Materiale folosite n construcia echipamentelor tehnice din industria alimentar i agricultur

1. Materiale de baz folosite n construcia echipamentelor tehnice din industria alimentar i agricultur

1. Materiale de baz folosite n construcia echipamentelor tehnice din industria alimentar i agricultur

1. MATERIALE DE BAZ FOLOSITE N CONSTRUCIA ECHIPAMENTELOR TEHNICE DIN INDUSTRIA ALIMENTAR I AGRICULTUR 1.1. Aspecte generale

Sub denumirea de produse agroalimentare se recunosc toate produsele de origine vegetal sau animalier, ncepnd cu cele aflate n procesele de recoltare, cele care sunt supuse prelucrrilor primare sau proceselor tehnologice complexe, precum i cele aduse n stare finit pentru ambalare i consum. n toate situaiile se utilizeaz o gam extrem de larg de echipamente tehnologice specifice, unele de mare complexitate tehnic, crora li se impun la proiectare i execuie condiii general-valabile pentru toate sistemele tehnice (fiabilitate i mentenabilitate, costuri de fabricare i ntreinere, siguran n exploatare etc.), dar i o mulime de restricii suplimentare, care urmresc evitarea degradrii fizice i chimice a materiilor prime biologice, n scopul pstrrii caracteristicilor naturale definitorii ale acestora. Pentru ndeplinirea simultan a acestor cerine proiectanii i fabricanii utilajelor din aceast categorie sunt obligai s apeleze la materiale i semifabricate de o mare diversitate, capabile s satisfac n condiii optime att cerinele tehnice, ct i pe cele economice. Pe baza cunoaterii temeinice a restriciilor impuse prin legislaia naional i european n legtur cu limitele interaciunii ntre elementele active ale echipamentelor tehnice i materiile prime agroalimentare, pe de o parte, precum i a caracteristicilor diferitelor materiale accesibile proiectanilor i tehnologilor, pe de alt parte, se pot obine soluii tehnico-economice optime n orice situaie concret.Din punct de vedere tehnic, materialelor folosite n construcia utilajelor tehnologice din acest domeniu li se cer performane superioare legate de rezistena la diferite solicitri, comportament bun n limite largi de temperaturi (inclusiv negative), rezisten la uzrile de orice fel, prelucrabilitate bun, tenacitate etc. Restriciile provenite din partea produselor agroalimentare vizeaz, n primul rnd, evitarea reaciilor chimice i satisfacerea cerinelor igienico-sanitare tot mai complexe. Utilizarea exclusiv a unor oeluri aliate, chiar i n situaii fr cerine exprese, nseamn costuri de fabricaie foarte mari i nejustificate. n foarte multe situaii materialele metalice pot fi nlocuite cu succes de ctre materiale nemetalice, mai ieftine i mai uor de prelucrat.

1.2. Materiale metalice i proprietile lor

Dintre cele 144 elemente descoperite (109 denumite) i cuprinse n sistemul periodic, circa 80 au proprieti metalice, dar dintre acestea numai o parte (2025) sunt utilizabile ca materiale metalice. n stadiul actual al produciei industriale metalele se pot grupa n:

metale de uz general, comune: Fe, Ni, Al, Cu, Pb, Zn, Mg, Sn etc.; metale de aliere: Cr, Mn, Si, Mo, Ti, Zr, Nb, Ta, Sb etc.

Metalele au proprieti cu totul specifice datorate forelor de legtur speciale dintre atomii dispui n forme geometrice spaiale regulate (reele cristaline). Practic, toate metalele sunt mai mult sau mai puin impurificate de elemente strine, metalice sau nemetalice, accidental (gaze, zgur) sau adugate intenionat (alte metale n cantiti de peste 0,01%). Acestea, n majoritatea utilizrilor, nu deranjeaz, ci dimpotriv, n cazul celor adugate intenionat n cantiti controlate, mbuntesc proprietile metalului de baz (prin aliere). n acest fel apar aliajele, materiale complexe, constituite din dou sau mai multe elemente (componeni metalici sau nemetalici) n diferite proporii, aparinnd unui sistem binar, ternar sau polinar. La scar microscopic, aliajele sunt alctuite din constitueni structurali omogeni, numii i faze (metale pure, soluii solide i compui intermetalici sau chimici) sau eterogeni, care sunt amestecuri mecanice de faze.

Proprietile fizico-mecanice ale aliajelor depind de proprietile constituenilor structurali, respectiv de natura fazelor de echilibru i de proporia lor n structur, precum i de imperfeciunile acestora, care apar ntotdeauna n structura (reeaua) policristalin real a materialelor metalice. Interes tehnic prezint n special aliajele, care constau, n majoritate, din soluie solid tenace, deformabil plastic.

Proprietile fizice ale materialelor se refer la conductibilitatea termic, conductibilitatea electric i proprietile magnetice, proprietile chimice au n vedere rezistena la coroziune i refractaritatea, proprietile mecanice includ rezistena la diferite solicitri, elasticitatea, comportarea plastic, tenacitatea, fragilitatea, duritatea, relaxarea, rezistena la oboseal, rezistena la uzare etc., iar proprietile tehnologice caracterizeaz modul lor de comportare la diferite metode de prelucrare: deformare plastic, turnare, sudare, achiere, tratamente termice etc.

Aceste proprieti depind n mare msur de compoziia i structura aliajelor, existnd o cert corelaie ntre acestea i diagramele de echilibru.

De exemplu, metalele pure au cea mai mare conductivitate termic [cal./cms oC], pe care ns impuritile o micoreaz. De asemenea, aceasta este mai redus pentru aliaje, micorndu-se mai pronunat n cazul formrii de soluii solide. n general, conductivitatea termic scade cu temperatura (la oeluri carbon 1200oC = 0,6320), dar n cazul unor oeluri aliate cu Cr, Ni, Mn, aceasta crete uor cu temperatura. Importan tehnic prezint i dilatarea termic a metalelor i aliajelor, exprimat prin coeficientul de dilatare termic [ mm/mm oC ] . Aliajele (cu excepia celor de Al) au coeficienii de dilatare termic mai mari dect metalele pure. Refractaritatea este proprietatea complex a metalelor i aliajelor de a rezista la temperaturi nalte la aciunea coroziv a gazelor (ndeosebi oxigen), respectiv de a nu forma la suprafa straturi groase de oxizi, de a-i pstra o rezisten mecanic (n special la fluaj) ct mai ridicat i de a nu prezenta modificri dimensionale inacceptabile. Aceasta se obine prin alierea (nalt) cu Cr, Al, Si i Ni (foarte rezistente i ca metale de baz), capabile s formeze pelicule de oxizi subiri, compacte, continue i aderente la suprafaa metalic din care provin.

n legtur cu achiabilitatea materialelor se tie c oelurile cu 0,30,6%C au achiabilitatea bun, creterea coninutului de C impunnd reducerea vitezelor de achiere. De asemenea, coninuturi mai ridicate de S, P i Pb n oeluri i alame mbuntesc mult achiabilitatea. Durabilitatea sculelor n cazul achierii fontelor se reduce pe msur ce coninutul total de carbon crete i crete pentru coninuturi mai mari de Si (structur ferito-grafitic).

n acest mod se pot analiza toate proprietile materialelor metalice, proprieti verificate temeinic pe cale experimental.

Materialele metalice utilizate n construcia utilajelor tehnologice pentru manipularea i procesarea produselor agroalimentare pot fi grupate n cteva categorii importante:

materiale cu utilizare general; materiale rezistente la coroziune;

materiale rezistente la temperaturi nalte (refractare); materiale rezistente la temperaturi joase (criogenice); materiale cu elasticitate mare; materiale rezistente la uzare; materiale de adaos pentru mbinri sudate; materiale electrotehnice etc.

n fiecare categorie sunt incluse numeroase materiale, care, la rndul lor, se grupeaz n oeluri, fonte, aliaje neferoase i materiale sintetizate.1.3. Materiale metalice cu utilizare general

Cele mai ntrebuinate materiale metalice de uz general sunt aliajele fierului, respectiv oelurile (care conin practic pn la 1,5%C) i fontele (care pot conine pn la 4,5%C). Proprietile mecanice ale aliajelor feroase se pot modifica n limite largi, n mai mare msur dect n cazul altor materiale, prin diverse elemente de aliere i tratamente termice. De asemenea, materialele feroase pot fi prelucrate aproape prin toate procedeele tehnologice cunoscute i de cele mai multe ori pot fi refolosite. Fierul industrial conine ntotdeauna C ca element nsoitor, provenit din procesul de elaborare, unele elemente adugate n mod intenionat ca Si i Mn, iar ca impuriti P i S.

1.3.1. Oelurile

Se clasific dup mai multe criterii:

dup calitate ( ale compoziiei STAS R7171): oeluri carbon, oeluri slab aliate i oeluri aliate (medii i nalt aliate);

dup utilizare: oeluri carbon sau aliate de construcii (cu 0,08...0,65%C), oeluri de cementare (0,080,25%C) i oeluri de mbuntire (0,3...0,65%C); oeluri carbon sau aliate de scule (0,651,5%C); oeluri aliate cu propieti fizice, chimice, mecanice sau tehnologice deosebite (oeluri speciale);

dup natura semifabricatelor: oeluri turnate n piese i oeluri deformate plastic (la cald sau rece);

dup structur: oeluri hipo - eutectoide (0,08...1,5...2%C)1.3.1.1. Oelurile carbon obinuite (de uz general)Aceste oeluri conin n mod voit doar Fe i C, precum i Mn, Si sau Al provenite din procesul de elaborare, dar i impuriti (S,P,O,N,H), ale cror coninuturi maxime sunt limitate n funcie de calitatea i domeniul de utilizare al oelului. Oelurile carbon obinuite formeaz cea mai important grup de materiale folosit n construcia de maini agricole, tractoare, instalaii de transportat i ridicat etc. Sunt materiale tenace, rezistena lor fiind nsoit de deformabilitate plastic, avnd ca inconvenient principal, n comparaie cu alte aliaje tenace i rezistente (aluminiul, aliaje de Ti), greutatea specific mare. Caracteristicile lor de rezisten mecanic cresc, iar cele de plasticitate scad cu coninutul de C. Oelurile cele mai rezistente sunt cele eutectoide (perlitice), care sunt cele mai frecvent utilizate ca oeluri de scule, dar pot fi folosite i ca oeluri de construcie, crora li se cer proprieti mecanice ridicate. Oelurile carbon obinuite au pn la 0,6%C, sunt nealiate, iar ca excepii slab aliate cu Mn (OL 44) sau cu Mn, Si i V (OL 52), disponibile sub form de laminate (bare STAS 333; 334; 395, table STAS 505;901, benzi STAS 908; 9236, srme STAS 563 i evi), forjate (bare STAS 11519/11520 etc.) Se utilizeaz netratate termic (eventual normalizate, iar cele forjate recoapte), n construcii de maini, pentru construcii metalice etc., solicitate static, la temperaturi cuprinse ntre 40o i 300oC. Se simbolizeaz prin OL (L laminat), urmate de cifrele care ridica rezistena minim de rupere la traciune, n daN/mm2. Aceste oeluri sunt ieftine, uor achiabile, sunt moi, au o foarte bun deformabilitate plastic i o bun sudabilitate.Oelurile carbon obinuite sunt elaborate cu diferite grade de dezoxidare, ne (n), semi (s) i calmate (k), i n patru clase de calitate (14), dup garaniile de livrare, conform STAS 500/2.

Oelurile carbon obinuite sunt utilizate n funcie de caracteristicile lor de rezisten i de prelucrabilitate garantate, innd ns seama i de urmtoarele: calitatea 1 corespunde pentru construcii metalice mbinate prin nituri sau uruburi (OL 30, pentru piese fr pretenii, ca plci pentru acoperire, balustrade etc.); pentru construcii sudate calitatea se alege (de obicei 2, 3 sau 4) n funcie de periculozitate, iar pentru elemente de construcie deformate plastic la rece - n funcie de gradul de deformare, grosimea semifabricatului i temperatura de exploatare (STAS R 8542).

ntre caracteristicile mecanice ale oelurilor carbon de uz general i rezistena la rupere, la traciune Rm se pot lua n considerare, orientativ, corelaiile artate n tabelul 1.1.Tabelul 1.1Caracteristici mecanice ale oelurilor carbon de uz general

Carac- teristicaCoeficientul de multiplicare

Durita-

tea, HBLimita de curgere aparent, Re(Rp)Limita de curgere la torsiune, cRezistena la rupere la:

Forfe-care, rfRsu- cire, rncovo- iere alternant simetric, -1Traciune alternant simetric, -1 tRsucire alternant simetric, -1ncovo- iere pulsato-

rie, 0Traciu-

ne pulsatorie, 0tRsucire pulsatorie, 0

Rmx2,850,550,750,350,450,70,80,850,50,60,60,90,230,750,90,91,30,40,5

Coninutul de carbon nrutete capacitatea de deformare plastic la rece. Pentru matriare complex sunt recomandate oeluri cu maximum 0,08%C; pentru ambutisare este indicat oelul OL 32, care satisface condiia unui coninut mic de carbon. La coninuturi de 0,150,30%C (OL 37 (42), OL 44 (52)) se pot executa numai ndoiri i ambutisri mai puin accentuate; pentru ndoiri mai accentuate se impune C 35 mm trebuie prenclzite (la 100o300oC) nainte i eventual detensionate dup sudare.

Utilizrile specifice oelurilor carbon obinuite sunt indicate orientativ n tabelul 1.2. Concomitent sunt precizate i oelurile carbon de calitate care pot fi nlocuite cu bune rezultate de unele oeluri carbon obinuite calmate, cu coninuturi mai sczute de S i P, tratate termic (termochimic).Tabelul 1.2

Utilizri ale oelurilor carbon obinuiteMarcaExemple de utilizri

OL 30Construcii metalice de mic importan ca: table, plci de fundaii, parapete, balustrade, bride, flane i mantale pentru recipiente de presiune redus, evi i mufe pentru instalaii etc.

OL 32

OL 34Piese ambutisate la rece sau la cald, piese tanate, piese cu tenacitate ridicat, solicitate moderat la temperatur normal, ca: uruburi brute, inele de strngere, tirani, nituri, lanuri sudate i calibrate, armturi, piese pentru maini agricole (suporturi, clichei, ciocane), rondele, uruburi de fundaii; n construcii metalice sudate, ca: suporturi, rame, carcase, cutii, capace, flane, mantale, inele de etanare, cuie, crlige de macara etc.

OL 37

(OLC15)

(OLC20)Piese de mic importan sau prelucrate la rece (uruburi, piulie, nituri, tirani, crlige, buce), carcase; organe de maini slab solicitate (piese pentru maini agricole, melci, osii, boluri etc.), care se pot cementa;construcii sudate mediu solicitate static sau la oboseal, cu concentrare redus a tensiunilor: suporturi, lagre, cutii i reductoare de turaii, rezervoare, stlpi, poduri, recipiente, ferme.

OL 42 (OLC 25)La fel ca i OL 37, dar pentru solicitri mai mari, organe de maini supuse la solicitri variabile i oc, ca: biele, manivele, organe pentru transmiterea micrii de rotaie, arbori i osii cu elasticitate redus; piese cu solicitri nu prea mari, ca: roi dinate cilindrice cu dini drepi, piese filetate, piese pentru construcii metalice (suporturi, flane, recipiente etc.)

OL 44Construcii mecanice sau metalice puternic solicitate static sau dinamic la temperaturi normale sau negative, cu pericol de rupere fragil; organe de maini, boluri, carcase, structuri (grinzi, poduri, portaluri), recipiente sub presiune etc.

OL 50 (OLC 35)Piese mecanice solicitate mediu, static sau dinamic, organe de maini pentru mecanisme de transmitere, arbori drepi i cotii , arbori pentru turbine i alte organe cu micri rapide, osii, pinioane, tije, prghii, uruburi de precizie, flane, suporturi pentru rulmeni, volani, mantale de recipiente, crlige pentru macarale, menghine de mn, scule de capacitate mic; construcii metalice: batiuri sudate, mantale, capace, cutii, carcase, blocuri, tirani etc. .

OL 52Construcii mecanice i metalice sudate, cu greutate redus, puternic solicitate static sau dinamic, la temperaturi negative, cu pericol mare de rupere fragil (batiuri, carcase, reductoare, cutii, grinzi, poduri)

OL 60 (OLC 45)La fel ca OL 50, dar pentru solicitri mai mari, n special piese cu raportul volum/greutate mic; piese puternic solicitate, ndeosebi la presiunea de contact: roi dinate, melci, ghidaje, boluri de centrare, fusuri de prese, uruburi speciale de presiune, pene, roi de lan etc.

OL 70 (OLC 55)Piese solicitate dinamic sau la uzare intens; osii, arbori rigizi, organe de distribuie neclite; roi dinate, cuplaje, pene; scule dure neclite: matrie, filiere, dornuri de presare, valuri, mandrine, ciocane etc.

1.3.1.2. Oelurile carbon de calitate i slab aliate Acestea sunt oeluri nealiate cu compoziie chimic i proprieti mecanice garantate (oelurile carbon de calitate) conform STAS 880 sau care conin elemente de aliere introduse voit n compoziie, n care suma total a acestor elemente este sub 5% (slab aliate).

Oelurile carbon de calitate se utilizeaz, n general, tratate termic sau termochimic, n construcia de maini pentru piese mai puternic solicitate mecanic (inclusiv la ocuri). Se simbolizeaz OLC (C-de calitate), urmate de cifrele reprezentnd coninutul de carbon, n sutimi de procente. n funcie de caracteristicile prescrise sunt oeluri de calitate propriu-zise i superioare, iar n funcie de tratamentul termic aplicat, pentru cementare i pentru mbuntire. Cele superioare (OLC 10XOLC 60X) au proprieti mai bune (max. 0,035% S i P fiecare; adncime minim de clire garantat). Oelurile carbon de calitate sunt disponibile ca semifabricate deformate plastic-aceleai ca i din oeluri carbon, n plus doar pentru OLC: bare laminate, STAS 6433, srme, STAS 893 i STAS 1298 etc.

Oelurile aliate de construcie se simbolizeaz prin cifre care ridic coninutul de C (n sutimi de %), urmate de simbolurile elementelor de aliere n ordinea crescnd a coninutului sau importanei i alte cifre care reprezint coninutul (n zecimi de % ) elementului principal de aliere (cel anterior acestor ultime cifre). De exemplu: 34 Mo Cr Ni 15 conine 0,34% C i 1,5%Ni. Oelurile aliate sunt disponibile deformate plastic la cald, de regul n laminate (bare, STAS 333/4, STAS 395, STAS 6433; benzi STAS 8430; srm STAS 563) sau pentru forjare (STAS 463). Pot fi obinuite sau superioare (notate n plus cu X la urm).

Oelurile pentru cementare trebuie supuse carburrii la suprafa i ulterior clirii i unei reveniri joase, pentru a rezulta o structur martensitic dur la suprafa i miez tenace. n funcie de compoziia lor chimic pot fi: nealiate sau aliate cu Cr, Ni - Cr, Ni Mo. n mod obinuit oelurile de cementare nealiate, inclusiv marca 15Cr08(X) se clesc n ap, iar cele aliate n ulei. Cel mai convenabil i ieftin tratament termic ulterior aplicabil pieselor de importan mic este clirea direct la temperatura de cementare (900 9500C); aceasta se aplic oelurilor nealiate (OLC 10, OLC 15, STAS 880), crora li se cere doar rezisten la uzare, precum i oelurilor slab aliate, de tipul Cr Mn Ti (21Ti MnCr12(X) etc., STAS 791) sau Cr Mo (12MoCr10, STAS 11500/2). Se mai poate aplica o rcire n aer pn la circa 7600C i apoi clirea n ap, prin care se evit apariia unei structuri grosolane.

n cele mai multe cazuri ns piesele se rcesc lent de la temperatura de cementare la cea normal, aplicndu-li-se n fapt o normalizare; apoi se renclzesc la temperaturi peste 900oC i se clesc (cazul 18MnCr10, 16CrMn12, 20CrNi15). n cazul pieselor importante, dup cementare se aplic o clire dubl: prima de la temperaturi n jur de 900oC (n scopul finisrii structurii miezului) i a doua la temperaturi peste 760oC, pentru clirea corect i a stratului superficial (structur martensitic fin). n toate cazurile se aplic n final o revenire joas (stabilizarea martensitei).

Oelurile nealiate pentru cementare, n stare recoapt, sunt uor sudabile (prin topire), cele aliate ns trebuie prenclzite i, dup sudare, supuse recoacerii. Achiabilitatea cea mai favorabil o au oelurile n stare normalizat sau recoapt, cu structur mai grosolan. Deoarece adncimea de clire a oelurilor nealiate pentru cementare este mic, acestea pot fi utilizate pentru piese cu dimensiuni (diametre) de pn la 10 mm, n timp ce oelurile aliate (ex. 21TiMnCr12) pn la 80 mm, iar cele de tipul 13CrNi30, pentru dimensiuni i mai mari.

Utilizrile cele mai reprezentative ale oelurilor pentru cementare, nealiate i aliate sunt prezentate n tabelul 1.3.

Tabelul 1.3

Utilizri ale oelurilor de cementareMarcaSTASExemple de utilizri

OLC 10880Piese fr rezisten mare n miez: aibe, furci, tije, pene de ghidare, culbutori, supape, discuri, eclise, buce i role pentru lanuri; piese cu plasticitate mare: evi, aibe, inele de etanare, garnituri.

OLC 15Idem: boluri uruburi de micare, piulie, prghii, chei, pene de ghidare; buloane, uruburi, crlige, cuple.

15Cr08

17CrNiMo06791

11500/2Boluri de pistoane, culbutori, arbori cu came, axe de diferenial, buce, roi dinate, melci, instrumente de msurat.

18MnCr10

20MoNi35Boluri de pistoane, arbori cu came, roi dinate etc.

21(28)TiMnCr12

21MoMnCr12Piese cu rezisten static, tenacitate i rezisten la oboseal a miezului, supuse la presiuni mari i solicitate (variabil) mediu: roi dinate pentru maini grele, arbori etc.

13(20)CrNi30(15)

18MoCrNi13

16CrMn12Idem: roi dinate, arbori, pene etc.

20MoCrNi0617MoNi3511504Sape de foraj, burghie pentru spat gropi etc.

Oelurile de mbuntire servesc la obinerea concomitent a unei rezistene i tenaciti ridicate, fiind supuse unei cliri urmat de o revenire nalt (mbuntire). Pentru asigurarea unei duriti corespunztoare martensitice, coninutul lor de C trebuie s fie de 0,25 0,60%, iar n cazul unor seciuni mai mari ale pieselor se apeleaz la oeluri aliate (STAS 791). n funcie de compoziia lor chimic, oelurile de mbuntire sunt, n principiu, de cinci tipuri: nealiate, aliate cu Mn (- Si),cu Cr (- V), cu Cr Mo (-Al) i cu Ni Cr (- Mo).n afara tratamentului specific de mbuntire, acestor oeluri li se mai aplic recoacere de nmuiere (celor carbon: nclzire la 680 700oC i rcire n cuptor, obinndu-se HB = 150 240) i mai frecvent, normalizate.

Prezena manganului mbuntete clibilitatea (35Mn16X), dar cele aliate numai cu Mn formeaz structuri grosolane, motiv pentru care se adaug Si sau V (35MnSi12). Asemenea oeluri sunt mai rezistente la uzare, dar mai greu prelucrabile i au tendin de decarburare superficial.

Prezena cromului mbuntete clibilitatea, dar i plasticitatea. Adaosuri de Si i V (ex. 50VCr 11) amelioreaz proprietile dup mbuntire, aceste oeluri avnd, la aceleai dimensiuni, Rp0,2 superioare celorlalte oeluri aliate numai cu Cr.

Adaosul de molibden mbuntete n i mai mare msur clibilitatea dect Cr. Oelurile Cr Mo (ex. 33MoCr11) au caracteristici mecanice asemntoare oelurilor Cr V cu acelai coninut de C.

Nichelul mrete, nainte de toate, tenacitatea oelurilor pentru mbuntire.

Pn la C < 0,35% aceste oeluri se sudeaz bine, dar condiionat, necesitnd prenclzire i recoacere dup sudare prin topire. Achiabilitatea cea mai favorabil o au cele nealiate, cu pn la 0,45%C, precum i cele de tip 35Mn16 n stare normalizat. Pentru toate celelalte mrci este recomandabil o recoacere prealabil de nmuiere.Mare importan la alegerea oelurilor de mbuntire are i duritatea superficial, alturi de adncimea de clire ce trebuie obinut. Duritatea superficial realizabil crete cu coninutul de C, de la 51 57 HRC pentru circa 0,35% C (OLC 35 CS, 40Cr10CS STAS 10677, 33MoCr11) la 58 64 HRC pentru OLC 55 CS, 50VCr11. Oelurile nealiate sunt clibile pn la adncimi de circa 4 mm, iar cele aliate pn la circa 12 mm. Astfel de oeluri i gsesc utilizare n construcia vehiculelor (arbori, arbori cotii i cu came) mainilorunelte (roi dinate, arbori principali), roi pentru lanuri solicitate puternic, roi melcate etc.

O grup aparte a oelurilor pentru mbuntire o formeaz cele pentru nitrurare, care conin elemente de aliere (Al, Cr, Mo, V) ce formeaz nitruri speciale. Aceste oeluri sunt achiabile att dup recoacerea de nmuiere, ct i n stare mbuntit. Sudarea lor prin topire nu este ridicat.

n tabelul 1.4 sunt precizate domeniile de utilizare ale unor oeluri de mbuntire.

Tabelul 1.4Utilizri ale oelurilor de mbuntire

MarcaSTAS

OLC 25880Osii, buloane, manoane, flane, uruburi i alte piese mici

OLC 35Piese mai puternic solicitate: arbori cotii (de dimensiuni mici), biele, butuci (sudai) de roi, bandaje etc.

OLC 45Piese cu rezisten ridicat i tenacitate medie: discuri de turbine, arbori cotii, biele, coroane dinate, volani, roi cu clichet, flane, pene, melci, buloane i piulie pentru aparatur de nalt presiune etc.

OLC 45 XPiese cu rezisten i mai ridicat: arbori canelai, cremaliere, roi dinate, uruburi conductoare, prghii etc.

OLC 55Piese cu rezisten foarte ridicat, nesolicitate puternic la oc: pinioane, tije, came etc.

OLC 60Piese cu rezisten ridicat i elasticitate: excentrice, bandaje, arcuri, buce elastice, role de presiune etc.

OLC 60 XIdem: melci, coroane melcate, cuplaje, roi de curea, sectoare dinate, pene de ghidare etc.

35 Mn 16

35 MnSi 12791Piese solicitate la torsiune: arbori (netezi, cu caneluri, cotii), roi, came, lonjeroane, bandaje etc.

28 TiMnCr 12Piese cu rezisten (inclusiv la oboseal i uzare) i tenacitate, supuse la presiuni mari i solicitate (variabil) mediu: roi dinate (pentru maini grele), arbori (inclusiv cu came)

40(B)Cr 10Piese puternic solicitate n construcia de tractoare, maini autopropulsate etc.; roi de antrenare, arbori, tije d pistoane hidraulice, roi dinate (cianurate), supape de admisie etc.

50 VCr 11Idem: angrenaje, biele, came etc.

33 MoCr 11

41 MoCr 11781Idem cu seciune mare: rotoare de turbine, arbori pentru motoare cu ardere intern etc. ; piese solicitate superficial: arbori planetari, roi dinate, fuzete, biele, buloane , uruburi etc.

30(34)MoCrNi 20(15)Idem ,dar de dimensiuni i mai mari; piese solicitate la ocuri puternice: angrenaje mari etc.

38 MoCrAlo 9Piese de nalt rezisten (inclusiv la uzare), clibile i nitrurabile: roi dinate, arbori, arbori de distribuie, cmi de cilindri hidraulici, tije de supape, role, buce etc.

Pentru piese de dimensiuni mai mici se recomand oelurile de tipul 38 MoCrA109, acesta fiind i stabil dup revenire i rezistent la temperaturi nalte. Un astfel de oel are dup nitrurare o duritate superficial de circa 900 HV i Rp0,2 60 daN/mm2 la 80 mm.

1.3.1.3. Oelurile pentru turnare n piese Aceste oeluri sunt din punct de vedere tehnologic i economic mai avantajoase la piesele cu configuraie complicat dect cele executate prin forjare sau sudare. n pofida proprietilor n general sczute de turnare i a sensibilitii pronunate la rcire ale oelurilor, destul de numeroase oeluri nealiate (OT 400 OT 700 cifrele reprezentnd Rm min. n N/mm2, STAS 600) sau aliate (STAS 1773, simbolizate ca i cele prelucrate la cald, dar cu T nainte) se elaboreaz i se utilizeaz pentru turnare de piese.

Oelurile turnate, comparativ cu cele laminate, au rezistena (Rm 60 daN/mm2 n stare normalizat), plasticitatea i tenacitatea inferioare celor n direcia laminrii i uor superioare celor perpendiculare pe aceasta. Rezistenele la oboseal, la temperaturi nalte i la uzare sunt, de asemenea, sensibil inferioare celor ale oelurilor laminate.

Oelurile slab aliate (cel mai frecvent cu Mn, Cr, Ni, Mo, Si, V, Ti, la 0,3 0,4%C) sunt mai dificil de turnat (au temperaturi de topire i de turnare mai ridicate, fluiditate sczut, contracie mare la solidificare, segregaie major). Adaosurile de Mn, Si, Cu, V, P amelioreaz uor fluiditatea. Aceste oeluri se folosesc totui la turnarea n piese pentru proprietile lor mecanice superioare i bine echilibrate ce se obin n urma unor tratamente termice.

Oelurile turnate sunt sudabile (cele aliate numai cu prenclzire la 300 500oC), fiind posibil executarea unor construcii complexe prin sudarea mai multor piese turnate sau laminate. Domeniile de utilizare ale oelurilor nealiate (pentru temperaturi cuprinse ntre 10 2500C) sunt role pentru cabluri i lanuri, roi dinate, carcase de reductoare, corpuri de pompe, arbori cotii, flane, furci cardanice, etc., iar ale celor aliate: pentru piese rezistente la solicitri mecanice, la coroziune, la temperaturi nalte, la uzare etc.1.3.1.4. Oelurile pentru deformarea plastic la rece Acestea sunt oeluri carbon moi, cu maximum 0,1%C, disponibile sub form de table i benzi cu grosimi de 0,4 3,0 mm i diferite caliti. Conform STAS 9485 aceste oeluri sunt de urmtoarele mrci: A1, A2, A3, A4 i A5, fiecare recomandndu-se pentru anumite grade de deformare. Pentru ndoirea la rece a unor elemente (cu bun stabilitate a formei) de structuri portante ale materialului rulant i rutier se recomand oelurile cu raport Rp0,2/Rm mic, de exemplu oelul slab aliat L 42 STAS 11505.

1.3.1.5. Oelurile cu achiabilitate ridicat Aceste oeluri se utilizeaz la fabricarea pieselor mici, de serie foarte mare (mas), care se prelucreaz, de regul, pe maini unelte automate. Materialele fac parte din categoria oelurilor nealiate de cementare i mbuntire, care au coninuturi ridicate de S (0,01 0,3%) i P (0,04 0,15%) i care permit obinerea unei achiabiliti mai ridicate, cu viteze mari, de 50 70 m/min. i chiar pn la 130 m/min. Acestea sunt denumite oeluri pentru automate (STAS 1350), simbolizate AUT, urmate de cifrele reprezentnd coninutul de carbon sub 0,4 % - n sutimi de %. Se livreaz laminate la cald (bare STAS 333/4, STAS 6433) sau trase la rece.

Se mai utilizeaz oelurile aliate pentru automate, de exemplu, cu 0,15 0,30% Pb (OL56Pb, 38Cr05 Pb, STAS11521) care au i un efect lubrifiant, mrind durabilitatea sculelor pn la de 4 ori.

Oelurile pentru automate pot fi supuse acelorai tratamente termice (chiar regimuri) la care se supun oelurile de compoziii chimice similare, dar cu coninuturi sczute de S i P; astfel, mrcile AUT 12 i AUT 20 se pot cementa i cianura, iar AUT 30 i AUT 40M se pot mbunti prin clire i revenire nalt.

1.3.1.6. Oelurile cu nalt rezisten mecanic, sudabile Sunt oeluri slab aliate cu Mn, Si, Mo, Cr, Ni, V, Ti, Al etc. (max. 2% fiecare i sub 5% n total), caracterizate prin structur (granulaie) austenitic fin (STAS 9021) i Rm = 60 220 daN/mm2. Pentru asigurarea unei sudabiliti corespunztoare a oelurilor de nalt rezisten, coninutul de C echivalent se limiteaz la Ce 0,4%, iar grosimea maxim sudabil la 37 mm.

Din aceast categorie de materiale fac parte ndeosebi oelurile OL 52.3 (4) (STAS 500/2), OCS 52 OCS 58 (STAS 9021), 15Cr08, 13(18)CrNi30(20), 18MnCr10 (STAS 791), 17MoNi35 (STAS 11504), RV 52, R 58 (STAS 11502), 20Mn10 (STAS 11513), OCT 65 (STAS 8183 (5)).

Oelurile cu granulaie fin de tipul OCS sunt indicate mai ales pentru construcii metalice sudate (grinzi rulante, utilaje feroviare i auto, poduri etc.), permind o reducere sensibil a greutii acestora i a consumului de metal, prin comparaie cu utilizarea altor mrci de oeluri. Cu bune rezultate se utilizeaz aceste oeluri de batiuri, carcase, scheletele metalice ale transportoarelor etc.

O grup aparte de oeluri de construcie ultrarezistente o constituie oelurile de tip Maraging, nalt i complex aliate (cu 18 26% Ni, 8 10% Co, 3 5% Mo etc.), la care C 0,03%, cu structur martensitic i rezisten mecanic foarte ridicat (Rm = 220 250 daN/mm2). Prin tratamente termice specifice se asigur, plasticiti ridicate, sudabilitate bun, prelucrabilitate prin achiere i chiar turnabilitate satisfctoare. Astfel de materiale i gsesc aplicaii tot mai largi la realizarea pieselor solicitate puternic sau supuse la presiuni mari, ca: arbori de antrenare, rezervoare sub presiune, elemente ale cutiilor de viteze, angrenaje, pistoane etc.

Oelurile i tratamentele termice recomandate pentru organe de maini de uz general sunt indicate n tabelul 1.5.

Tabelul 1.5

Oeluri i tratamente termice recomandate pentru organe de maini de uz generalTipul organuluiOelurile i tratamentele termice recomandate

Organe de asamblare

Arbori canelai, arbori cu profil KOLC 20, 18MnCr1O, 18MoCrNi13, 13CrNi30 cianurate i ulterior tratate termic; OLC 45, 35Mnl6, 34MoCrNi15, 41MoCr11, 50VC11 mbuntite la 3545 HRC. Pentru reducerea deformaiilor se recomand clire izoterm la martensit, n bi de sruri cu temperatura de ~ 200 C.

Boluri, tifturiOL 37, OL 50...OL 70 netratate;

OLC 25...OLC 60 netratate termic sau mbuntite.

PeneOL 50. . .OL 70 netratate ;

OLC 35...OLC 60 netratate termic sau mbuntite.

PiulieOL 37...OL 60, AUT 12, OP 25 netratate; OLC 25...OLC 45, 35Mn16, 33MoCr11, 40Cr10, 41MoCr11, AUT 30, AUT 40 mbuntite .

uruburi (obinuite, buloane, prezoane, speciale etc.)Idem cu piuliele (ecxepie OP 25);

OLC 25, OLC 35 cianurate i clite la 56...62 HRC.

aibe, rondele (brute, obinuite, speciale)OL 34, OL 37 netratate.

Organe n micare de rotaie

CuplajeOL 60, OL 70 netratate;

OT 550, OT 600 tratate termic.

Arbori cu flane dintr-o bucat pentru cuplaje rigideOLC 35, OLC 45, 40Cr1O, 41MoCr11 mbuntite la 30-40 HRC; OL 50, OL 60 normalizate.

Discuri de turbine cu abur sau gazeOLC 45, 40Cr10, 33MoCr11, 34MoCrNi15 mbuntite.

Arbori, osii (bare de torsiune, axe auto, osii de vagoane), arbori cardanici i planetari fuzete,arbori melcai, principali etc)OLC 35... OLC 50, 35Mn16, 40Cr1O, 41MoCr11, 34MoCrNi15, 21MoMnCr12, 18MoCr1O, 28TiMnCr12 mbuntite, cu eventual clire superficial a fusurilor.

Arbori cotiiOL 50, OL 60, OLC 45, OLC 60, 35Mn16, 40Cr1O mbuntite la 2030 HRC, fusurile clite superficial (2 5 mm).

Came, arbori cu carneOLC 15, OLC 20, 15Cr08, 13CrNi30, 21MoMnCr12 cementate i clite;OLC 45, 40Cr1O, 35Mn16 mbuntite i clite superficial.

Se mai pot utiliza fonte aliate mbuntite sau normalizate i clite superficial.

Organe cu micare de translaie

Supape de admisie, de evacuare (scaune, tije)OLC 45, 40Cr10, 41CrNi12 mbuntite;38MoCrAl 09.

Tipul organuluiOelurile i tratamentele termice recomandate

Boluri de capete de cruce, de pistoaneOLC 10, OLC 15, 15Cr08, 15CrNi15.

Pistoane, capete de pistoaneOL 50, OLC 35 forjate, eventual mbuntite; OT 550.

Tije de legturOL 50, OL 60, OLC 35, OLC 45, 40Cr1O, 50VCr11.

Cmi de cilindru38MoCrAl 09 nitrurat; oel turnat; font cenuie.

GhidajeOeluri carbon de mbuntire clite (total sau superficial) ; font cenuie clit superficial.

Organe ale transmisiilor mecanice

Roi dinate: foarte greu solicitate (viteze periferice mari ~ 12 m/s i ncrcri specifice mari, combinate cu ocuri); greu solicitate (viteze i presiuni mari; ocuri); mediu solicitate (viteze medii ~ 8...12 m/s, presiuni mari; ocuri);

mediu solicitate (viteze medii i mici ~ 4 ...8 m/s, presiuni mari, fr ocuri); slab solicitate (viteze medii ~ 6...12 m/s, presiuni mici, ocuri); slab solicitate (viteze mici < 6 m/s, presiuni mici, cu sau fr ocuri);

13CrNi30, 18MoCrNil3, 20MoNi35, 21MoMnCrl2, 21TiMnCrl2 cementate (> 1,5 mm) i clite (58...62 HRC la suprafa i 30...40 HRC n miez).18MoCrNil3, 18MnCrlO, 15Cr08 cementate (1 ... 1,5 mm) sau carbonitrurate (0,6...0,8 mm) i clite (55...60 HRC la suprafa i 20...30 HRC n miez).

OLC 45, 40Crl0, 41MoCrll mbuntite (30...35 HRC) i clite superficial (50...55 HRC).40Crl0, 50VCrll, 41MoCrll mbuntite (45...50 HRC); ev. cianurate (0,2...0,3 mm), clite direct i revenite jos (55 HRC la suprafa i 40...45 HRC n miez) ; mbuntite (40...45 HRC) i clite superficial (52...56 HRC)OLC 15, OLC 20 cementate (0,6...1 mm) i clite (55...60 HRC la suprafa); carbonitrurate (0,4 ... 0,6 mm) i clite direct.OLC 45, 35Mnl6, 40Crl0, 35MnSil2 mbuntite (20...25 HRC) ;Oeluri carbon sau aliate turnate.

Melci (arbori melcai)13CrNi30, 21MoMnCr12 clite i revenite (58...63 HRC);OLC 45, 40Cr1O, 41CrNi12 clite i revenite (45...55 HRC).

EcliseOLC 45, 40Cr1O, 50VCr11 mbuntite (40...50 HRC).

Tipul organuluiOelurile i tratamentele termice recomandate

Role(buce), boluriOLC 15, OLC 20, 15Cr08, 18MnCr1O, 21MoMnCr12.

Organe de transformare a micrii

Biele(capete)OLC 25. . .OLC 45, 35Mn16, 40Cr1O, 50VCr11, 33MoCr11, 41CrNi12 mbuntite (210...280 HB).

Buloane de biel35Mn16, 33MoCr11, 40Cr10, 41CrNi12, 34MoCrNi15 mbuntite (27...37 HRC).

1.3.1.7. Oelurile microaliate i de nlocuireAceste oeluri se utilizeaz tot mai mult n construcia echipamentelor tehnice n locul unor materiale mult mai scumpe. Oelurile microaliate i de nlocuire au elemente de aliere n proporii foarte mici (sutimi sau miimi de %), care micoreaz granulaia i mbuntesc clibilitatea.

De exemplu, oelurile microaliate cu V (0,01 0,03%), clite i revenite nalt, au duritatea, Rm i Rp0,2 mult superioare oelurilor similare fr V. Astfel OL 52.3(4) cu circa 0,03% V i 0,006% N are pe lng Rp0,2 uor mrit, tenacitate i durabilitate mbuntite. Asemntoare sunt i oelurile microaliate cu Nb, Ti etc.

Bune rezultate dau oelurile microaliate cu B (0,0015 0,005%). Prezena unui adaos de 0,001% B (n 40BCr10, STAS 791) confer aceeai clibilitate ca i 1,33% Ni + 3,1% Cr + 0,04% Mo, economisindu-se astfel elemente de aliere scumpe, deficitare i mbuntindu-se concomitent proprietile mecanice ale oelurilor. Astfel, oelul pentru cementare microaliat cu 0,002 0,005% B (20MnB5, STAS 11511), avnd i 0,8 1,1% Cr are clibilitatea i rezistena mecanic superioare oelului cu 1, 65 2,0% Ni i 0,2 0,3% Mo.

Oelurile aliate de nlocuire, cu adaosuri mai mari de Cr i Mn permit economisirea substanial a Ni, iar W este nlocuibil de ctre Mo. Un oel cu 1,4 1,8% Cr, 0,7 1,1% W i doar 0,35 % Ni clit are proprieti mecanice similare i fragilitate la rece mai sczut dect oelurile mai bogat aliate cu Ni.

n acelai mod se pot analiza i alte posibiliti de nlocuire a unor oeluri scumpe i pretenioase cu oeluri microaliate, mult mai ieftine.

1.3.2. FonteleFontele sunt aliaje Fe-C, al cror coninut de C depete 2,08%, situndu-se cel mai frecvent ntre 2,24,5%, n prezena unor coninuturi relative ridicate de elemente nsoitoare (Si, Mn, P). Aceste aliaje au, n general, foarte slabe proprieti plastice (forjabilitate) i redus sudabilitate, rezisten mecanic mai mic dect a oelurilor, dar bun turnabilitate (temperatur de topire mai sczut, fluiditate mare, interval de solidificare i implicit tendin de segregare reduse, contracie mic la solidificare pn la max. 2%), precum i o bun capacitate de amortizare a vibraiilor. Fontele sunt utilizate n construia de maini, cu precdere pentru piese turnate, chiar pretenioase, cu costuri mult mai reduse dect ale pieselor prelucrate prin deformare plastic sau sudare.

Clasificarea fontelor se face dup numeroase criterii, de baz fiind cel legat de structura acestora: albe, cenuii i pestrie. Se mai utilizeaz criteriul alierii (aliate i nealiate), al modificrii (modificate i nemodificate) etc.

Fontele albe (cementitice) sunt dure, fragile (duritate 350500 HB, Rm = 2040 daN/mm2) i neprelucrabile prin achiere. Dintre acestea, cele de compoziie hipoutectic (C < 4,3%) prezint interes limitat, n scopuri antiuzare, precum i la obinerea fontelor maleabile.

Fontele cenuii (de turntorie) pot fi, n funcie de forma grafitului prezent n structura lor: cu grafit lamelar, nodular (fonte modificate) sau n cuiburi (de recoacere fonte maleabile), iar dup structur: fonte perlitice, perlito feritice sau feritice.

Fontele pestrie au simultan caracteristicile fontei albe cementitice (cu ledeburit) i de font cenuie (cu grafit).

Fontele nealiate conin n afar de Fe i C: max 3% Si, 1,5% Mn, 0,3% P, 0,1% S etc.

Fontele aliate conin n plus, fa de cele nealiate unele elemente de aliere: min 0,3% Cr, Ni, Cu, Al (fiecare), min. 0,1% Mo, V, Ti, precum i Si peste 34%, Mn peste 1,52%, P peste 0,3%, toate adugate n mod voit n vederea obinerii unor proporii superioare.

Proprietile fizico mecanice i prelucrabilitatea (turnabilitatea, achiabilitatea) fontelor sunt determinate de masa metalic de baz, precum i de cantitatea i forma grafitului din structur. Aciunea defavorabil minim asupra rezistenelor mecanice (Rm, Rt = (1,5 2)Rm i Rc = 4Rm) o au formaiunile de grafit ct mai sferoidale, fine, uniform distribuite, izolate (grafitul modular, punctiform).

1.3.2.1. Fontele cenuii cu grafit lamelar Aceste fonte au compoziia chimic: 2,83,6% C, 0,53,5% Si, 0,41,0% Mn, 0,11,0% P, S < 0,15% i rezistena minim la traciune: Fc 100Fc 400, STAS 568; (F font; c - cenuie) i STAS 8541. Exemplu: Fc 100 font cenuie cu rezistena minim la traciune de 100 N/mm2.

Dintre fontele cenuii cu grafit lamelar, din punctul de vedere al proprietilor mecanice i achiabilitii, cele mai favorabile sunt cele cu structur perlitic, cu grafit fin, uniform distribuit i izolat. Fonta perlitoferitic are rezistena ceva mai sczut, dar o foarte bun capacitate de amortizare a vibraiilor (utilizabil la carcase, batiuri etc.).

Fontele cenuii au Rm = 1040 daN/mm2, Rt = 2660 daN/mm2, Rc = 45185 daN/mm2, duritatea 100300 HB etc. (valorile inferioare corespund fontelor cu mai mult ferit i cu grafit mai fin). O cantitate mai redus de grafit i implicit formaiuni (lamele) de grafit mai mici (deci rezisten sporit) atrag ns dificulti n ceea ce privete turnarea fontelor, ntruct turnabilitatea cea mai bun o au fontele eutectice sau uor hipereutectice.Turnabilitatea (fluiditatea) fontelor mai este influenat favorabil de coninutul de Si i de cel de P (recomandat n fontele pentru turnarea pieselor cu perei subiri). Sudarea fontelor este dificil, o rezisten acceptabil a sudurii la solicitri mecanice necesitnd prenclzire la 500600oC sau cel puin la 100400o C (sudare semicald).

Caracteristicile mecanice ale fontelor pot fi considerabil mbuntite prin tratamente termice; se aplic, de exemplu, clirea (superficial, ptruns sau izoterm la circa 8209500C, cu rcire n ap sau ulei) i revenirea (la 3004000C, cu rcire lent), ndeosebi la fontele perlitice pentru mrirea n primul rnd a duritii i prin aceasta, a rezistenei la uzare (pn la de 5 ori), dar i a altor proprieti mecanice (rezistena la rupere, rezistena la oboseal).Utilizrile fontelor cenuii cu grafit lamelar sunt numeroase i variate, de la piese mecanice mici, fabricate n serie mare (turnate n cochilie), pn la produse masive, grele, conform recomandrii din tabelul 1.6.

Tabelul 1.6Utilizri ale fontelor cenuii cu grafit lamelar

Domeniul de utilizareExemple (piese turnate)Fc 100Fc 150Fc 200Fc 250Fc 300Fc 350Fc 400

Slab solicitate, fr frecareCapace, cutii, plci de baz, suporturi, lingotiere mijlocii i mariXX

Mediu solicitate la frecare (p 2901308012040801803002428

Influena grosimii pereilor piesei turnate asupra proprietilor de rezisten este ns mai mic dect n cazul fontelor cu grafit lamelar.

Modulul de elasticitate al fontelor cu grafit nodular este sensibil mai ridicat (16501850 MPa) dect al fontelor cu grafit lamelar (~ 1200 MPa), iar capacitatea de amortizare a vibraiilor mai mic. Aceste fonte au deformabilitate plastic acceptabil, pretndu-se la o astfel de prelucrare (ndeosebi dup recoacere la 9700C).

Tratamentul termic specific - n afara clirii indicate la fontele cu grafit lamelar este recoacerea de normalizare (nclzire la 8709500C, 12 h, rcire n aer), n urma creia rezistena crete substanial. Achiabilitatea acestor fonte este foarte bun. Cteva indicaii de utilizare pentru diferite mrci de font cu grafit nodular se dau n tabelul 1.8.Tabelul 1.8

Utilizri ale fontelor cu grafit nodularMarcaCaracteristiciExemple de utilizare

Fgn 370 - 17Achiabilitate foarte bun, plasticitate bunPiese pentru maini agricole, autovehicule (n locul fontei cenuii, pentru micorarea greutii pieselor)

Fgn 400 - 12Achiabilitate foarte bun, plasticitate bunPiese sub presiune (corpuri de pompe i vane), piese pentru maini agricole, piese solicitate la oc etc.

Fgn 450 5Structur ferito-perliticMatrie, armturi etc.

Fgn 500 7Arbori cotii pentru motoare, arbori cu came, corpuri de compresoare, piese pentru utilaje mari

Fgn 600 2Rezisten ridicat n stare brut turnat, clibilitate superficialSegmeni de piston, roi dinate, matrie, piese de contact cu arbori tratai termic, cilindri de laminor

Fgn 700 -2

Fgn 800 -2Structur fin dup normalizare i revenire (sau prin aliere), plasticitate i rezisten la uzare foarte bunArbori cotii de mari dimensiuni, (motoare Diesel), piese pentru turbine, roi dinate i pinioane, came, ghidaje, piese pentru maini agricole, saboi de frn.

1.3.2.3. Fontele maleabile Fontele maleabile au caracteristici superioare, care se obin prin grafitizarea celor albe turnate n piese, printr-un tratament termic caracteristic recoacere de maleabilizare (transformarea structurii cementitice ntr-o matrice metalic de baz, constituit total sau preponderant din ferit i C; acesta fie c este eliminat complet cazul fontei maleabile albe sau cu miez alb, fie c se precipit n cuiburi cazul fontei maleabile negre sau cu miez negru) STAS 569, mrcile avnd precizate n simbolizare structura (alb, neagr, perlitic), Rm min i A.

Proprietile mecanice ale fontelor maleabile se situeaz ntre cele ale fontelor cenuii cu grafit lamelar i cele ale oelurilor turnate. Prezena perlitei n structur mbuntete n toate cazurile Rm i duritatea, dar micoreaz A, respectiv deformabilitatea, care oricum rmn remarcabile (superioare celor ale fontelor cenuii obijnuite, dar inferioare celor ale fontelor cu grafit modular). Proprietile mecanice ale fontelor maleabile albe sunt puternic influenate nu numai de cantitatea de perlit, ci i de grosimea pereilor piesei (fig. 1.1). Spre deosebire de acestea, proprietile fontelor maleabile negre (mai cu seam ale celor feritice, dar i ale celor perlitice sensibil mai rezistente dect primele) nu sunt aproape deloc influenate de grosimea pereilor piesei. Modulul de elasticitate este aproximativ acelai (E = 1750 MPa) pentru toate fontele maleabile.

Proprietile mecanice (de rezisten, inclusiv la uzare) ale fontelor maleabile perlitice pot fi mbuntite prin aplicarea unor tratamente de clire sau de mbuntire.

Achiabilitatea fontelor maleabile albe este similar celei a oelurilor turnate, iar a celor maleabile negre, mai bun. Sudabilitatea fontelor maleabile albe cu grosimi 6 mm este corepunztoare (asemntoare cu cea a oelurilor cu coninut sczut de C), dar cele negre se sudeaz dificil. Datorit proprietilor superioare i costurilor inferioare de producere, fontele maleabile negre sunt mai mult folosite n construcia de maini dect cele albe.Utilizarea fontelor maleabile este ngrdit de grosimea limitat a pereilor pieselor (maxim 2530 mm), iar a celor negre, parial i de duritatea redus, care mpiedic folosirea lor pentru piese rezistente la uzare. n general, se recomand pentru piese turnate mici, de forme complicate, cu perei subiri, cu bun rezisten, oarecare tenacitate i bun rezisten la ocuri.

Cteva tipuri de piese pentru care se recomand fontele maleabile sunt:

piese ale mainilor agricole: Fma 350 (A 3%), Fmn 300 (A ~ 6%);

buce: Fma 350 (400);

cmi de cilindri, roi dinate, organe de legtur, buce: Fmn 400 (A ~ 3%);

armturi, organe de legtur: Fmn 300;

arbori cu came, arbori cotii, cmi de cilindri: Fmn 320 (A ~ 8%), Fmn 350 (A ~ 10%);

organe de legtur supuse la solicitri alternative (biele, manivele): Fmn (350) 370, (A ~ 12%);

piese ale mainilor textile poligrafice, industria alimentar: Fmn 450 (A ~ 6%);

piese puternic solicitate ca roi dinate, roi de lan, pistoane i supape (pentru motoare diesel): Fmp 500Fmp 700 (A ~ 52%).1.3.2.4. Fontele aliateFontele aliate sunt fonte cenuii, albe sau maleabile, datorit prezenei unor elemente de aliere: >o,3% Ni, Cr, Cu sau W; >0,1% Mo, V sau Ti; >2% Mn; >4% Si. Acestea posed caracteristici mecanice mbuntite, inclusiv rezisten la uzare i la temperaturi nalte (fontele slab i medii aliate) sau rezistenta ridicata la coreziune (fontele bogat aliate).

n funcie de structur i de proprieti, fontele slab i medii aliate (pentru utilizri diverse i nu speciale) se mpart n:

fonte cenuii perlitice cu Ni, Cr, Cu, Mo, V etc. n diferite combinaii (Ni-V-Mo, Mo-Cr, Cu-Cr-V); cele care conin Ni, Cr, Mo, Cu, au Rm = 3540 daN/mm2 i rezisten bun la uzare i oxidare; sunt utilizabile pentru principalele piese turnate ale motoarelor cu ardere intern i compresoarelor;

fonte cenuii aciculare (bainito - martensitice), cu Ni i Mo sau Ni i W, prin a cror dozare, n funcie i de viteaza de rcire, se pot obine direct din turnare eventual prin tratamente termice ulterioare structuri de clire sau de revenire (martensitic, bainitic), cu separri fine de grafit lamelar sau nodular i implicit diverse proprieti, oricum ns ridicate (Rm = 4070 daN/mm2, 300400 HB). Aceste fonte sunt recomandate pentru turnarea unor piese greu solicitate ca: arbori cotii pentru motoare diesel i compresoare, segmeni de pistoane, cmi de cilindri rcii cu aer, roti dinate, arbori cu came, matrie pentru prelucrarea materialelor neferoase etc.

1.3.3. Aliajele neferoase.

n construcia echipamentelor pentru manipularea sau procesarea produselor agroalimentare, se utilizeaz cu scopuri bine definite o serie de metale i aliaje neferoase, precum: aluminiul i aliajele sale, cuprul i aliajele sale, aliajele de magneziu, aliajele de zinc etc.

1.3.3.1. Aluminiul i aliajele de aluminiu.

Datorit proprietilor sale tehnologice (plasticitate la cald i la rece, turnabilitate), dar i a raportului favorabil dintre caracteristicile mecanice i masa specific mic, aluminiul, i n special aliajele sale, au o larg ntrebuinare n construcia de maini. Se utilizeaz ndeosebi n industria aeronautic i de autovehicule, cu precdere pentru piese cu micare rapid, la care ineria s fie ct mai mic (rotoarele compresoarelor, suflantelor, roi de curea), precum i pentru diferite carcase, recipiente pentru depozitat i transportat etc. Conductivitatea termic relativ ridicat a aluminiului i confer utilizabilitate pentru piese crora li se cere o vitez maxim de transport de cldur (pistoane de motor, schimbtoare de cldur etc.). conductivitatea electric ridicat (circa 62% din cea a cuprului, raportnd la volum i 190%, raportnd la greutate) asigur utilizarea aluminiului i n industria electrotehnic. n acelai timp, aluminiul i aliajele sale posed i o bun rezisten la coroziune n atmosfer, ap etc.

Aluminiul tehnic primar (STAS 7607) conine 98,099,8% Al i este destinat a fi prelucrat, ndeosebi ca aliaje superioare, prin turnare i deformare plastic la cald sau la rece. Proprietile acestuia sunt substanial influenate de ecruisare, care, pn la o anumit limit, dubleaz Rm, limita de elasticitate i duritatea (deoarece scade A).

n construcia de maini se utilizeaz ,de obicei, aliajele de Al cu Cu, Mg, Zn, Mn, Si, Ni, Fe, elemente care (avnd solubilitate limitat i variabil n Al) conduc la mbuntirea proprietilor mecanice i tehnologice, fcnd oportun aplicarea tratamentelor termice de durificare (clire) prin precipitare (mbtrnire). Aliajele de aluminiu se difereniaz, mai ales, dup modul de prelucrare, i anume: prin deformare sau prin turnare. Prin deformare la cald poate fi prelucrat orice aliaj de Al, ceea ce nu este valabil pentru turnare n piese, aluminiul turnndu-se relativ greu datorit tensiunii superficiale mari i fluiditii reduse. Aliajele pentru turnare permit ns, ca urmare a turnabilitii foarte bune, obinerea unor piese de configuraie complicat i cu o bun calitate a suprafeelor, care frecvent, nu mai necesit prelucrri prin achiere.

Pentru deformri pronunate, cea mai favorabil stare a aliajelor de Al (de exemplu pentru baterea niturilor) este cea obinuta dup revenire (23 minute) la peste 200 C.

n cele dou categorii de aliaje sunt materiale care nu se durific prin tratament termic, dar au o bun sudabilitate (aliajele Al-Mn, Al-Mg etc.), dar i materiale durificabile (Al-Cu (-Mg), Al-Zn-Mg, Al-Mg-Si).

Comportarea la oboseal a aliajelor de Al se deosebete de cea a aliajelor feroase, rezistena la rupere scznd mai accentuat pentru aliajele durificate, comparativ cu cele nedurificate.

Aliajele de Al, att cele pentru deformare, ct i cele pentru turnare, au o prelucrabilitate prin aschiere mai bun dect oelurile, permind viteze de achiere mai mari. Mai dificil este ns obinerea unei caliti bune a suprafeelor achiate. Achiabilitatea este cu att mai bun, cu ct rezistena aliajelor este mai ridicat, fie prin aliere (pentru prelucrarea rapid pe strunguri automate se recomand prezena plumbului i bismutului pn la 2% n aliajele Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg), fie prin ecuisare sau durificare prin mbtrnire.

n general, aliajele de aluminiu cu excepia celor ce contin Cu se sudeaz bine (de exemplu aliajele Al-Zn-Mg, Al-Mg-Si), lund unele msuri de protecie: la sudarea cu arc electric (cel mai favorabil procedeu) mediu de gaz protector (inert) sau electrozi nvelii, iar la sudarea cu flacr strat de flux. mbinri rezistente, durabile pot fi obinute prin lipirea pieselor de Al. Aliajele de aluminiu pentru turntorie sunt aliajele Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn, precum i cele polinare, obinute din materiale recuperabile (deeuri, pan, rebuturi) i turnate (STAS 201/1,2) n blocuri sau n piese (n amestecuri de formare, cochile, sub presiune). Coninuturile elementelor de aliere sunt mai ridicate dect n aliajele deformabile. Caracteristicile mecanice ale acestor aliaje sunt indicate n tabelul 1.9.

Tabelul 1.9Caracteristicile mecanice ale aliajelor de Al turnate

Tipul de aliajRm min,

MPaA min,

%HB min

Al-Cu1,13,20,5850125

Al-Si1,12,60,5950110

Al-Mg1,32,4164575

Al-Zn1,72,4136085

Aliajele Al-Si (siluminuri) cu 412% Si se utilizeaz mai rar binare, pentru c nu sunt durificabile prin tratament termic, dei au foarte bune proprieti de turnare, bun sudabilitate (cu flacr), dar caracteristici mecanice sczute. Siluminurile (eutectice) sunt indicate pentru turnarea de piese cu perei subiri i configuraie complicat, mai puin solicitate sau lucrnd n mediu coroziv (corpuri de pompe, fitinguri, blocuri motor, cartere, chiulase etc.).

Cnd se impun rezisten (tenacitate) i stabilitate la coroziune mai ridicate sunt utilizabile aliajele de Al-Si cu adaosuri de Cu, Mg sau de ambele (siluminuri complex aliate). Adaosul de pn la 4%Cu mbuntete i mai mult proprietile de turnare, precum i duritatea, Rm, Rp0,2 i aschiabilitatea, iar adaosuri mici de Mg (0,30,6%) permind durificarea prin precipitare mresc rezistena mecanic. Aceste aliaje mai conin Fe i Mn, ambele accentund efectul durificrii, precum i Ni.

De exemplu, aliajele ATSi7Mg i ATSi10 Mg (A-aluminiu, T-turnat, 7 i 10% Si, 0,3 i 0,4% Mn) sunt recomandate la fabricaia de motoare (carcase de cutii de viteze), trenuri de aterizare, aparate electrice etc.; aliajele ATSi6Cu4, ATSi10Cu3Mg, ATSi12CuMgNi (cu 12% Si, 1,2% Cu i Mg fiecare, 1,1% Ni, 0,3% Mn) i ATSi18CuMgNi cu coeficient de dilatare termic redus (~1710-6) i stabilitate ridicat la cald sunt foarte potrivite pentru pistoane, iar aliajul ATSi5Cu3 pentru piese puternic solicitate (carcase, corpuri etc.).

Aliajele binare Al-Cu sunt mai puin utilizate pentru c se toarn relativ greu prin procedeele clasice i au tendin de fisurare la solidificare. Dac sunt aliate complex (cu pn la 5% Si sau cu Mg), se trateaza termic foarte bine, asigurnd rezistene relativ ridicate (Rm=3,0 MPa) i se prelucreaz bine prin achiere, motive pentru care aceste aliaje sunt ntrebuinate n construcii deosebite, n industria aviatic pentru fabricarea de pistoane, chiulase de motor (de exemplu ATCu4Ni2Mg2) etc.

Aliajele din sistemul Al-Mg (cu 310% Mg) sunt cele mai uoare aliaje de Al, cu rezisten mecanic destul de ridicat, foarte bun rezisten la coroziune i achiabilitate excelent. Dei se elaboreaz mai greu (avnd oxidabilitate mare) i au turnabilitate sczut, totui se preteaz la executarea unei game de piese importante n industria aeronaval, chimic etc. La aceste aliaje se recomand o recoacere mai ndelungat de omogenizare dup turnare.

Aliajele Al-Zn, ntotdeauna aliate i cu Mg sau Si, au rezisten mecanic i la coroziune reduse, sunt ceva mai grele, ns se elaboreaz uor i se toarn bine.

Aliajele de aluminiu deformabile au utilizare foarte larg, preponderent fa de cele turnabile, datorit prelucrabilitii, n special la cald, prin laminare, forjare (matriare), ambutisare etc. (STAS 7608).

Dintre aliajele netratabile, importan prezint cele de tipul Al-Mn (cu 0,81,6% Mn) i Al-Mn-Mg (cu 0,53,0% Mg), sub form de profile, table, tevi, etc., utilizabile n stare recoapt sau ecruisat. Acestea sunt foarte uor deformabile (prin ambutisare), au rezistene medii, dar prin prelucrare la rece se ecruiseaz, crescndu-le rezistena. Pn la un coninut de 1,5% Mg au i o bun rezisten la coroziune (in aer umed, ap de mare).

Aliajele Al-Mg (cu 17% Mg) posed bun rezisten i plasticitate (n stare recoapt, Rm=2,03,6 MPa, iar n stare ecruisat, Rm= 3,54,6 MPa, A=106%) i maleabilitate (maxim pentru 46% Mg), se sudeaz bine i mai ales au bun rezisten la coroziune. Aceste aliaje sunt adecvate pentru prelucrare prin ambutisare adnc, au bun achiabilitate, fiind utilizabile pentru suprastructura aeronavelor i vehiculelor, rezervoare, conducte etc.

Aliajele Al-Mg-Si (avial, anticorodal, cu 0,51,0% Mg, 1,5% Si, 0,21,0% Mn) cu rezisten medie, foarte bun deformabilitate la cald i sudabilitate se preteaz n mod deosebit la extrudare i se utilizeaz ca atare (profile extrudate), de obicei dup mbtrnire artificial.

Din categoria aliajelor deformabile care se durific prin tratament termic (duraluminiuri slab, mediu, sau bogat aliate), se remarc n mod deosebit aliajele de tipul Al-Cu-Mg, deseori cu adaosuri variabile de Mn i chiar Si, ntrebuinate n stare recoapt sau durificat. Duraluminiul obinuit este aliajul pe baza sistemului Al-Cu-Mg (-Mn), coninnd 3,84,8% Cu, 0,40,8% Mg i Mn fiecare. Tratamentul termic al duraluminurilor const n general n clire de la 505515 C (n ap cald) i mbtrnire natural (70120h), eventual artificial (prin nclzire la 120150 C timp de 36 h). Numeroase utilizri n construcia de maini i gsesc duraluminiurile sub form de bare, profile extrudate, laminate, piese forjate i prelucrate, cu rezisten mrit, avnd coninuturi mai ridicate de Cu, Mg, Mn, precum i cele cu plasticitate, care au coninuturi mai reduse din aceste elemente.

Rezistena la coroziune a duraluminiurilor este relativ sczut, n special n stare tensionat, recomandndu-se n astfel de utilizri placarea lui cu aluminiu pur. Aschiabilitatea acestor aliaje este foarte bun, mai ales n cazul prezenei unor adaosuri de 1.3% Pb i Bi.

Dintre numeroasele utilizri ale duraluminiurilor trebuie menionate: suprastructuri de nave i autovehicule, containere, elice, cadrurile unor echipamente din industria alimentar etc.

Utilizare tot mai lung i gsesc aliajele Al-Mn-Mg-Cu cu 47% Zn, 23% Mn, 2% Cu, de mare rezisten (Rm5,0 MPa, As6%), avnd i bun sudabilitate, precum i aliajele de tipul Al-Cu-Mg-Ni (cu 12,3% Ni), cu bun rezisten i la temperaturi mai ridicate i forjabilitate bun (utilizabile pentru pistoane, chiulase etc.).

1.3.3.2. Cuprul i aliajele de cupru Cuprul are importante caracteristici tehnice: plasticitate bun la cald (la 700950 C) i la rece, foarte ridicat conductivitate electric i termic (0,94 cal/cmsC), precum i rezisten la coroziune (n ap, aer, acizi neoxidani etc.). Ultimele dou proprieti determin utilizarea lui la schimbtoare de cldura, plci de focare, benzi de radiatoare, elemente de etanare etc. n medii care conin hidrogen, la temperaturi ridicate, apare boala de hidrogen, care const n microfisurarea pieselor din acest metal.

Caracteristicile mecanice ale cuprului primar (STAS 270/1,2) sunt relativ sczute, motiv pentru care n construcia de maini se utilizeaz mai mult sub forma de aliaje (alame i bronzuri), turnate sau deformabile plastic, ndeosebi pentru piese rezistente supuse i la coroziune.

Alamele utilizate practic sunt aliaje ale cuprului cu pn la 45% Zn, avnd proprieti mecanice i tehnologice suficient de ridicate, superioare celor ale cuprului, precum i o bun stabilitate la coroziune. Variaia caracteristicilor mecanice ale alamelor binare (Cu-Zn) depinde n limite foarte largi de coninutul de Zn. Alamele se prelucreaz n general, bine la cald i la rece (extrudare, ambutisare).

La prelucrarea plastic la rece, alamele se ecruiseaz puternic i pentru ndeprtarea tensiunilor se supun unei recoaceri de recristalizare la 350450 C.

n intervalul 250...650 C apare fragilitatea alamelor , datorit impuritilor (Pb, Bi, Sb). n alamele cu 3238% Zn se admite ns pn la 1% Pb sau cele cu 3845% Zn (care se prelucreaz la cald n stare ) conin pn la 3% Pb (alame cu Pb), aceasta mbuntindu-le substanial achibilitatea. Alamele au turnabilitate foarte bun.

Aerul atmosferic (uscat), aburul supranclzit, apa i alte medii nu provoac corodarea alamelor. Aciunea simultan a mediilor corozive (inclusiv atmosfera umed) i a tensiunilor interne remanente ( ~0,6 MPa) duce la separarea zincului i fisurarea prin coroziune a alamelor, cu att mai accentuat, cu ct coninutul de Zn este mai mare. Limitarea acestui pericol este posibil prin aplicarea unei recoaceri de detensionare la 260 C.

Aliajele de Cu-Zn care conin i adaosuri de Al (16%), Si, Mn, Ni, Fe, Pb sau altele sunt alame speciale, care, n general au o sporit stabilitate la coroziune, proprieti tehnologice i mecanice bune, precum i unele proprieti speciale. Coninuturi de pn la 4% Al mresc rezistena i duritatea, fr a micora tenacitatea, turnabilitatea, rezistena la coroziune (i la oxidare), dnd n acelai timp posibilitatea aplicrii tratamentului termic de durificare. Un coninut de pn la 4% Mn ridic caracteristicile mecanice i n special rezistena la coroziune ( n abur supranclzit, n apa de mare). Siliciul (2,54%) mbuntete turnabilitatea i sudabilitatea, confer proprieti de rezisten la coroziune n aer atmosferic i la temperaturi nalte. Staniul (0,51,5%) confer o deosebit stabilitate la coroziunea n apa de mare, n timp ce Fe ridic caracteristicile mecanice i tehnologice (tenacitatea).

Alamele pentru turntorie (STAS 199/1 i 199/2). Se utilizeaz n cochile i n amestecuri pentru formare, pentru obinerea de armturi (CuZn32(33)Pb2, CuZn40PbSn, CuZn40Mn2Al), piulie, roi melcate (CuZn35Mn2FeAlNi), elice (CuZn40Mn3Fe), fusuri, tije filetate (CuZn30Al5Fe3Mn2) i alte piese de maini (inclusiv antifriciune din CuZn38Pb2Mn2) avnd, n general, o nalt rezisten la coroziune, pe lng bune proprieti tehnologice i mecanice.

Alamele deformabile sunt aliaje Cu-Zn binare (conin i pn la 3% Pb) i speciale, disponibile (STAS 95) ca: moi (cu plasticitate ridicat), jumtate tari (cu rezisten i duritate mari i plasticitate sczut) i tari ( puternic ecruisate prin deformare plastic la rece, avnd Rm 6,2MPa, A12%), n funcie de regimul de deformare plastic (tabelul 1.10). Toate acestea se preteaz la prelucrri la cald sau la rece. Tabelul 1. 10

Caracteristicile mecanice ale unor alame deformabileMarca (STAS 95)Starea (simbolizare STAS)Rm, MPaA5, %HB

CuZn30m(0)

t (HA)

t(HB)2,83,6

3,64,3

4,35,250

33

1570

110

130

CuZn36(37)m

t

t2,93,8

3,84,5

4,55,450

28

1270

110

140

CuZn40m

t

t3,5

4,2

4,843

23

1280

115

140

Pentru deformri plastice la rece corespund mai ales alamele cu coninuturi mai mari de Cu (Cu Zn 5Cu Zn 30), cele mai utilizate fiind cele cu 6367% Cu sau 7072% Cu. Dac coninutul de Cu depete 80%, aliajele se numesc tombacuri, materiale (sub form de table, benzi) foarte maleabile, care ns se prelucreaz mai greu prin achiere. Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu Sn, Al (cele mai mult utilizate), Si, Mn, Pb, Be etc. Fiecare dintre elementele de aliere confer caracteristici specifice, fiind indicate a se utiliza n domenii bine stabilite.

Bronzurile cu Sn prezint interes tehnic numai n situaii n care Sn se afl n proporie de maximum 2530%, dup care aliajele devin dure i fragile. La coninuturi pn la 14% Sn structura acestora este relativ moale i plastic, la cald i la rece. Aliajele cu 13,522% Sn au structura bifazic, fiind dure i fragile, putnd fi supuse clirii la temperaturi mai mari de 600C i reveniri. Bronzurile cu Sn au proprieti mecanice i tehnologice bune, iar aliajele cu mai puin de 10% Sn se pot prelucra prin deformare plastic (laminare) chiar i la rece, n urma creia se durific, dar pot fi apoi recoapte pentru recristalizare.Turnabilitatea bronzurilor este bun, dar au o accentuat tendin de segregare, motiv pentru care bronzurile cu Sn turnate trebuie supuse unei recoaceri de omogenizare. De asemenea, bronzurile cu ,Cu au o bun rezisten la coroziune n diferite medii (ap, abur, atmosfer etc.). Bronzurile pentru turntorie conin ntre 1014% Sn i includ, de regul Zn i Pb (bronzuri roii, mai puin rezistente, dar mai ieftine), precum i Ni i P (STAS 197/1,2). n afara utilizrii ca materiale antifriciune, rezistente la uzare, aceste bronzuri au o comportare bun i la coroziune (CuSn10CuSn14, cu Rm 2,2 MPa, A=210% i HB70), fiind utilizabile pentru turnarea de cuplaje, armturi, axe, uruburi pentru piulie de ghidare (ale uruburilor conductoare), melci i roi melcate sau dinate puternic solicitate, carcase statoare i rotoare de pompe i turbine, palete pentru turbine de ap etc. Bronzurile cu Sn+Zn sunt recomandate pentru armturile de presiune etc., iar cele cu Sn+Zn+Pb (Rm18daN/mm, HB55) pentru armturile care lucreaz n ap i abur pn la 25 bar, precum i pentru alte piese mai uor solicitate

Bronzurile deformabile se caracterizeaz prin coninuturi mai mici (max 9%) de Sn (STAS 93 - care conine i cte 4% Pb i Zn) i structur monofazic, plastic la cald i la rece. n funcie de gradul de ecruisare aceste bronzuri sunt moi, semitari i tari (arcuitoare). Bronzurile cu 24% Sn sunt ntrebuinabile n special pentru uruburi, arcuri, plase de srma, armturi. Rezistena cea mai bun o au cele cu 610% Sn, laminate (table, bare, srme) utilizabile pentru roi dinate, palete de turbine i alte piese.

Bronzurile cu aluminiu au importan industrial atunci cnd aliajele de Cu conin maxim 1012%Al. Rezistena mecanic a acestor bronzuri crete cu mrirea coninutului de aluminiu, proprietile putnd fi mbuntite (pn la Rm = 7,09,0 MPa, dar A mic) i printr-un tratament termic de clire n ap de la 750800C i revenire la 400500C (eventual la 650C, pentru a obine o alungire A mai ridicat).Bronzurile care conin 510% Al au proprieti mecanice net superioare celor cu Sn i bune proprieti tehnologice mai ales de turnare. Rezistena la coroziune (n atmosfera ambiant, ap de mare, exceptnd ns aburul supranclzit) este de circa 9 ori mai ridicata dect cea a bronzurilor cu Sn. Prezena fierului n bronzurile cu Al mbuntete rezistena (inclusiv la cald i la coroziune), ca i Ni i Mn, ns ultimul reduce fluiditatea. Caracteristicele mecanice ale acestor bronzuri pot fi majorate (Rm cu pn la 15%, iar A cu pn la 45%) prin modificare cu adaosuri concomitente mici (0,01%) de B i Ti.

Bronzurile cu Al se prelucreaz ca semifabricate prin turnare i prin deformare plastic.

Bronzurile de turntorie conin 915% Al, dar n general sunt mai complexe, coninnd i Fe, Mn, Si (STAS 198/1,2), cele mai reprezentate mrci fiind specificare n tabelul 1.11.

Tabelul 1.11Aliaje cupru-aluminiu (bronzuri cu aluminiu) turnate in piese

Marca aliajuluiModul de turnareRm, MpaA5 , %HB

Cu Al 9

Cu Al 9 Fe 3

Cu Al 9 Fe 5 Ni 5

Cu Al 10 Fe 3

Cu Al 10 Mn2 Fe3N-C, F, TC

N-C, F, TC

N-C, F, TC

N-C, F, TC

N-C3,43,9

4,44,9

5,46,4

4,95,4

4,44,91516

1012

1011

1214

128090

90100

110...120

100120

90100

Legend: N-nisip; C-forme metalice; F-centrifugal; TC- continuu

Acestea se recomand pentru: armturi (CuAl9); piese cu rezisten mecanic i anticorosivitate (pompe de ap, rotare de pompe centrifugale, angrenaje elicoidale, prghii, carcase, buce etc.) ale utilajelor din industria alimentar, mainilor textile, n construcia locomotivelor, navelor (CuAl9Fe3); pentru piese din categoria organelor de maini (roi dinate, melci i roi melcate, armturi, flane etc., solicitate mecanic i la coroziune CuAl10Mn2Fe3 turnat i CuAl9Mn2 deformabil).

Larg utilizare i gsesc bronzurile cu Al i Ni (CuAl9Fe5Ni5) turnate, respectiv deformabile, cu 10% mai uoare dect bronzurile cu Sn, dar cu rezistena de circa 50% mai mare (ventile de abur supranclzit, armturi de cazane, corpuri distribuitoare, piese ale turbinelor cu abur i pompelor, rotoare, carcase, ghidaje, tije, roi melcate etc.). Bronzurile deformabile conin pn la 7% Al, sunt disponibile sub form de bare, benzi, profile, evi (STAS 203). Prin prelucrare plastic la rece se ecruiseaz, iar rezistena le crete mult. Bronzurile cu 811% Al se preteaz bine la prelucrri la cald, fiind utilizate la scaunele de supape, glisiere, tije de pistoane etc. La un coninut de 15% (Fe+Ni+Mn+Si+Sn), n stare deformat la cald bronzurile au Rm= 4570daN/mm. Bronzurile cu Mn conin 515% Mn, aflat n soluie cu Cu. Au plasticitate foarte bun, rezisten mecanic ridicat la temperaturi de pn la 400450C i sunt rezistente la coroziune. Se utilizeaz la executarea de armturi, ventile, conducte pentru aburi (supranclzit). Un aliaj cu 20% Mn, 20% Ni, restul Cu, dup ecruisare i mbtrnire, are Rm=130 daN/mm, Rp0,2=120 daN/mm, A=3% i HB=350450, fiind foarte indicat pentru organe de maini puternic solicitate (roi dinate cilindrice i elicoidale, rulmeni cu bile , uruburi, arcuri etc.).

Bronzurile cu siliciu prezint interes tehnic sub forma aliajelor Cu-Si, n care coninutul de Si nu depete 45 %, i care conin eventual i alte adausuri ca Zn, Fe, Mn, Ni, Al, Pb. Aceste bronzuri au caracteristici mecanice foarte bune (Rm= 3,58,5 MPa), plasticitate ridicat la cald i la rece i bune proprieti de turnare. Aliajele clibile de tip kuprodur (0,81,0% Si i 3,24,0% Ni) se prelucreaz foarte uor la rece i au dup tratament Rm= 7,0 MPa, A=8% i HB=180, fiind indicate pentru uruburi, cleme etc. nlocuiesc cu succes bronzurile cu Sn, fa de care sunt mai ieftine.

1.3.3.3 Aliajele de magneziu

Magneziul are cea mai mic densitate (1,75 g/cm) dintre toate metalele utilizate n construcia de maini, dar rezistena i plasticitatea lui sunt reduse. n consecin, se utilizeaz exclusiv sub form de aliaje (ultrauoare - < 2 g/cm) pentru turntorie, sau deformabile (laminabile), care sunt inferioare celor de aluminiu, att sub aspectul rezistenei mecanice, ct i al comportrii la coroziune. Cele mai importante elemente de aliere ale magneziului sunt: Al (39%), Zn (0,53%), Mn (pn la 1,5 %), ultimul mbuntind rezistena la coroziune.

Aliajele de Mg turnate se utilizeaz n construcii aeronavale (elice, trenuri de aterizare) i alte construcii foarte uoare (cartere, corpuri de pompe, aparate foto-optice i de birou etc.)

Aliajele Mg-Al-Cu cu 8% 10%) sunt destinate executrii pieselor solicitate la frecare uzare i la solicitri mecanice.

Din materialele sinterizate se pot executa piese ce se utilizeaz frecvent i n componena echipamentelor tehnice din agricultur i industria alimentar, precum: lagre, carcase, rulmeni i role, roi dinate, manivele, came, flane, duze, filtre, pistoane, pompe de ulei, roi pentru lanuri, scaune de ventile, piese de glisare etc.

De exemplu, pentru confecionarea roilor dinate se recomand pulberile de fier sau oel, iar n cazul preteniilor mari de reziliena Fe cu 0,71% C i 5% Cu, sau pulberi de oel prealiat cu 0,30,5%C, 1.51.8%Ni i 0,25%Mo, care poate ajunge dup o dubl sinterizare chiar la Rm=10 MPa. Bronzul sinterizat din pulberi prealiate cu 810% Sn i 2% Zn cu mic porozitate este utilizabil pentru piese cu valori nalte ale rezistenei mecanice i ale alungirii i rezistente chiar i la coroziune. Pentru roti dinate, came, piulie, aibe, piese de lcturie, aparate foto, ceasuri etc., i gsesc ntrebuinare alamele sinterizate cu 1030%Zn (eventual i cu 1,22,6% Ni, 1,31,9% P, i 0,250,5% Fe, sau aliaje Cu-Ni-Zn) avnd bun rezisten mecanic, stabilitate la coroziune i bun prelucrabilitate.

n construcia de maini i instalaii din industria alimentara i gsesc o larga utilizare filtrele sinterizate, sub forma de tuburi, discuri, diverse profile, table i benzi subiri, cu porozitate pn la 50%, din oeluri inoxidabile (18% Cr 8% Ni) pentru filtrarea acizilor, bazelor sau din bronz (Cu+(810 %)Sn).

1.4. Materiale rezistente la coroziune

1.4.1 Necesitatea utilizrii materialelor anticorosive

Numeroase componente ale echipamentelor tehnice sunt expuse proceselor de coroziune, ca urmare a aciunii factorilor din mediul n care i desfoar activitatea. Pentru alegerea materialelor care s fie insensibile la fenomenele de coroziune, trebuie cunoscute att formele de manifestare a coroziunii, ct i modul de apreciere a mrimii acesteia.

n practic se ntlnesc mai multe forme de atac corosiv, cu consecine diferite, cele mai importante dintre acestea fiind prezentate n continuare. Coroziunea general de suprafa se manifest de regul uniform, dar i neuniform sub form de pete. Atacul este provocat de soluiile acide, iar n cazul celor oxidante se prezint la suprafaa otelurilor sub forma unor pelicule de culoare nchis, formate din produse ale coroziunii (sruri bazice, carbonai etc.). Pelicula format este pasiv din punct de vedere chimic fa de agentul corosiv, protejnd n felul acesta metalul de baz. Coroziunea unor oeluri inoxidabile este uniform n acid clorhidric, dar neuniform n mediul atmosferic, iar n ap se produce o coroziune sub form de pete. Aprecierea intensitii aciunii corosive se face n [g/mmh] sau [mm/an]. De exemplu, pierderea de 0,004 g/mmh prin coroziune general uniform de suprafa n cazul unui oel inoxidabil corespunde unei subieri de circa 0,0045 mm/an.

Coroziunea punctiform ( ciupituri pitting) se manifest prin aceea c metalul este atacat numai n unele puncte ale suprafeei, progresnd n adncime, pn la perforarea piesei. Se produce n cazul oelurilor inoxidabile n contact cu soluii care conin ioni de clor, fiind periculoas datorit dificultilor de supraveghere. Evaluarea cantitativ se face, de obicei, prin numrul de puncte pe unitatea de suprafaa i adncimea lor maxim.

Coroziunea intercristalin se produce de-a lungul limitelor grunilor cristalini, consecina fiind o deteriorare a structurii, urmat de scderea rezistenei mecanice. Se manifest la oeluri inoxidabile austenitice, dup prelucrri la temperaturi cuprinse ntre 400800C, prin deformare plastic sau sudare. La aliajele de aluminiu din categoria duraluminiurilor fenomenul respectiv apare dup nclzirea pentru mbtrnire artificial n faza incipient sau n cazuri uoare, coroziunea intergranular se manifest prin apariia unor fisuri, cel mai frecvent cu ocazia unor operaii de deformare plastic. Acest tip de coroziune este periculos deoarece nu poate fi sesizat din exterior, iar atunci cnd este profund poate provoca distrugerea total (dezagregarea la pulbere) a metalului. Coroziunea selectiv se manifest prin aceea c dintr-un aliaj poate fi atacat numai un constituent sau pot fi dizolvate soluii solide, din care un component se separ iari ca metal. Un exemplu n acest sens este dezincarea alamei, n structur formndu-se zone de Cu, slbindu-se local rezistena aliajului.

Fisurarea corosiv sub tensiune poate s apar sub efectul unor tensiuni remanente existente n metal i se produce la punerea lui n exploatare, chiar n medii foarte puin agresive.

Oboseala la coroziune i cavitaia se produc n condiiile unor eforturi dinamice (alternante sau ciclice), la aciunea ocurilor din partea mediilor lichide, cnd efectul corosiv se amplific.

Cunoaterea acestor elemente conduce la necesitatea alegerii materialelor anticorozive care vor intra n construcia diferitelor echipamente numai pe baza unei analize temeinice a condiiilor de solicitare i mediului n care acestea i vor desfura activitatea. 1.4.2. Oeluri anticorosive ( inoxidabile).

1.4.2.1. Aspecte generaleOelurile carbon i cele slab aliate nu rezist la coroziune n diferite medii agresive (puternic bazice, neutre, soluii acide) sau chiar n aer sau ap; fac excepie oelurile RCA 37, RCB 52 STAS 500, slab aliate cu ( Cr+Cu+P)< 1%, care au rezisten mrit la coroziunea atmosferic.

Rezistena la coroziune a oelurilor anticorosive ( inoxidabile) n atmosfer, ap i ali ageni chimici se datorete, n principal, prezenei cromului n compoziia acestora, ncepnd de la 1213%. Aciunea acestuia se manifest prin formarea pe suprafaa metalului a unui strat extrem de subire de oxid, impermeabil, rezistent la aciunea mediilor corosive. n tabelul 1.12 se prezint viteza de corodare a unor oeluri n condiii atmosferice.Tabelul 1.12Viteza de corodare a unor oeluri n condiii atmosferice

MaterialulPierderea n greutate, g/m2

n 2 anin 5 ani

Oel moale

Oel cu 13% Cr

Oel cu 18% Cr

Oel cu 30% Cr

Oel cu 12% Cr+12% Ni

Oel cu 18% Cr+8%Mo

Oel cu 18% Cr+8%Ni

Oel cu 18% Cr+8%Ni+0.6%Ti

Oel cu 18% Cr+8%Ni+2.5%Mo

Oel cu 25%Cr+20%Ni1500

115

-

-

45

55

25

20

1

203700

270

135

70

160

165

85

70

1

80

Aluminiu

Bronz fosforos

Zinc

Aliaj 54%Cu+44%Ni-

-

-

-165

200

385

440

n compoziia celor mai multe oeluri anticorosive (inoxidabile) sunt prezente concomitent mai multe elemente de aliere, iar structura rezultat va depinde de suma aciunilor acestora. Ca atare, din varietatea mare a acestor oeluri, se disting urmtoarele categorii (clase) principale:

oeluri cu 13.....17% Cr ( martensitice sau feritice);

oeluri cu 17....30% Cr ( feritice);

oeluri Cr-Ni ( austenitice);

oeluri austenito-feritice.n continuare se vor prezenta principalele caracteristici i domeniile recomandate de utilizare ale acestor categorii de oeluri

1.4.2.2. Oelurile cu 13.....17% Cr ( martensitice sau feritice) Aceste oeluri se mpart n 4 grupe ( tabelul 1.13), n funcie de coninutul de Cr i caracteristicile mecanice i tehnologice. Tabelul 1.13Oeluri inoxidabile martensitice i feriticeGrupaConinutul de C, %Coninutul de Cr,%

A

B

C

D