar pentru obţinerea unor rezilienţe mari, conţinuturi ridicate de nichel. De aceea, la

fabricarea roţilor foarte greu solicitate se utilizează oţeluri complexe aliate de cementare (Cr -

Ni, Cr - Ni - Mo, Cr - Ni - W etc.) Uneori se folosesc oţeluri semidure aliate nitruritate.

Pentru angrenajele melcate se recomandă următoarele materiale şi tratamente:

melci sau arbori melcaţi: oţeluri de cementare aliate (15C08, 21MoMC12), călite

şi revenite la 58…63 HRC; oţeluri de îmbunătăţire (OLC 45, 40C10, 41CN12, 33MoC11),

călite şi revenite la 45…55 HRC;

roţi sau coroane melcate (în funcţie de viteza de alunecare):

- v 2 m/sec: bronzuri cu aluminiu - CuAl19 (BzA110T), Cu9Fe3 (BzA19FeT);

- v 6 m/sec: bronzuri cu staniu - CuSn14 (Bz14T), CuSn12 (Bz12T), CuSn12Ni;

- v 6 m/sec: bronzuri cu zinc - CuSn9Zn5; CuSn10Zn2;

- v 10 m/sec: bronzuri speciale cu diferite elemente de aliere.

Pinionul fiind întotdeauna mai greu solicitat decât roata condusă, se va confecţiona din

material diferit sau din acelaşi material însă cu tratament diferit. În cazul tratamentului de

cementare, există numeroase variante tehnologice de tratamente termice finale ulterioare

cementării, a căror clasificare este prezentată în figura M3.U12.6.

Fig.M3.U12.6. Schema ciclurilor de tratamente termice finale aplicate roţilor

dinţate cementate (fără revenirea joasă pentru detensionare)

Materialele trebuie să asigure rezistenţa dintelui precum şi o deformare minimă în

timpul tratamentului termic. Deformarea roţilor dinţate duce la solicitarea neuniformă a

dinţilor, presiunea pe flancuri putând să crească mult; de asemenea, deformarea roţilor dinţate

poate fi una din cauzele zgomotului în timpul funcţionării. Pentru micşorarea deformaţiilor se

aplică următoarele procedee de călire: călirea în trepte, călirea cu dornuri speciale care se

montează în alezajul roţii (figura M3.U12.7.), călirea în trepte combinată cu dornuri de fixare,

călirea în matriţe speciale (figura M3.U12.8.).

149

Fig.M3.U12.7. Călire pe dorn Fig. M3.U12.8. Călire în matriţă

In cazul roţilor slab solicitate, cu rol de transmitere a mişcării sau care transmit lin

puteri mici, se pot utiliza materialele plastice. Acestea înlocuiesc materialele metalice,

putând fi utilizate până la temperaturi de 80…100 C, în medii lipsite de umiditate. Se

utilizează materialele plastice de tipul poliesterilor, poliamidelor, poliacetalilor, textolitului,

lignofolului (fenoplast cu umplutură de lemn) etc.

Înlocuirea materialelor metalice cu materiale plastice în construcţia roţilor dinţate

prezintă următoarele avantaje:

a) avantaje rezultate din tehnica de formare prin injecţie. Dă posibilitatea de a se

integra mai multe elemente într-o singură piesă formată. Se reduce costul prin absenţa

uzinării, lipsa de asamblare, simplificarea operaţiunilor de control. Se pot include la formare

numere de serie (litere sau cifre) şi diferite culori pentru identificarea pies elor.

b) avantaje datorate proprietăţilor materialului plastic: calitate de autolubrifiere;

rezistenţă la coroziune; calităţi de izolaţie electrică; greutate redusă şi inerţie redusă;

silenţiozitate în funcţionare.

c) limitele de utilizare a angrenajelor din materiale plastice: capacitate de încărcare mai

redusă; domeniu limită de temperatură în interiorul căruia materialul plastic poate

funcţiona; coeficient de dilatare termică liniară ridicat; absorbţie de apă la unii polimeri

(de exemplu, la poliamide).

Studiindu-se materialele prezentate în această unitate de învăţare, se vor alege

cele potrivite pentru executarea următoarelor roţi dinţate:

a) roată dinţată puţin solicitată, viteză periferică mică, de dimensiuni mari;

b) roată dinţată puternic solicitată, viteză periferică mijlocie;

c) roată dinţată foarte puternic solicitată, viteză periferică mare, cu şoc;

d) roată dinţată foarte puţin solicitată, rezistentă la coroziune, funcţionând

până la temperaturi de 1500C;

e) roată dinţată foarte puţin solicitată, funcţionând în aer liber.

M3.U12.7. Rezumat

Proprietăţile mecanice necesare în calculul de rezistenţă al roţilor dinţate sunt:

rezistenţa la oboseală prin contact pulsatoriu (os), rezistenţa la oboseală prin

încovoiere pulsatorie (o1) sau alternantă (-1),rezilienţa KCU.

Proprietăţile tehnologice care trebuie avute în vedere la alegerea materialului

pentru roţi dinţate sunt: puritatea (conţinutul admisibil de incluziuni

nemetalice), ereditatea granulară (tendinţa de modificare dimensională a

granulelor), călibilitatea şi prelucrabilitatea prin aşchiere.

150

Având în vedere marea varietate de roţi dinţate, pentru corecta alegere a

materialului, apare necesară o anumită clasificare în baza unor criterii comune

şi anume: viteza periferică, forţa tangenţială (care determină la rândul ei

tensiunile de încovoiere şi pe cele de contact, care acţionează asupra dintelui,

iar - prin multiplicare cu viteză periferică - şi puterea transmisă), prezenţa şi

valoarea şocului.


1. Pentru executarea unei roţi dinţate slab solicitată se poate utiliza următorul

material:

a) oţeluri carbon de uz general c) aliaje de nichel

b) oţeluri aliate




3. Materialul pentru o roată dinţată greu solicitată trebuie să asigure:

a) duritate superficială şi miez tenace c) rezistenţă la temperaturi joase

b) miez dur

4. Caracteristicile de rezistenţă ale materialelor depind de:

a) compoziţia chimică c) dimensiunile produsului

b) microstructură

5. Ce caracteristică se referă la suprafaţa sau flancul dintelui:

a) rezistenţa la oboseală prin contact

pulsatoriu

c) rezilienţa KCU

b) rezistenţa la oboseală prin încovoiere

pulsatorie

6. În aplicaţiile practice, la fabricarea roţilor dinţate, suprafeţele de lucru pot fi

durificate prin:

a) călire superficială c) nitrurare

b) cementare

7. Ce caracteristică se referă la miezul dintelui (mai precis la secţiunea bazei

dintelui):

a) rezistenţa la oboseală prin contact

pulsatoriu

c) rezilienţa KCU

b) rezistenţa la oboseală prin încovoiere

pulsatorie

151

Unitatea de învăţare M3.U13. Materiale şi tratamente pentru arcuri şi

ghidaje

Cuprins

M3.U13.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ..... 151


M3.U13.3. Materiale şi tratamente pentru arcuri ................................ .............................. 152

M3.U13.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .......... 153


M3.U13.6. Materiale şi tratamente pentru ghidaje ................................ ............................ 154

M3.U13.6.1. Ghidaje cu alunecare................................ ................................ .............. 154

M3.U13.6.2. Ghidaje cu rostogolire................................ ................................ ............ 156

M3.U13.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ .......... 156



Arcurile sunt organe de maşini care, prin forma lor şi prin proprietăţile

elastice deosebite ale materialelor din care sunt executate, se deformează elastic,

sub acţiunea unor sarcini exterioare, în limite relativ mari. În timpul deformării

elastice, arcurile înmagazinează lucrul mecanic efectuat de sarcina exterioară sub

formă de energie de deformaţie, având posibilitatea să-l restituie în perioada de

revenire la starea lor iniţială. Principalele calităţi ale materialelor din care se

execută arcurile se referă, în principal, la: rezistenţă ridicată la rupere, limită

ridicată de elasticitate, rezistenţă mare la oboseală. În unele domenii de folosire,

materialelor pentru arcuri li se impun o serie de caracteristici speciale, ca:

rezistenţă la temperaturi ridicate; rezistenţă la coroziune; lipsa proprietăţilor

magnetice; dilataţie termică redusă; comportare elastică independentă de

temperatură etc.

Ansamblul sanie-ghidaj este un organ de maşină, specific maşinilor-unelte,

având o importanţă capitală în asigurarea preciziei dimensionale şi de formă a

suprafeţelor pieselor prelucrate pe acestea. In funcţie de natura frecării, ghidajele

pot fi: ghidaje fără elemente intermediare (cu alunecare); ghidaje cu elemente

intermediare (cu rostogolire).



construcţiei arcurilor şi ghidajelor precum şi tratamentele recomandate acestora.


prezinte principalele faze care trebuie parcurse la proiectarea unui arc ;

descrie materialele utilizate în construcţia arcurilor şi să clasifice aceste

materiale după diferite criterii;

prezinte modalitatea de simbolizarea a materialelor pentru arcuri şi în funcţie de

operaţiile de obţinere a arcurilor să descrie tratamentele termice recomandate;

prezinte tipurile de ghidaje întâlnite, avantajele şi dezavantajele acestora;

descrie grupele de materiale folosite în construcţia ghidajelor şi tratamentele

termice aplicate.


152

M3.U13.3. Materiale şi tratamente pentru arcuri

Principalele faze care trebuie parcurse la proiectarea unui arc sunt:

stabilirea tipului constructiv al arcului (în foi, elicoidal, bară de torsiune etc.), în

funcţie de condiţiile de lucru impuse arcului şi de unele legături funcţionale;

determinarea tensiunilor efective din arc (de regulă acestea au valori relativ

ridicate, din necesitatea de a limita dimensiunile arcului);

elaborarea procesului tehnologic de execuţie a arcului;

alegerea materialului pentru arc şi a tratamentului adecvat;

predimensionarea arcului pe baza caracteristicilor specifice materialului ales.

Materialele pentru arcuri trebuie să satisfacă următoarele condiţii tehnice, specifice

domeniului lor de utilizare:

limita de elasticitate cât mai ridicată;

rezistenţă mare la oboseală, însoţită de o sensibilitate cât mai redusă faţă de

concentratori;

stabilitate corespunzătoare în timp a caracteristicilor mecanice, în condiţii de

temperatură şi mediu specifice utilizării;

caracteristici superioare de plasticitate, care să permită formarea arcurilor prin

tehnologii adecvate fără a compromite proprietăţile iniţiale ale materialului, mai ales în

cazurile în care arcurile nu se mai tratează termic după formare.

In funcţie de compoziţia chimică, oţelurile pentru arcuri se pot clasifica astfel:

a) oţeluri carbon pentru arcuri, care conţin 0,6…1,05 % C şi 0,3…0,8 % Mn (ARC 6,

ARC 6A, ARC 7, ARC 10 - STAS 795-84, echivalente cu OLC 65 A, OLC 55A, OLC 85 A,

OLC 75 A - STAS 893-80);

b) oţeluri aliate pentru arcuri, care conţin Mn, Si, Cr, V, N (ARC 1, ARC 2, ARC 3,

ARC 4, ARC 5, ARC 8, ARC 9 - STAS 795-84; 30C120-STAS 3583 - 80; RW180 - STAS

3611 - 80 etc.).

In afară de oţeluri, la construcţia arcurilor pot fi utilizate şi materiale neferoase: alamă,

bronz cu staniu, bronz cu beriliu, bronz cu siliciu.

Operaţiile principale de obţinere a arcurilor sunt: deformare plastică la cald;

deformare la rece.

Caracteristicile şi domeniile de utilizare ale unor materiale pentru arcuri se prezintă în

tabelul M3.U13.1.

In cazul prelucrării la cald, după punerea în formă a arcurilor (înfăşurarea spirelor,

formarea foilor etc., realizate la temperaturi de 850…1050o) se aplică o recoacere. In cazul

deformării la rece, înainte de tragere este necesară o recoacere de înmuiere a oţelurilor aliate

pentru arcuri; după înfăşurarea la rece din sârmă trasă este necesară o recoacere de

detensionare. După executarea arcurilor, indiferent de operaţia prin care s-au realizat, se

aplică o călire martensitică în întreaga secţiune, urmată de o revenire medie, imediat după

călire. Cele mai bune rezultate le dă călirea izotermă, arcurile având o tenacitate mai ridicată.

Prezentaţi condiţiile tehnice, specifice domeniului de utilizare, pe care trebuie să

le satisfacă materialele pentru arcuri.

153

Tabelul M3.U13.1. Proprietăţi şi utilizări ale unor materiale pentru arcuri (STAS 795 -84)

Material

Limita de

curgere,

daN/mm2

Rezistenţa

la rupere,

daN/mm2

Alungirea

la rupere,

A [%]

Utilizări principale

OLC 55A

(ARC 6A) 88 108 6

Arcuri spirale sau multilamelare pt. solicitări

mici

OLC 65A

(ARC 6) 78 98 10

Arcuri de tip special, elicoidale, multilamelare,

pt. solicitări mici

OLC 75A

(ARC 10) 88 108 9



OLC 85A

(ARC 7) 98 113 8



51Si17A

(ARC 5) 108 118 6

Arcuri elicoidale sau multilamelare pt. solicitări

medii

51VCr11A

(ARC 2A) 118 132 6

Arcuri elicoidale, spirale sau multilamelare

puternic solicitate

60Si15A

(ARC 3) 127 147 6

Arcuri elicoidale, multilamelare, disc, inelare,

pt. solicitare medii

56Si17A 108 127 6 Arcuri elicoidale, multilamelare, disc, inelare,

pt. solicitare medii

M3.U13.4. Rezumat

Materialele pentru arcuri trebuie să satisfacă următoarele condiţii tehnice:

limită de elasticitate cât mai ridicată, rezistenţă mare la oboseală, însoţită de o

sensibilitate cât mai redusă faţă de concentratori, stabilitate corespunzătoare în

timp a caracteristicilor mecanice, în condiţii de temperatură şi mediu specifice

utilizării, caracteristici superioare de plasticitate, care să permită formarea

arcurilor prin tehnologii adecvate fără a compromite proprietăţile iniţiale ale

materialului, mai ales în cazurile în care arcurile nu se mai tratează termic după

formare;

În funcţie de compoziţia chimică, oţelurile pentru arcuri se pot clasifica astfel:

oţeluri carbon pentru arcuri, care conţin 0,6…1,05 % C şi 0,3…0,8 % Mn;

oţeluri aliate pentru arcuri, care conţin Mn, Si, Cr, V, N

Alte materiale: alamă, bronzuri cu staniu, cu beriliu, cu sil iciu.



arcurilor este:

a) duritate ridicată c) rigiditate


2. Clasificaţi oţelurile pentru arcuri în funcţie de compoziţia chimică.

3. Specificaţi ce materiale pot fi utilizate în construcţia arcurilor, în afară de

oţeluri.

154

4. Tratamentul final recomandat pentru oţelurile utilizate la confecţionarea

arcurilor este:

b) recoacere de înmuiere c) călire martensitică urmată de

revenire medie

b) cementare

M3.U13.6. Materiale şi tratamente pentru ghidaje

Ansamblul sanie-ghidaj este un organ de maşină, specific maşinilor-unelte, având o

importanţă capitală în asigurarea preciziei dimensionale şi de formă a suprafeţelor pieselor

prelucrate pe acestea.

In funcţie de natura frecării, ghidajele pot fi:

ghidaje fără elemente intermediare (cu alunecare);

ghidaje cu elemente intermediare (cu rostogolire).

M3.U13.6.1. Ghidaje cu alunecare

Ghidajele cu alunecare ale maşinilor-unelte se construiesc în două forme: ghidaje

dintr-o bucată cu batiul; ghidaje aplicate.

Ghidajele dintr-o bucată fac corp comun cu batiul maşinii-unelte sau cu elementul

mobil, ceea ce presupune confecţionarea fiecărui element din acelaşi material cu cel al

ghidajelor. Deoarece confecţionarea ghidajelor presupune materiale cu anumite calităţi,

întotdeauna superioare celor pentru construcţia batiurilor sau elementelor mobile, rezultă clar

dezavantajul acestor tipuri de ghidaje. Dacă se adaugă acestui dezavantaj şi dificultăţile de

prelucrare datorate gabaritului şi greutăţii batiului, în special, este justificată tendinţa de

folosire a ghidajelor aplicate. Dacă totuşi se adoptă soluţia ghidajelor dintr-o bucată,

materialele utilizate, precum şi tratamentele care se pot aplica sunt cele prezentate la capitolul

batiuri.

Ghidajele aplicate pe batiu sau pe elementul mobil elimină dezavantajele prezentate

mai sus. Acest lucru se realizează prin construirea batiului sau elementului mobil dintr-un

material de calitate inferioară, deci mai ieftin.Faţă de ghidajele dintr-o bucată, ghidajele

aplicate prezintă unele avantaje: durabilitate mai mare ca urmare a folosirii calităţilor

superioare de materiale, prelucrare mai uşoară, posibilitatea înlocuirii în cazul unei uzuri

accentuate.Dezavantajul ghidajelor aplicate constă în faptul că ele necesită efectuarea unor

prelucrări suplimentare pentru fixarea lor, înregistrându-se astfel o scumpire a maşinii.

Materialele folosite în construcţia ghidajelor aplicate sunt: fontele, oţelurile de calitate şi

aliate şi materialele plastice. Dintre fonte, la executarea ghidajelor se utilizează fontele

cenuşii, fontele modificate şi fontele aliate.

Fontele cenuşii cele mai folosite sunt cele de calitate superioară, cu structură perlitică.

Astfel, fonta Fc35 se poate folosi pentru ghidaje supuse la o presiune de contact până la 20

daN/cm2, iar fonta Fc 25, la o presiune până la 5 daN/cm

2.

Fontele modificate au rezistenţa la uzură de circa 3 ori mai mare comparativ cu

fontele cenuşii, iar proprietăţile generale se apropie de cele ale oţelurilor.

Fontele aliate au rezistenţă şi mai mare la uzură, însă sunt mult mai scumpe. Se

utilizează fonte aliate cu Ni, Cr, Mg, Ti, etc.

155

Dintre oţeluri sunt recomandate cele de cementare OLC 15 şi OLC 20, călite şi răcite

în ulei.

Oţelurile de cementare se utilizează pentru ghidaje cu lungime ce nu depăşeşte

500...700 mm (dacă ghidajele sunt mai lungi se utilizează mai multe bucăţi); aceasta deoarece

aceste materiale au tendinţe puternice de deformare în timpul tratamentului termic. După

călire şi răcire în apă se supun unei reveniri, în urma căreia duritatea lor ajunge la 52...60

HRC. Folosirea oţelurilor aliate este justificată numai datorită faptului că ele au o tendinţă de

deformare mai mică în timpul tratamentului termic. După călire cu răcire în ulei se execută şi

la acestea o revenire, în urma căreia duritatea va fi tot de 52...60 HRC.

Exemple

Oţelurile aliate cu crom (de exemplu 41C10) se folosesc pentru executarea

ghidajelor lungi dintr-o singură bucată.

Ghidajele aplicate din materiale plastice se utilizează în special la maşini-unelte grele,

cum sunt strungurile carusel, maşinile de frezat longitudinal, maşinile de rabotat, maşinile de

broşat etc, precum şi la maşinile unelte-mijlocii cu viteze mari de alunecare, la care principala

formă de uzură a ghidajelor o constituie griparea.

Ghidajele din materiale plastice înlătură pericolul apariţiei fenomenului de “stick-slip”,

care face ca mişcările de avans, îndeosebi cele cu viteze foarte mici să se producă sacadat,

neuniform. Ele se aplică în general pe elementul mai scurt, adică pe sanie sau masă, iar

fixarea se poate face în mai multe moduri: cu şuruburi din alamă şi ştifturi din fontă, cu

şuruburi din oţel, cu dopuri şi ştifturi din textolit (figura M3.U13.1.), prin lipire cu diverşi

adezivi, prin aplicare directă. Fixarea prin ultimele două procedee are avantajul că reduce

grosimea ghidajelor aplicate de la 8...10 mm la numai 2...5 mm. Pentru ghidajele realizate prin

aplicare directă se utilizează cu precădere răşinile epoxidice, principalele avantaje fiind:

presiuni statice pe ghidaje până la 750 daN/cm2, temperatură de utilizare până la 80

oC,

rezistenţă la atac chimic din partea multor medii agresive (mai puţin acetonă, benzen şi

toluen), prelucrare uşoară prin aşchiere (cu scule din carburi metalice).

Fig.M3.U13.1.Ghidaje din textolit, f ixate

cu şuruburi

Fig.M3.U13.2. Ghidaje cu rostogolire

Un dezavantaj îl constituie faptul că materialele plastice au un coeficient de

conductivitate termică mic (de 100...150 ori mai mic decât al fontei), ceea ce face ca la

frecarea uscată acestea să se încălzească foarte mult, până la 120...130oC, temperatură la care

devin fragile şi se rup.

1

2

156

Prezentaţi avantajele şi dezavantajele ghidajelor aplicate.

M3.U13.6.2. Ghidaje cu rostogolire

Ghidajele cu rostogolire sunt tot mai mult utilizate în construcţia de maşini, datorită

frecării reduse, preciziei de execuţie şi uniformităţii deplasării (figura M3.U13.2.). Corpurile

de rulare 1 (bile, role sau ace), se execută din oţeluri dure (61...65 HRC), călite, rectificate şi

lepuite (RUL 1, RUL 2). Căile de rulare 2 se execută din oţeluri de calitate (OLC 55, OSC 8,

OSC 10), fiind apoi călite şi superfinisate.

M3.U13.7. Rezumat

În funcţie de natura frecării, ghidajele pot fi: fără elemente intermediare (cu

alunecare), cu elemente intermediare (cu rostogolire);

Ghidajele cu alunecare executate dintr-o bucată cu batiul sunt executate din

acelaşi material ca şi acesta din urmă, ceea ce constituie un dezavantaj;

Ghidajele cu alunecare aplicate prezintă unele avantaje: durabilitate mai mare

ca urmare a folosirii calităţilor superioare de materiale, prelucrare mai uşoară,

posibilitatea înlocuirii în cazul unei uzuri accentuate;

Principalele materiale pentru ghidaje cu alunecare sunt: fonte, oţeluri, materiale

plastice.


1. Oţelurile nealiate de cementare utilizate la confecţionarea ghidajelor de

alunecare pot avea lungimea maximă de:

a) 20 mm c) 700 mm

b) 100 mm

2. Un ghidaj de alunecare care se uzează puternic şi trebuie înlocuit des se

realizează cu următoarea soluţie constructivă:

a) aplicat pe batiu c) sudat pe batiu

b) dintr-o bucată cu batiul

3. Corpurile de rulare ale unui ghidaj cu alunecare se execută din:

a) material plastic c) oţel aliat cu crom

b) oţel aliat cu nichel

4. Oţelurile de cementare se utilizează pentru ghidaje cu lungime :

a) 100...500 mm c) 700...1200 mm

b) 500...700 mm

5. Ghidajele cu rostogolire sunt tot mai mult utilizate în construcţia de maşini

datorită:

a) frecării reduse c) uniformităţii deplasării

b) preciziei de execuţie

157

Unitatea de învăţare M3.U14. Materiale şi tratamente pentru batiuri şi

carcase, arbori şi axe

Cuprins

M3.U14.1. Introducere ................................ ................................ ................................ ..... 157


M3.U14.3. Materiale şi tratamente pentru batiuri şi carcase ................................ ............. 158

M3.U14.4. Rezumat ................................ ................................ ................................ .......... 161


M3.U14.6. Materiale şi tratamente pentru arbori şi axe ................................ .................... 161

M3.U14.7. Rezumat ................................ ................................ ................................ .......... 163



Menţinerea preciziei poziţiei reciproce a subansamblurilor unei maşini în

timpul funcţionării, pentru a asigura gradul de precizie cerut, constituie cerinţa

principală ce trebuie să o îndeplinească batiurile. Condiţiile invariabilităţii formei

batiului se realizează prin: alegerea materialului şi a tratamentului adecvat;

alegerea formei corespunzătoare; asigurarea rezistenţei la vibraţii şi a rigidităţii;

asigurarea unei rezistenţe ridicate la uzare şi a unei stabilităţi termice cât mai

mari. Carcasele trebuie să asigure o precizie determinată a poziţiei relative a

pieselor şi mecanismelor unităţilor de asamblare, atât în regim static cât şi

dinamic. Totodată ele permit orientarea şi fixarea unităţii de asamblare de care

aparţin cu alte unităţi de asamblare, împreună cu care formează o anumită maşină,

instalaţie sau utilaj. Condiţiile tehnice care se impun carcaselor se referă la:

rezistenţă mecanică, rigiditate, rezistenţă la uzură, rezistenţă la coroziune, precizie

dimensională, de formă geometrică şi poziţie a suprafeţelor, stabilitate termică,

etanşeitate.

Alegerea materialelor şi a tratamentelor pentru arbori şi axe se face în

funcţie de mai mulţi parametri, cei mai importanţi fiind: tipul lagărelor (cu

alunecare sau cu rostogolire); rezistenţa materialului la încovoiere, torsiune şi

oboseală; viteza de uzură a suprafeţelor de frecare şi în primul rând a fusurilor;

forma constructivă, dimensiunile (în special lungimea) şi defectele posibile ca

urmare a aplicării tratamentelor.



construcţiei batiurilor şi carcaselor, arborilor şi axelor precum şi tratamentele

recomandate acestora.


prezinte materialele utilizate în construcţia batiurilor şi carcaselor, având în

vedere cerinţele legate de tehnologia de fabricaţie şi cele economice,

insistându-se pe proprietăţi, tratamente aplicate şi domenii de utilizare;

prezinte parametrii pe baza cărora se face alegerea materialelor şi tratamentelor

pentru arbori şi axe;

descrie proprietăţile materialelor destinate construcţiei arborilor şi axelor şi

tratamentele termice aplicate.


158

M3.U14.3. Materiale şi tratamente pentru batiuri şi carcase

Având în vedere cerinţele legate de tehnologia de fabricaţie şi cele economice, la

construcţia batiurilor se utilizează următoarele materiale:

pentru batiuri turnate: fontă cenuşie, fontă maleabilă, fontă globulară, fontă

modificată, fontă aliată.

pentru batiuri sudate: oţeluri.

Realizarea batiurilor prin turnare, din fontă, prezintă unele avantaje: manoperă mai

puţină (mai ales la forme complexe); capacitate mai bună de amortizare a vibraţiilor;

prelucrare mai uşoară; condiţii mai bune de ungere şi alunecare la ghidaje (când acestea sunt

dintr-o bucată cu batiul);suficientă rezistenţă mecanică şi rigiditate.

Există însă şi o serie de dezavantaje, cum ar fi: creşterea duratei de execuţie; adaosuri

de prelucrare relativ mari; costuri mari de execuţie, care se amortizează însă la producţii de

serie; duritatea suprafeţelor de frecare nu poate depăşi 220...240 HB, în cazul când ghidajele

se confecţionează monobloc cu batiul.

Fontele cenuşii cele mai utilizate sunt:

Fc 35, pentru eforturi = 500 daN/cm2 , având rezistenţă la uzură şi rezistenţă

mecanică mari;

Fc 25, pentru eforturi = 150...450 daN/cm2 (majoritatea batiurilor maşinilor-

unelte mijlocii);

Fc 20, pentru eforturi = 100 daN/cm2.

Fontele modificate se apropie, prin proprietăţi, de oţeluri. Ele pot fi călite superficial

prin inducţie sau cu flacără, după care duritatea lor ajunge la 45...52 HRC.

Fontele aliate au proprietăţi mecanice superioare cu circa 20% faţă de Fc 30 şi cu

circa 40% faţă de Fc 25. Se utilizează pentru batiurile strungurilor automate, maşinilor-unelte

de înaltă precizie. Aceste fonte sunt însă mult mai scumpe, de aceea se utilizează numai când

se cer o rezistenţă mecanică şi o rezistenţă la uzură mari, în condiţii de gabarit redus.

După turnare şi prelucrarea de degroşare, batiurile sunt supuse unui tratament de

detensionare, pentru înlăturarea totală a tensiunilor interne. Detensionarea se poate realiza pe

cale mecanică (prin solicitări variabile, prin vibraţii, prin tensionări mecanice suplimentare)

sau pe cale termică (la temperatura mediului ambiant, timp de 6...12 luni - îmbătrânire

naturală sau prin încălzire la 400...650oC, menţinere 2...6 ore, răcire lentă în cuptor -

îmbătrânire artificială).

Batiurile sudate din table sau profiluri din oţel nu au nici unul din dezavantajele celor

turnate. După calităţile oţelului au avantajul că sunt uşoare, ajungând la 1/2...3/4 din greutatea

batiurilor din fontă. Reducându-se lungimea liberă a elementelor care pot vibra şi dându-se

construcţiei o formă raţională, avantajul fontei faţă de oţel privind amortizarea vibraţiilor

poate fi compensat. Batiurile sudate din oţel se preferă la forme simple, care nu necesită

manoperă multă sau în cazul unui număr redus de bucăţi, când confecţionarea modelelor de

turnare nu ar fi rentabilă. Se recomandă oţelurile carbon nealiate, cu conţinut scăzut de carbon

(OL 32, OL 34. OL 37, OL 42, OL 50), normalizate.

Turnarea batiurilor cere un consum mare de energie, ceea ce devine un factor negativ

în situaţiile actuale privind economisirea combustibililor. De asemenea, după turnare, batiurile

necesită prelucrări suficient de complexe, pe maşini-unelte speciale şi cu timpi mari de

prelucrare.

159

Construcţiile sudate prezintă adesea avantaje, însă cu toate recoacerile aplicate sau

detensionările prin vibraţii, apar uneori probleme de deformaţii în exploatarea maşinilor-

unelte respective.

Ca alternativă la materialele “clasice” pentru batiuri prezentate mai sus au apărut unele

materiale noi, cum ar fi betonul polimerizat, granitul etc.

Principalele tipuri de răşini utilizate pentru obţinerea betonului polimerizat sunt: răşini

epoxidice, răşini poliesterice nesaturate, răşini de tip metacrilat.

Primul tip de răşini în combinaţie cu un material de reacţie corespunzător dă o masă

duroplastică solidă şi dură, cunoscută sub denumirea comercială de “araldit”. Amestecul se

compune în principal din răşina reactivă ca material de legătură şi granit sfărâmat ca material

de umplere. La întărirea acestui amestec este împiedicată în mare măsură formarea de pori şi

se elimină complet formaţiunile capilare, spre deosebire de betonul obişnuit (format din apă şi

ciment), la care apa în plus formează prin evaporare pori şi formaţiuni capilare.

La executarea batiului din beton polimerizat, economia de energie primară pentru formare

este de 50...80% faţă de execuţia prin turnare din metal. Insă hotărâtoare pentru utilizarea

acestui material sunt avantajele amortizării vibraţiilor şi capacităţii calorice.

Exemple

Proprietăţile de amortizare a vibraţiilor ale betonului polimerizat sunt de circa 8 ori

mai mari faţă de fontă. Această comportare excelentă privind amortizarea

vibraţiilor poate fi folosită la creşterea puterii de aşchiere la timpi egali de uzură a

sculei. Viteza de avans poate fi mărită, ceea ce duce la timpi mai scurţi de

prelucrare, deci la mărirea productivităţii maşinii-unelte.

Căldura specifică a betonului polimerizat este de două ori mai mare în comparaţie cu

fonta, iar conductivitatea termică este de circa 1/20 din cea a fontei, ceea ce face batiul practic

insensibil faţă de variaţiile de temperatură (figurile M3.U14.1. şi M3.U14.2.).

Batiurile din beton polimerizat se execută cu ghidajele şi elementele pentru fixarea

ulterioară a altor piese, înglobate (figura M3.U14.3.). La unele construcţii, batiul din beton

polimerizat este combinat parţial cu un soclu din beton hidraulic (figura M3.U14.4.).

Fig.M3.U14.1.Stabilitatea termică a unor

materiale pentru batiuri

Fig.M3.U14.2. Variaţia temperaturilor la

un ciclu de lucru

Carcasele trebuie să asigure o precizie determinată a poziţiei relative a pieselor şi

mecanismelor unităţilor de asamblare, atât în regim static cât şi dinamic. Totodată ele permit

orientarea şi fixarea unităţii de asamblare de care aparţin cu alte unităţi de asamblare,

împreună cu care formează o anumită maşină, instalaţie sau utilaj.

160

Fig. M3.U14.3. Secţiune printr-un batiu din

beton polimerizat

Fig. M3.U14.4.Construcţia unui batiu

din materiale combinate

Având în vedere marea diversitate de construcţii şi de destinaţii funcţionale ale

carcaselor, pentru fabricarea acestora se folosesc diferite materiale ca: fonte cenuşii, fonte

maleabile, oţeluri carbon turnate, oţeluri carbon obişnuite, metale neferoase etc.

O largă utilizare în construcţia carcaselor o are fonta cenuşie, datorită faptului că în

multe cazuri satisface cerinţele funcţional-constructive şi totodată corespunde cerinţelor

tehnologice şi economice. Din Fc 15 şi Fc 20 se fabrică carcasele maşinilor-unelte obişnuite şi

care nu au suprafeţe supuse la uzură în timpul funcţionării (de exemplu, carcasele cutiilor de

avansuri), marea majoritate a carcaselor pentru organe de transmitere a mişcării şi pentru

cutiile de viteze de la maşinile agricole, a carcaselor pompelor centrifuge, ale reductoarelor şi

altor ansambluri care nu sunt solicitate deosebit şi în special care nu lucrează în regim

dinamic.

Exemple

Carcasele maşinilor-unelte de precizie, carcasele arborilor principali, blocurile

arborilor principali de la maşinile-unelte automate cu arbori multipli, blocurile

cilindrilor şi chiulasele motoarelor cu ardere internă şi ale compresoarelor,

carcaselor reductoarelor care lucrează în regimuri grele de funcţionare etc. se

execută din Fc 25 şi Fc 30. Carcasele care lucrează în condiţii de solicitări

complexe, supuse la momente încovoietoare şi de torsiune, la vibraţii şi în general

la sarcini dinamice, se execută din fontă maleabilă sau oţel carbon turnat (Fm 35n,

Fm42a, OT 45-2, OT 50-2, OT 55-2 etc). Carcasele care lucrează în mediu coroziv

se fabrică din oţeluri aliate rezistente la coroziune cum sunt oţelurile aliate cu Si,

Cr, Ni ş.a. (T50 SNMo280-pentru construcţii mai complicate, respectiv 20C130 şi

7TC170 - pentru construcţii mai simple).

La carcasele sudate se utilizează oţeluri carbon obişnuite cu conţinut scăzut de carbon,

în general OL 42 şi OL 50. O utilizare largă în construcţia carcaselor cu destinaţii diferite şi

mai ales a pieselor de tipul blocurilor motor sau a carcaselor pentru pompe, o au aliajele de

aluminiu turnate sub presiune sau în cochilie.

Tratamentele termice recomandate sunt: recoacerea de detensionare şi uneori

recoacerea de omogenizare, pentru carcasele turnate şi normalizarea pentru carcasele sudate.

161

Prezentaţi materialele utilizate în construcţia batiurilor obţinute prin turnare şi

specificaţi care sunt avantajele şi dezavantajele realizării batiurilor prin această

tehnologie de fabricaţie.

M3.U14.4. Rezumat

Cerinţa principală pe care trebuie să o îndeplinească batiurile este menţinerea

preciziei poziţiei reciproce a subansamblurilor unei maşini în timpul

funcţionării.

Pentru construcţia batiurilor se utilizează următoarele materiale: pentru batiuri

turnate: fontă cenuşie, fontă maleabilă, fontă globulară, fontă modificată,

fontă aliată; pentru batiuri sudate: oţeluri;

Ca alternativă la materialele “clasice” pentru batiuri au apărut unele materiale

noi, cum ar fi betonul polimerizat, granitul etc.

După turnare şi prelucrarea de degroşare, batiurile sunt supuse unui tratament

de detensionare, pentru înlăturarea totală a tensiunilor in terne;

Pentru fabricarea carcaselor se folosesc diferite materiale ca: fonte cenuşii,

fonte maleabile, oţeluri carbon turnate, oţeluri carbon obişnuite, metale

neferoase etc.

Tratamentele termice recomandate sunt: recoacerea de detensionare şi uneori

recoacerea de omogenizare, pentru carcasele turnate şi normalizarea pentru

carcasele sudate.





b) turnare

2. Cea mai importantă proprietate a unui material pentru executarea batiurilor

este:

a) rezistenţa la coroziune c) capacitatea de amortizare a

vibraţiilor

b) greutatea redusă

3. Materialele pentru carcasele executate prin sudare sunt:

a) oţeluri carbon de uz general c) fonte

b) oţeluri aliate

M3.U14.6. Materiale şi tratamente pentru arbori şi axe

Principalele materiale folosite în construcţia arborilor şi axelor sunt:

oţeluri carbon (OL37, OL42, OL50, OL60, - STAS 500-80);

oţeluri carbon de calitate (OLC25, OLC35, OLC45, - STAS 880-80);

162

oţeluri aliate cu crom (15CN15, 13CN30, 41C10, 41MoC11, 50VC10);

oţeluri turnate (28TMC12, 21TMC12);

fonte cu înaltă rezistenţă (fonte modificate, fonte aliate).

Executarea arborilor din oţeluri aliate este justificată numai în cazul în care construcţia

impune acest lucru (pinioane executate corp comun cu arborele, figura M3.U14.5.) sau în

cazul arborilor puternic solicitaţi, la care se pun şi probleme de gabarit minim. In toate aceste

cazuri prelucrarea arborilor trebuie realizată atent, întrucât creşterea rezistenţei la oboseală a

oţelului aliat este însoţită de o mărire a sensibilităţii acestuia la concentrarea eforturilor.

Fig. M3.U14.5. Pinion executat corp comun cu arborele

Asigurarea rezistenţei la oboseală a arborelui şi a rezistenţei la uzare a fusurilor

acestuia trebuie să se realizeze prin forma constructivă a arborelui şi prin tratamente de

suprafaţă mecanice, termice sau termochimice (figura M3.U14.6.) şi numai în ultimă instanţă

prin folosirea oţelurilor aliate.

La arborii la care condiţiile de rigiditate sunt determinante în alegerea dimensiunilor,

întrebuinţarea oţelurilor aliate este, în general, nejustificată, întrucât modulul de elasticitate

este practic acelaşi pentru oţelurile aliate şi pentru cele nealiate.

Fig. M3.U14.6. Arbore cu fusuri tratate termic

La confecţionarea arborilor care posedă suprafeţe de frecare se folosesc oţeluri al

căror strat superficial poate fi durificat, în vederea măririi rezistenţei la uzare, prin cementare,

nitrurare, călire superficială cu flacără sau inducţie. Călirea superficială se aplică de regulă la

acei arbori care, din cauza lungimii lor, nu pot fi introduşi în cuptoarele pentru cementare sau

nitrurare.

In cazurile în care se impune pe lângă o rezistenţă mare la uzură şi o mare rezistenţă

mecanică, se folosesc oţeluri cementabile aliate cu crom şi nichel, călite şi revenite până la

56…63 HRC.

Exemple

In practică se întâmplă frecvent ca secţiunea arborelui să fie mai mare decât cea

rezultată din calcule. Aceasta se datorează unor cerinţe de exploatare (spre

exemplu, arborele principal trebuie să aibă un alezaj pentru a permite trecerea

piesei de prelucrat) sau tehnologice, ceea ce face ca eforturile din material să fie

reduse. Ca urmare a acestui fapt, arborele poate fi confecţionat dintr-un oţel carbon

163

de construcţie sau chiar din fontă perlitică sau modificată. Pentru mărirea

rezistenţei la uzare, în cazul acestor arbori, suprafeţele de frecare se îmbracă cu

bucşe din oţeluri aliate cu duritate mare, tratate termic.

Fontele cu înaltă rezistenţă folosite în construcţia arborilor cu dimensiuni mari sau a

celor cu forme complicate oferă avantajul unor importante economii de material şi manoperă.

Sensibilitatea mai redusă la concentrarea eforturilor unitare şi proprietatea de amortizare a

vibraţiilor reprezintă, de asemenea, avantaje.

Tratamentele termice care se pot aplica sunt cele cunoscute, recomandate şi în funcţie

de calităţile care se cer arborilor sau axelor. Pot fi utilizate:

pentru oţelurile de cementare: recoacere de normalizare, recoacere + nitrurare,

carburarea + călire + revenire joasă, , cianurare + călire + revenire joasă.

pentru oţelurile de îmbunătăţire: recoacere de înmuiere, recoacere de normalizare,

călire superficială, călire dublă + revenire + nitrurare.

Exemple

In cazul unor arbori sau axe cu o formă care predispune la deformaţii în timpul

călirii (de exemplu axele cu came), nu se recomandă răcirea lor simplă după călire

prin scufundare în băi de ulei, deoarece uleiul care este în contact direct cu axa cu

came se încălzeşte neuniform. Se recomandă ca răcirea să se facă în garnituri de

matriţe, în care uleiul pătrunde sub presiune.

Tratamentele termice ale arborilor cotiţi se aleg şi se execută după procedee distincte,

în funcţie de materialele din care s-au realizat semifabricatele. Tratamentele pot fi încadrate în

două grupe distincte:

tratamente termice de înmuiere, executate înaintea operaţiilor de prelucrare

mecanică prin aşchiere;

tratamente termice în cursul prelucrărilor, în scopul obţinerii durităţii superficiale

prescrise, înainte şi după operaţiile de rectificare şi superfinisare.

La semifabricatele realizate din fontă modificată sau aliată, se aplică, de obicei, o

singură recoacere de înmuiere, înaintea operaţiilor de prelucrare mecanică.

In cazul semifabricatelor din oţeluri, se aplică un tratament de normalizare, înainte de

operaţiile de prelucrare mecanică, iar după aceasta se aplică cementarea, nitrurarea, respectiv

călirea.

1. Prezentaţi parametrii în funcţie de care se face alegerea materialelor şi a

tratamentelor pentru arbori şi axe.

2. Prezentaţi tratamentele termice care pot fi aplicate arborilor cotiţi.

M3.U14.7. Rezumat

Alegerea materialelor şi a tratamentelor pentru arbori şi axe se face în funcţie

de mai mulţi parametri: tipul lagărelor, rezistenţa materialului la încovoiere,

torsiune şi oboseală, viteza de uzură a suprafeţelor de frecare, forma

constructivă, dimensiunile (în special lungimea) şi defectele posibile ca urmare

a aplicării tratamentelor;

164

Principalele materiale folosite în construcţia arborilor şi axelor sunt: oţeluri

carbon; oţeluri carbon de calitate; oţeluri aliate cu crom; oţeluri turnate; fonte

cu înaltă rezistenţă (fonte modificate, fonte aliate);

Tratamentele recomandate sunt: pentru oţelurile de cementare: recoacere de

normalizare, recoacere + nitrurare, carburarea + călire + revenire joasă, ,

cianurare + călire + revenire joasă; pentru oţelurile de îmbunătăţire: recoacere

de înmuiere, recoacere de normalizare, călire superficială, călire dublă +

revenire + nitrurare.


1. Prezentaţi tratamentele termice care se pot aplica arborilor şi axelor în funcţie

de calităţile cerute acestora. 2. Pentru arborii la care condiţiile de rigiditate sunt determinante în alegerea

dimensiunilor se recomandă următoarele materiale:

a) oţeluri nealiate c) alame

b) oţeluri aliate

3. Ce se recomandă în cazul unor arbori sau axe cu o formă care predispune la

deformaţii în timpul călirii?



arcurilor este:

a) duritate ridicată c) rigiditate ridicată


2. Corpurile de rulare ale unui ghidaj cu alunecare se execută din:

a) material plastic c) oţel aliat cu Cr

b) oţel aliat cu Ni

3. Oţelurile aliate pentru scule au ca principal element de aliere:

a) wolfram c) crom

b) nichel

4. Sculele având partea activă din policristale de diamant se recomandă pentru

aşchierea:

a) oţelurilor c) materialelor neferoase

b) fontelor

165




6. Cu oţelurile carbon de scule se poate aşchia cu o viteză maximă de aşchiere de:

a) 20 m/min c) 2 m/min

b) 200 m/min

7. Oţelurile cu destinaţie precizată de tip RUL sunt slab aliate cu :

a) siliciu c) crom

b) titan




b) turnare

9. Carburile metalice sunt utilizate în construcţia sculelor aşchietoare astfel:

a) pentru întreaga sculă c) pentru partea activă a sculei

b) pentru coada sculei

10. Pentru arborii la care condiţiile de rigiditate sunt determinante în alegerea

dimensiunilor se recomandă următoarele materiale:

a) oţeluri nealiate c) alame

b) oţeluri aliate


1. – b 5. – a 9. – c

2. – c 6. – a 10. – a

3. – c 7. – c

4. – c 8. – b

166

BIBLIOGRAFIE

1. CARP, V., MIHĂIEŞI, GH., Elemente de ştiinţa şi tehnologia materialelor. Editura

Tehnică, Bucureşti, 1998.

2. CHESA, I., Alegerea şi utilizarea oţelurilor. Editura tehnică, Bucureşti, 1984.

3. DOMŞA, A., DOMŞA, S., Materiale metalice în construcţia de maşini şi instalaţii.

Editura DACIA, Cluj-Napoca, 1981.

4. GHIGLIONE, D., Influenţa materialului şi a tratamentului termic asupra formei

pieselor. CETIM-Information, Paris, 114/1990.

5. HORUN, S., Aplicaţiile materialelor plastice. Editura tehnică, Bucureşti, 1988.

6. ISPAS, St., Materiale compozite. Editura tehnică, Bucureşti, 1987.

7. JOHN, V.D., Introduction to Engineering Materials. Macmillan Publishing Company,

New York, 1983.

8. MĂRĂSCU KLEIN VL., Alegerea materialelor – vol.I. Editura Universităţii Transilvania

din Braşov, 2000.

9. MĂRĂSCU KLEIN VL., Alegerea materialelor – vol.II. Editura Universităţii Transilvania

din Braşov, 2004.

10. PALFALVI, A., Metalurgia pulberilor. Editura tehnică, Bucureşti, 1988.

11. POPESCU, N. ş.a., Ştiinţa materialelor pentru ingineria mecanică. Editura FAIR

PARTNERS, Bucureşti, 1999.

12. STEEDS, W., Engineering Materials Machine Tools and Processes. Editura Longmans,

Londra, 1989.

13. VERMESAN, G., Îndrumător pentru tratamente termice. Editura Dacia, Cluj-Napoca,

1987.

14. ZGURĂ, GH., Materiale compozite cu matrice metalică. Editura Academiei Române,

Bucureşti, 2000.

04_alegerea_materialelor

Documents