1Cap. 1. Clasificarea materialelor folosite nindustrie.

1.1. Generaliti privind procesul de producie.Pentru existena sa i pentru progresul societii

omul creeaz n permanen bunuri materiale. n limbajulobinuit, rezultatul proceselor de munc n care omulacioneaz asupra obiectului muncii (materiale, pieseetc.) cu ajutorul mijloacelor de munc ( scule, unelte,maini unelte) poart denumirea de produse.

Noiunea de produs este foarte larg, ea cuprinzndmijloace de producie (maini, utilaje, scule, aparate,etc.), bunuri materiale naturale (minerale, vegetale,animale), bunuri de consum, etc.

Tehnologia este tiina aplicativ care studiaztransformrile la care sunt supuse materiile prime,materialele i semifabricatele prin procesul tehnologicde lucru, avnd ca scop obinerea de produse, n condiiitehnico-economice optime.

Obinerea unor produse, rezultatul desfurrii unuiproces de fabricare, presupune supunerea materiei unuilarg ir de transformri fizico-chimice pornind de laresursele naturale, care au, de cele mai multe ori,proprieti improprii utilizrii lor directe i ajungndla maini i aparate, spre exemplu, care au proprietibine definite funciei lor.

Transforrile fizico-chimice efectuate asupraresurselor naturale se ncadreaz n procesele deextracie i au ca rezultat obinerea materialelor brute.

Procesele exercitate asupra materialelor brutepentru obinerea unor produse fabricate, se numescprocese tehnologice de fabricare. n cazul mainilor iaparatelor, procesul de fabricare cuprinde:- procese tehnologice de prelucrare;- procese tehnologice de asamblare.Prin prelucrare se modific starea sau compoziiamaterialului, forma, dimensiunile, rugozitatea i poziiareciproc a suprafeelor, iar prin asamblare se reunescordonat, ntr-un sistem tehnic, piesele care l compun.

Din punctul de vedere al regsirii n produsulfabricat a materialelor, se disting materiale defabricaie sau materii prime care intr n oper parialsau total, i materiale auxiliare.

Procesele tehnologice de fabricare urmresc diversescopuri, funcie de ramura economic i de nivelul deprelucrare al materiei. n construcia de maini,

2procesele tehnologice de fabricare urmresc dou scopuridistincte :

a - modificarea proprietilor fizico-chimice alematerialelor potrivit cerinelor;

b - modificarea formelor i dimensiunilor supra-feelor potrivit scopului urmrit.

ntre aceste dou caractere pe care le prezintprocesele tehnologice de fabricare exist o foartestrns interdependen ceea ce face ca n procesul defabricare acestea s nu se poat separa.

Procesele tehnologice de fabricare pot fi:a - de elaborare, care se efectueaz pentru

extragerea metalelor din minereuri, pentru obinerea unormateriale metalice mai pure sau aliate printr-o seriespecific de prelucrri;

b - de confecionare, care se efectueaz pentruobinerea de materiale, semifabricate sau piese prinmodificarea formei, dimensiunilor i calitiisuprafeelor;

c - de tratament, care se efectueaz pentrumodificarea proprietilor fizico-chimice ale materia-lului n ntreaga sa seciune sau numai n zona desuprafa;

d - de suprafaare, prelucrare ce se efectueazpentru realizarea unui strat de suprafa cu proprietifizico-chimice diferite de cele ale materialu- lui debaz.

Procesele tehnologice se realizeaz prin aplicareadiferitelor metode tehnologice.

Metoda tehnologic este un mod sistematic iprincipal de prelucrare (prin turnare, tratament termic,deformare plastic, achiere, etc.) comun dintr-un punctde vedere esenial mai multor procedee tehnologice.

Procedeele tehnologice privesc mijloacele prin carese aplic o metod tehnologic i difer funcie deutilajul tehnologic, mediul de lucru, etc. De exemplu,metoda tehnologic de prelucrare prin achiere cuprindeprocedeele de prelucrare care au la baz acest modprincipal de prelucrare cum ar fi: strunjirea, frezarea,rabotarea, broarea, rectificarea, etc. a cror diferenconst de cele mai multe ori n tipul de main-unealtutilizat, scule, etc.

Procedeul tehnologic de fabricare este constituitdin operaii care se realizeaz succesiv sau n paralelasupra materiei. Operaia este o parte ordonat, binedefinit i limitat n timp, efectuat de un operatorsau o formaie la un singur loc de munc, asupra unuiasau mai multor materiale aflate n prelucrare. Deosebireantre mai multe operaii ale aceluiai procedeu deprelucrare const, de cele mai multe ori, n tipulprelucrrii elementare efectuate, n tipurile de scule

3utilizate, etc. Se poate spune astfel c procedeultehnologic de prelucrare prin strunjire este constituitdin urmtoarele prelucrri elementare: strunjirecilindric exterioar, strunjire cilindric interioar,filetare, strunjire plan, etc., care se constituie dreptoperaii de strunjire.

1.2.Clasificarea materialelor utilizate n industriaconstructoare de maini

Exigenele crescnde ale industriei constructoare demaini impun elaborarea i utilizarea unei game extrem dedivers de materiale care s asigure fiabilitateaproduselor n timpul exploatrii. Clasificarea acestormateriale se face n mod obinuit dup natura iproprietile acestora, conform schemei prezentate nfig.1.

Fig. 1 Clasificarea materialelor solide cu destinaie tehnic

Pentru inginerii-economiti n industriaconstructoare de maini disciplina Studiul i TehnologiaMaterialelor urmrete s le asigure cunotinele tehniceprivind structura, proprietile tehnologice i deutilizare ale materialelor folosite n mod curent nindustrie, legtura ntre structur i proprieti,

METALE I ALIAJE CERAMIC I MINERALE

STICLENEMETALICEI METALICE

LEMNUL IDERIVATELE

SALE

MASE PLASTICE MATERIALE COMPOZITE

4Feroase OeluriFonte

Neferoase

Cu ialiajele sale

Al ialiajele sale

Zn ialiajele sale

Cr ialiajele sale

Ag ialiajele sale

Metalice Mo ialiajele sale

Ni ialiajele sale

Pb ialiajele sale

Sn ialiajele saleW i aliajele

saleTi i

aliajele saleEtc.

Cu matricemetalic

MATERIALE CompoziteCu matricenemetalic

Lemnul iderivatele

saleHrtia iderivatele

saleBazaltul iderivatele

saleSticla iderivatele

saleMaterialeceramiceLacuri ivopsele

Nemetalice LubrifianiAdezivi

Mase plasticeFibre de CFibre de BSubst.

DecapanteSubsta.

AnticoroziveAlte

materiale

5Fig. 2 Clasificarea materialelor folosite n industriaconstructoare de mainiposibilitatea modificrii convenabile a acestora n aafel nct s satisfac att exigenele tehnice ct i pecele economice. Aceste cunotine vor servi la stabilireacriteriilor de alegere i utilizare a materialelor ndomeniul att de divers al construciilor mecanice, etapdeosebit de important a procesului de fabricaie.

1.3. Criterii generale de alegere a materialelor nindustria constructoare de maini i aparate

Dat fiind diversitatea materialelor utilizate nindustrie, alegerea unui material pentru fabricarea unuiprodus trebuie s respecte o serie de criterii, care nordinea importanei lor sunt:a) criteriul funcional, conform cruia, pentru

fabricarea unui produs se aleg materialele capabile si asigure rezistena impus de condiiile desolicitare;

b) criteriul tehnologic, conform cruia din grupamaterialelor care satisfac criteriul rezistenei seprefer materialele care pot fi prelucrate printehnologii clasice;

c) criteriul economic, conform cruia, dintrematerialele care satisfac primele dou criterii, sealeg materialele ce asigur fiabilitatea produsului lagabarite care se ncadreaz n ansamblul n careurmeaz a fi utilizate la costuri acceptabile;

d) criteriul socio-ecologic, conform cruia sunt depreferat materialele care n timpul prelucrrii sauutilizrii nu afecteaz negativ mediul ambiant i nupericliteaz sntatea operatorului.

Respectnd aceste criterii specialistul poate fisigur c alegerea materialului este corect nconformitate cu definiia modern a calitii, adic: Unprodus de calitate este produsul cel mai ieftin cecorespunde scopului pentru care a fost creat.

1.4. CRITERII DE ALEGERE A MATERIALELOR METALICE NCONSTRUCIA DE MAINI I APARATE

Inginerul, tehnicianul i oricare specialist nu poate, nmajoritatea cazurilor, s cunoasc la nivelul necesarproiectrii structura, complexul proprietilor ct icomportarea n condiii concrete a tuturor materialelor deinteres industrial. n aceast situaie se va apela n modsistematic la surse de informaii adecvate precum : manuale,cataloage ale diferiilor productori, standarde de stat, norme

6interne etc. n anumite cazuri se va apela la rezultatele unorncercri proprii, care vor fi interpretate prin prismapregtirii, experienei proprii i a reuitelor anterioare.Prin urmare se necesit un proces de selecie a materialelorindustriale i acesta va trebui s aib n vedere civafactori principali la alegerea acestora : propriti, rost,disponibilitate etc.

1.4.1. ALEGEREA MATERIALELOR INFLUENAT DE PROPRIETIFunciile ce trebuie ndeplinite de elementele ce compun

mainile i aparatele se asigur prin confecionarea lor dinmateriale adecvate. Spre exemplu, o main-unealt are batiuldin font cenuie dar elementele de transmitere a micrilordin oel aliat tratat termic. Alegerea se face n scopulasigurrii unui rol funcional timp indelungat bazat peproprietile intrinseci ale materialului i innd cont c sedispune de materiale din aceeai clas (metalice) sau clasediferite (metalice, ceramice etc.). Alegerea trebuie fcut pebaza unui complex de proprieti din care principalele suntcele mecanice, termice, chimice, electrice i tehnologice cti intercondiionarea reciproc.

Proprieti ca rezistena la rupere, rigiditatea sau stareasuprafeei condiioneaz utilizarea cu precdere a materialelordar, n anumite situaii alegerea poate fi hotrt deproprieti ca : conductivitate termic sau electric,rezistena la oc termic, refractaritate .a.m.d.

Eseniale pentru alegerea materialelor se consider :valoarea absolut a indicatorului de calitate considerat iconstana indicatorului dat n limitele unor intervale deincredere, definite prin probabiliti de ncredere adecvate.

Indicatorii de calitate pentru a caracteriza materialeletrebuie : s permit comportarea materialelor, s poat fiutilizai n calculele de proiectare, s poat fi determinain condiii uzinale. Din aceast cauz numai pentru aprecierea(caracterizarea) comportrii la solicitrile mecanice s-auelaborat o serie de ncercri mecanice diferite, caracterizateprin tipul deformaiilor, modul de aplicare al sarcinilor,temperatura de ncercare, mediul n care au loc etc. Dintreaceste ncercri, ncercarea static de rupere la traciune arecea mai larg rspndire datorit simplitii metodicii dencercare, dar i faptului c pune la dispoziie mrimi ce potcaracteriza uneori suficient un material. Dar aceast ncercare(ca i altele de altfel) are un caracter convenional ntructnu corespunde condiiilor de exploatare a pieselor.

Invariabilitatea proprietilor de material estecondiionat de reproductibilitatea materiilor prime iproceselor de prelucrare. Din acest considerent este util ca pelng valorile medii aritmetice ale ncercrilor s se

7precizeze abaterea standard a acestor rezultate (msur adispersiei statistice) sau coeficientul de variaie (raportulabaterii standard la valoarea medie).

1.4.2. ALEGEREA MATERIALULUI INFLUENAT DE COSTDatorit faptului c rolul funcional poate fi ndeplinit

de mai multe materiale, rmne ca cel mai universal criteriu dealegere a materialelor s fie criteriul economic, exprimat princost n valoare absolut sau relativ. Tehnologic, acestcriteriu se concretizeaz n analiza indicatorilor deprelucrabilitate i respectiv siguran n exploatare(functionare) a materialelor supuse opiunii. Reducereacostului prelucrrii este condiionat de proprietiletehnologice (prelucrabilitatea) ale materialului, ct i decaracterul produciei, aceasta n primul caz, n cel de aldoilea intervin probabilitatea funcionrii fr defecte ct tdurabilitatea n exploatare.

Tendina de rupere fragil (deseori imprevizibil) esteprincipalul factor limitativ care intervine i justificcheltuieli suplimentare n vederea elaborrii mai ngrijite amaterialelor (n special metalice). Uneori se justiticeconomic utilizarea unor aliaje sau pseudoaliaje foarte scumpesau cu baza din materiale nobile sau deficitare.

Desigur costul materialului trebuie privit ntr-un contextmai larg, n sensul posibilitilor de reproiectare avantajoas(tehnologic i constructiv) a produsului n care se conine,ct i a eliminrii unui numr din coeficieni de siguranfolosii n mod curent.

1.4.3. ALEGEREA MATERIALULUI FUNCIE DE DISPONIBILITATEDisponibilitatea este condiionat de existena materiilor

prime i a materialelor ct i de productorii materialuluirespectiv. Pe piaa internaional disponibilitatea esteconsecia direct a raportului cerere-ofert i cu implicaieasupra preului de vnzare. Materialele considerate strategicese vnd n restricii i speculaii.

Pe plan intern valorificarea resurselor proprii are oimportan capital de unde i preocuparea permanent isusinut a nlocuirii materialelor din import ct i a celordeficitare. n caz de necesitate se prefer import de materiiprime celor de semifabricate i produse finite. Spre exemplubaza de materii prime, gaze naturale, a condiionat dezvoltarearapid a industriei chimice i diversifisarea produselor.

1.4.4. ALEGEREA MATERIALULUI FUNCIE DE DESTINAIEAlegerea celui mai potrivit material pentru confecionarea

piesei sau egregatului n care se va regsi se poate face numaidup o analiz detaliat a condiiilor concrete de exploatare

8n care s se considere toi factorii de influen momentan ide durat. n cazul astronauticii, de exemplu, i se acord oatenie deosebit reducerii maselor prin folosirea materialelorcompuse (consolidate). n cazul navelor se prefer placareadect materialele monolit rezistente la coroziune (se are decin vedere economicul concomitent cu durabilitatea).

1.4.5. INFLUENA PRELUCRABILITII ASUPRA ALEGERIIMATERIALULUI

Tehnologiile de prelucrare i ndeosebi comportrilematerialului la diferite solicitri, ct i influenaprelucrrii asupra proprietilor i costului prelucrrii,trebuie s fie bine cunoscute oriicrui proiectant itehnolog. n alegerea materialului un criteriu conductor estei problema toleranelor ce pot fi aplicate funcie deprelucrabilitatea acestora. Spre exemplu realizarea din turnarea orificiilor cu aplicarea unor tolerane de conicitate.

1.4.6. INFLUENA SIGURANEI DE FUNCIONARE ASUPRA ALEGERIIMATERIALULUI

La alegerea materialelor se au n vedere modificrile ntimp a proprietilor acestuia n condiii date de exploataresub influena factorilor mediului (radiaii, temperatur,presiune, ageni corozivi etc.), care conduc la afectareasiguranei n exploatare (funcionare) i trebuie avute nvedere la proiectare.

1.4.7. ALEGEREA MATERIALULUI FUNCIE DE NOCIVITATEA LUICunoscnd efectele nocive ale unor substane este necesar

s se evite folosirea acestora sau s se reduc efectele lorpn la limita siguranei n exploatare. n cazul cnd nu secunosc bine efectele nocive a unor substane (mase plastice,pulberi fine etc.) se va cuta evitarea acestora. n toatecazurile posibile se evit prezena n agregate sau medii amaterialelor inflamabile, explozive, radioactive etc. i n cazde necesitate se vor prevedea msuri de protecie adecvate.

n concluzie se observ c la alegerea unui materialconcur muli factori pe care trebuie s-i avem n vedere larealizarea unei soluii constructiv-funcional dat. nfabricaia actual i aproape sigur i n deceniile urmtoaredrept material de baz n construcia de maini, instalaii iaparate vor rmne aliajele feroase - oelurile i fontele. Dinaceast cauz trebuie avut n vedere reducerea substanial aconsumurilor i n primul rnd prin utilizarea unor tehnologiimoderne (deformri plastice n locul prelevrii prin achiere),soluii constructive noi care s permit obinerea pieselorprin turnarea de precizie, matriarea metalului lichid,extrudare, deformare prin explozie etc. Trebuie combtut

9tendina de supradimensionare, tendina de siguran excesivcu consecine economice dezastruoase. Se pare c progresele dinsiderurgie nu sunt judicios exploatate n utilizarea oelurilorcare asigur o constan a proprietilor i pot fi supusetratamentelor termice adecvate.

n practic trebuie urmrit nu utilizarea maxim amaterialelor, ci cea optim, adic, colaborarea laborator-proiectant-tehnolog.

Apariia de noi materiale, cu caracteristici diferite,ngreuneaz i mai mult alegerea celui mai corespunztormaterial i necesit prelucrarea creatoare a datelor legate deidentitatea acestora.

Dimensionarea clasic bazat pe adoptarea tensiuniloradmisibile stabilite prin ncercri clasice (tensiunemonoaxial) s-a dovedit de multe ori greit fie i din cauzaapariiei tensiunilor multiaxiale divergente. n acest caz suntnecesare msurri electrotensometrice n cadrul unei probe deexploatare care evideniaz regimul de solicitare ct mai real.n cursul probei se pot stabili riguros frecvenelencrcrilor de diferite intensiti i se poate reconsideradimensionarea pentru o mai jurdicioas ulilizare a materialelormetalice.

Asigurarea durabilitii se face i prin asigurarearezistenei la uzare i coroziune greu de exprimat cifric.Uzarea se combate prin aplicarea tratamentelor de suprafanoi (borurarea, pulverizarea cu plasm) sau depunerea gazoasde materiale dure pe aliaje dure.

Totalitatea cerinelor (funcionarea, exploatarea,prelucrarea etc.) formeaz baza (matricea) de proprieti itrebuie s conin proprieti msurabile care s permitalegerea materialului corespunztor. Alegerea se face princompararea bazei cu proprietile materialelor disponibile. ncazul cnd materialul cerut nu exist sunt necesare cercetrii ncercri pentru elaborarea de noi materiale.

BIBLIOGRAFIE1. Mitelea Ion Selecia i utilizarea materialelor

inginereti, Editura Politehnic, Timioara 19982. Alexandru Ioan, .a. Alegerea i utilizarea

materialelor metalice, E.D.P., Bucureti 19973. Geru Nicolae, .a. Materiale metalice. Structur,

proprieti, utilizri, E.T., Bucureti 1985

C10