2.2. CUPRUL I ALIAJELE SALE

2.2.1. CUPRUL ELEMENTAR

Cuprul este un metal de culoare roie caracteristic, se lamineaz i se prelucreaz foarte uor, att la rece ct i la cald. Cuprul are o importan deosebit, deoarece posed o nalt conductibilitate termic, electric i o rezisten la coroziune bun n diferite medii. Cuprul face parte din subgrupa I-a a sistemului periodic, avnd numrul de ordine 29 i greutatea atomic medie 63,54. n combinaiile sale cu alte elemente cuprul poate fi mono- i bivalent. Cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate, avnd parametrul reelei cristaline a=3,6078 i nu prezint modificri alotropice. Densitatea cuprului variaz n funcie de temperatur, coninutul de impuriti i tehnologia de extragere i rafinare. Cuprul de puritate 99,99 % la 20 C are densitate 8,9592 g / cm 3 , iar la 1250 C valoarea densitii scade la 8,2952 g / cm 3 . Temperatura de topire a cuprului are valoarea 1083 C. Temperatura de fierbere a cuprului este 2595 C. 2.2.1.1. Proprietile cuprului Proprietile fizice i termice mai importante ale cuprului pur sunt prezentate sintetic n tabelul 2.2.

Tabelul 2.2 Proprietile fizice i termice ale cuprului pur

Contracia

volumic la

solidificare

[%]

Dilataia

termic liniar

la 20 C [1/C]

106

Cldura

specific

la 20 C

[cal/gC]

Cldura

latent

de

topire

[cal/g]

Conductivitatea

termic a cuprului

pur monocristalin la

20 C[cal/cm s C]

Cldura

latent de

vaporizare

[cal/g]

Entalpia

la 100

C [cal/g]

4,92 16,42 0.0918 50,6 0,9410,005 1.755 6,9

Proprietile mecanice ale cuprului, care depind de gradul de puritate, natura impuritilor, starea materialului metalic (turnat, deformat, tratat termic etc.), sunt prezentate n tabelul 2.3.

Tabelul 2.3

Caracteristicile mecanice ale cuprului

Caracteristicile mecanice Starea cuprului Turnat Recopt Ecruisat Rezistena la rupere la traciune [daN/mm2 ] 17 20...24 40...50 Limita de elasticitate [daN/mm 2 ] - 2,5 30 Limita de curgere [daN/mm 2 ] - 7...10 35...38 Alungirea relativ [%] 16...18 35...50 5...6 Rezistena la oboseal (torsiune alternativ) [daN/mm2 ] - 2,8 4,2 Rezistena la forfecare [daN/mm2 ] - 19 43 Duritatea HB [daN/mm2 ] - 35...40 95...110 Reziliena [N/cm 2 ] 53 - -

Cuprul este un metal att de maleabil i ductil, nct au fost obinute foi laminate cu o grosime de numai 0,0026 mm. Din punct de vedere chimic, cuprul este un metal puin activ, dei se combin direct cu oxigenul, sulful i halogenii. La temperatura obinuit, aerul uscat nu acioneaz asupra cuprului, ns n aer umed care conine CO 2 , cuprul se acoper cu un strat de carbonat bazic. nclzit n aer la temperaturi de peste 200 C, cuprul se acoper cu un strat de oxid cupros (Cu 2 O), care trece apoi n oxid cupric (CuO). Pulberea de cupru obinut prin reducerea CuO cu oxid de carbon are proprieti piroforice.

2.2.1.2. Influenta elementelor de aliere i a impuritilor asupra proprietilor cuprului Puritatea cuprului are o mare influen asupra proprietilor sale. Multe elemente prezente n cantiti extrem de mici (miimi i sutimi de procente) coboar brusc conductibilitatea electric i termic a cuprului, micornd totodat capacitatea sa de prelucrare prin deformare plastic. Elementele ntlnite n mod curent n cupru pot fi clasificate n trei grupe: - elemente care se dizolv n cupru (Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag, Au, Pt, Cd, Ga, Co, Mn, In, Be, Mg, Ti, Zr, Cr, As, Sb etc.); - elemente care practic nu se dizolv n cupru i formeaz cu acesta eutectice uor fuzibile (Bi, Pb etc.); - elemente care formeaz cu cuprul compui chimici (O2 , S2 , N 2 , P etc.). a.) Elementele solubile n cupru. Aceste elemente formeaz cu cuprul soluii solide, favoriznd mbuntirea caracteristicilor mecanice, n special a rezistenei la rupere i duritii, n schimb au o influen negativ asupra conductibilitii termice i electrice. n funcie de aciunea lor asupra conductibilitii electrice i termice ele pot fi grupate n: - elemente care micoreaz ntr-un grad nensemnat conductibilitatea electric i termic a cuprului (Ag, Au, Cd, Cr, Zr etc.); - elemente care scad moderat conductibilitatea electric i termic a cuprului (Zn, Sn, Pb, Be etc.); - elemente care micoreaz brusc conductibilitatea termic i electric a cuprului (As, Al, Si, Fe etc.). b.) Elemente insolubile n cupru. Aceste elemente au cea mai negativ influen asupra cuprului. Ele au proprietatea de a forma cu cuprul eutectice uor fuzibile, care se separ, de regul, la limita grunilor, nrutind capacitatea de deformare i micornd brusc caracteristicile mecanice i fizice ale metalului. Sistemul cupru-plumb. Din diagrama de echilibru termic prezentat n fig.2.3 se constat c eutecticul Cu-Pb, uor fuzibil, se formeaz la concentraii extrem de mici a plumbului. Deci, sunt suficiente cteva sutimi sau chiar miimi de procente pentru a se forma la limita grunilor pelicule uor fuzibile, care ngreuneaz i uneori face imposibil deformarea la cald. n mod similar se comport bismutul.

Fig.2.3. Diagrama de echilibru termic a sistemului cupru-

plumb.

c.) Elemente care formeaz cu cuprul compui chimici; Sistemul cupru - oxigen. Cuprul obinut prin procedeele metalurgice, nedezoxidat, conine ntotdeauna i oxigen, sub form de oxid cupros (Cu 2 O), care poate s aib, peste anumite limite, o influen negativ asupra laminrii la rece, trefilrii, lipirii i cositoririi i n acelai timp micoreaz conductibilitatea electric a acestuia. Oxigenul este foarte puin solubil n cupru n stare solid (0,007 % de greutate la 1040C i 0,0005 % la 500C) din aceast cauz diagrama de echilibru termic Cu - O 2 , din fig.2.4, indic faptul c aceast valoare, practic este egal cu zero, iar n cuprul lichid solubilitatea oxigenului n funcie de temperatur este redat de relaia:

lg[% ] ,maxOT

= 1 9572590 (2.13)

Fig.2.4. Diagrama de echilibru termic a

sistemului cupru-oxigen.

Din diagrama prezentat n fig. 2.4, reiese c ntre Cu i O 2 se formeaz doi oxizi stabili: - oxidul cupros (Cu 2 O) cu 11,18 % O2 , stabil la temperaturi nalte, cu temperatura de topire 1235 C i - oxidul superior (CuO) cu 20,12 % O 2 , stabil la temperaturi joase, cu temperatura de topire de 1110 C. Trecerea oxidului Cu2 O n CuO se produce la temperatura de 375 C, cnd se descompune n Cu i CuO. n diagram se observ un domeniu de

miscibilitate parial n stare lichid la procente mai mari de 1,5 % O2 ; temperatura monotectic fiind de 1200C. n acest domeniu coexist dou straturi lichide (L+L2 ); o soluie de cupru saturat n Cu 2 O i o soluie de Cu 2 O saturat n cupru.

Fig. 2.5. Domeniul eutecticului din

diagrama Cu-Cu 2 O.

Punctul eutectic din diagram, fig.2.5, se afl la temperatura de 1064 C i concentraia de 0,386 % O 2 ceea ce corespunde cu 3,45 % Cu 2 O n greutate. Astfel structura aliajului eutectic cu 0,386 % O 2 (adic cu 3,45 % Cu 2 O ), const n proporie de 100 % din eutectic, format dintr-o mas de cupru, n care sunt distribuite uniform cristalele de Cu 2 O sub

form globular, de culoare gri-albstruie. n cazul cnd aliajul este hipoeutectic, adic exist un coninut mai mic de 0,386 % O 2 , structura va fi alctuit din cristale primare de cupru (mai precis dintr-o soluie solid de oxigen n cupru, foarte srac n O 2 ), nconjurate de eutectic (Cu + Cu 2 O ). n general, un coninut mai mare de 0,1 % O 2 , conduce la reducerea accentuat a plasticitii, alungirii, striciunii, a numrului de ndoiri i a sudabilitii. Cuprul obinuit, folosit n industrie, conine pn la 0,45 % Cu 2 O, ceea ce corespunde la un coninut de 0,05 % oxigen. Avnd n vedere efectul duntor al coninuturilor excesive de oxigen (Cu2 O) asupra proprietilor tehnologice, de prelucrare i de exploatare a cuprului se impune determinarea coninutului de oxigen din cuprul rafinat termic i dezoxidat. Astfel, n industrie este obligatorie determinarea coninutului de oxigen la cuprul care urmeaz s fie prelucrat prin deformare plastic i este destinat industriei constructoare de maini i celei electrotehnice. Determinarea coninutului de oxigen se face dup efectuarea operaiilor de afinare termic plus dezoxidare.

Sistemul cupru-sulf. ntre cupru i sulf se formeaz 2 compui: Cu 2 S i CuS, iar n prezena altor metale apar sulfuri complexe. Fig. 2.6. Diagrama de echilibru a sistemului cupru - sulf.

Din diagrama de echilibru prezentat n figura 2.6., rezult c sulfura cuproas este foarte puin solubil n cuprul lichid, solubilitatea maxim fiind de 1,5 % la

temperatura de 1105 C. Prezena eutecticului Cu-Cu2 S ( cu 0,77 % S) n lingouri produce greuti la deformarea la cald i la rece.

Sistemul cupru-fosfor Cuprul formeaz cu fosforul combinaii stabile de tipul Cu 3 P, Cu5 P2 , Cu 2 P, CuP, CuP 2 . Analiznd diagrama de echilibru a sistemului cupru - fosfor prezentat n fig. 2.7., se constat c n acest sistem se formeaz o soluie solid cu un coninut maxim de fosfor de 1,75 % la 707 C, iar n cazul coninutului mai ridicat de fosfor apare un eutectic ntre soluia solid de fosfor n cupru i compusul Cu 3 P.

Fig. 2.7. Diagrama de echilibru a sistemului

cupru-fosfor.

Aliajele de cupru cu fosfor sunt utilizate n tehnic. Astfel, aliajul cu 0...14 % fosfor, este folosit ca dezoxidant la elaborarea aliajelor pe baz de cupru, iar aliajele de cupru cu 2...2,5 % fosfor i 8 % Pb se folosesc pentru piesele turnate ca nlocuitor al bronzurilor cu staniu. Aliajele cupru-fosfor se obin n condiii speciale, mai ales cele cu un coninut de peste 15 % fosfor, deoarece tensiunea de vapori a fosforului n aceste condiii este cu mult mai mare de 760 mm col Hg. Sistemul cupru-azot. Azotul nu are o influen negativ asupra proprietilor cuprului, deoarece nu este solubil n acest metal ca urmare un lingou de cupru topit n atmosfer de azot se obine fr defecte, deci cuprul se poate elabora n atmosfer inert, de azot. Sistemul cupru - carbon. Cuprul dizolv

cantiti nensemnate de carbon: 0,0001 % la 1100C i 0,003 % la 1700C. Sistemul cupru - hidrogen. Solubilitatea hidrogenului n cupru are o importan deosebit la elaborarea i turnarea cuprului i aliajelor sale. La temperatur i presiune normal un volum de cupru poate dizolva 0,3...4,8 volume de hidrogen. Hidrogenul formeaz cu cuprul o soluie solid interstiial, datorit diferenei mari dintre diametrele atomice ale hidrogenului i cuprului (0,92 la hidrogen, fa de 2,56 pentru cupru )

2.2.2. ALIAJELE PE BAZ DE CUPRU

Pentru clasificarea aliajelor de cupru, avnd n vedere marea lor diversitate, pot fi luate n considerare dou criterii mai importante: - natura elementului de aliere principal; - proprietile i domeniile de utilizare ale aliajelor. Conform primului criteriu, aliajele de cupru pot fi grupate n: - aliaje pe baza sistemului Cu-Zn (alame) i - aliaje pe baza sistemelor Cu - Me (bronzuri), n care Me reprezint un metal (semimetal) oarecare, n afar de zinc i nichel. Alamele se mpart n urmtoarele dou subgrupe: - alame binare (Cu-Zn), alctuite numai din cele dou metale componente, fr alte elemente de aliere; - alame complexe (speciale), care n afar de cupru i zinc, mai conin i alte elemente de aliere ce confer alamelor proprieti deosebite. Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu alte elemente dect zincul i nichelul i se mpart n dou subgrupe: - bronzuri cu staniu, la care principalul element de aliere al cuprului este staniul; - bronzuri fr staniu, la care ca elemente principale de aliere apar elemente n afar de staniu. Din aceast subgrup fac parte bronzurile cu aluminiu, cu plumb, cu siliciu, cu mangan, cu beriliu etc. Aliajele de cupru, dup proprieti i domenii de utilizare, pot fi grupate n urmtoarele categorii:

- antfriciune, - cu conductibilitate electric i termic ridicat, - anticorozive, - refractare, - criogene, - pentru achiere pe strunguri automate, - cu proprieti mecanice deosebite, - pentru turnarea sub presiune, - antiscntei, - pentru ambutisare adnc,

- pentru industria chimic, alimentar, naval, n aeronautic, n construcii de autovehicule etc.

2.2.2.1. ALIAJELE CUPRU - ZINC (alame binare)

Conform diagramei de echilibru termic prezentat n figura 2.9., care se compune din cinci diagrame peritectice simple, alierea cuprului cu zincul se poate realiza n orice proporie (n practic se folosesc cu precdere numai aliajele care conin sub 50 % Zn). n sistem se formeaz ase faze: , , , , i , n ordine crescnd a coninutului de zinc.

Fig. 2.9. Diagrama de echilibru termic a sistemului cupru-zinc.

Faza are aceeai structur ca a cuprului (cubic cu fee centrate) i este o soluie solid tipic de substituie, o parte din atomii de cupru fiind nlocuii cu atomi de zinc. Limita de solubilitate a zincului n cupru, la temperatura normal este cuprins ntre 39...40 %, cu creterea temperaturii se micoreaz aceast valoare, ajungndu-se la

32,5 %, la temperatura peritectic de 904C. Ca urmare a segregaiei zincului la cristalizarea primar a alamelor, curba de solubilitate maxim este deplasat spre stnga cu att mai mult cu ct viteza de rcire este mai mare. Faza este o soluie solid pe baza compusului intermetalic ZnCu, cu reea cubic cu volum centrat. La temperaturi joase domeniul fazei se ngusteaz pn la 45...49 % Zn. La temperaturi mai mari de 450...470 C (linia ntrerupt n diagrama de echilibru) faza este o soluie solid neordonat, fiind caracterizat prin distorsiuni n aezarea atomilor de cupru i zinc n reeaua compusului ZnCu. La temperaturi mai mici de 450...470 C se observ o ordonare n aezarea atomilor n reeaua fazei (atomii de cupru sunt aezai n colurile cubului, iar atomii de zinc n centrul lui); se formeaz o soluie solid pe baza unui compus intermetalic, ordonat, care se noteaz cu .

Trecerea soluiei solide neordonate n soluie solid ordonat este nsoit de creterea conductibilitii electrice i termice, de mrirea valorii coeficientului de dilatare, de micorarea cldurii specifice i de scderea brusc a plasticitii, ceea ce conduce la greuti la prelucrare prin deformare la rece. Aceste alame i recapt plasticitatea la temperaturi nalte (deformare la cald).

Faza este o soluie solid, pe baza compusului intermetalic Cu5 Zn 8 , cu o reea cristalin cubic complex. 2.2.2.1.1. Proprietile alamelor binare Alamele binare se caracterizeaz printr-o bun conductibilitate termic i electric, proprieti mecanice medii i o rezisten la coroziune ridicat, putnd fi turnate, forjate, laminate la cald sau la rece n table, benzi, profile, evi, srme etc. n acelai timp, datorit domeniului ngust de solidificare, aceste materiale metalice au proprieti bune de turnare, prezint o tendin redus de segregare, o fluiditate bun, formeaz retasuri concentrate. Plasticitatea alamei compus din soluia solid (aa numita - alama ) crete pe msura adugrii zincului, pn la 30...32 %Zn, iar dup aceea scade din cauza apariiei

fazei , figura 2.10.

Fig. 2.10. Variaia caracteristicilor mecanice ale alamelor binare, n stare

turnat, n funcie de coninutul de zinc. Cele mai plastice sunt alamele i + . Alamele . au o duritate mare, nu sunt suficient de plastice la rece, dar se

deformeaz uor la cald. Alamele i mai ales alamele . + sau sunt fragile i de aceea n practic se ntrebuineaz numai alamele care au coninut maxim 45...47 % Zn. Rezistena la rupere nu prezint valori apreciabile n cazul alamelor , dar se mbuntete substanial n cazul alamelor ( + ), atingnd valori maxime cnd coninutul de zinc este cuprins ntre 45...47 %, fig. 2.10. Pe msur ce crete coninutul de zinc se micoreaz rezistena la fluaj a alamelor.

Duritatea se mbuntete sensibil la mrirea coninutului de zinc, dar n domeniul bifazic ( +) aceasta crete brusc. Pentru domeniul bifazic duritatea alamelor se apreciaz pe baza relaiei empirice: HB = 4Zn - 60 (2.14) Alamele sunt rezistente la coroziune n atmosfer, ns n prezena unor gaze ele se corodeaz puternic. Forma de coroziune mai des ntlnit este separarea zincului i apariia fisurilor de coroziune. Factorii care favorizeaz corodarea alamelor sunt tensiunile interne i prezena unui mediu coroziv. Tendina de formare a fisurilor de coroziune se mrete cu creterea coninutului de zinc. Pentru nlturarea acestora este necesar ca alamele s fie supuse unui proces de recoacere la 250...270C, cnd se elimin tensiunile interne.

2.2.2.1.2. Influena impuritilor asupra proprietilor alamelor

Cele mai duntoare impuriti n alame sunt: - bismutul - coninut maxim admisibil 0,003 %; - stibiul - coninut maxim 0,1 %; - plumbul - coninut maxim 0,03 %, pentru alamele . Aceste elemente prezente, formeaz eutectice uor fuzibile sau compui intermetalici care se separ la limitele grunilor i provoac fragilitate la rou. Plumbul este duntor mai ales n alamele turnate, netratate termic. n cazul unui tratament termic n timpul recristalizrii, plumbul n majoritate rmne n interiorul noilor cristale formate i astfel se atenueaz aciunea sa. Dac coninutul de zinc n alam este ridicat, atunci coninutul de plumb poate fi mrit. n alamele bifazice (+), de exemplu, se adaug uneori n mod intenionat pn la 1...2 % Pb, mbuntindu-se prin acesta prelucrabilitatea prin achiere. Aliajul de compoziie 35,5 % Zn, 3 % Pb, rest % Cu este considerat materialul metalic cu cel mai ridicat indice de achiabilitate. Stibiul n alame este mult mai duntor dect n cupru, deoarece are o solubilitate foarte sczut (sub 0,01 %) i formeaz un compus intermetalic fragil Cu 2 Sb, care formeaz la limita grunilor o reea fin i fragil. Fierul n cantiti mici, sub 0,1 %, nu are nici o influen asupra proprietilor alamelor, ns peste 0,2 % este duntor, mrind fragilitatea aliajului. Arsenul se dizolv n alama pn la 0,1 %. El poate forma cu cupru compusul Cu 3 As, care favorizeaz apariia fragilitii. Totui n cantiti pn la 0,02...0,03 % are o aciune pozitiv, mbuntind, mai ales, rezistena la coroziune. Fosforul, element care este utilizat n mod curent pentru dezoxidarea cuprului, are o solubilitate redus n alame. Totui acest element poate s influeneze pozitiv proprietile mecanice dac coninutul su este sub 0,06 %. n cazul n care depete aceast valoare, n sistem apare compusul Cu 3 P, care provoac fragilitatea materialului, dar i n aceste condiii fluiditatea se menine la valori ridicate. Solubilitatea gazelor n alame este relativ mic i se reduce foarte mult n apropierea punctului de fierbere a zincului (904 C), totui cantitile de gaze prezente pot provoca apariia microsuflurilor n lingouri i piese turnate. S-a constatat c CO, CO 2 , i N 2 sunt insolubile n aceste aliaje; gaze duntoare sunt numai H 2 i SO 2 , a cror eliminare este obligatorie. n ceea ce privete oxigenul, nu se ridic probleme deosebite, deoarece acesta interacioneaz cu zincul din aliaj formnd ZnO, insolubil n baia metalic i stabil la temperatura de eleborare. Prezena oxigenului este posibil numai n alamele cu un coninut redus de zinc.

Cu creterea coninutului de zinc, culoarea alamelor se modific: de la rou la galben auriu, la un coninut de 10 % Zn; rou deschis la 20 % Zn; galben-auriu rocat la 50 % Zn; pn la alb-roz la 53 % Zn. Alamele binare sunt utilizate pentru obinerea plcilor de condensatoare, arcuri, uruburi, profile, srm, benzi, evi, tuburi prin ambutisare, piese prin tanare, matriare, extrudare sau turnare, necesare n electrotehnic, aeronautic, construcii de maini, aparatur electronic i de automatizare, n industria chimic, naval, militar i de bijuterii.

2.2.2.2. ALIAJELE CUPRU - ZINC SPECIALE (alame speciale)

Alamele speciale reprezint acele aliaje de Cu-Zn, n care se adaug n plus cantiti mici de alte elemente de aliere n scopul mbuntirii unor proprieti, fr ca materialul metalic s-i piard caracterul su de alam. n alamele speciale ca adaosuri se folosesc: aluminiu, staniu, nichel, mangan, fier, siliciu, plumb etc., care mresc rezistena, duritatea, rezistena la coroziune i alte proprieti de exploatare, tehnologice i de prelucrare ale aliajului. Deoarece coninutul elementelor speciale de aliere este sub 15 %, aceste aliaje vor fi alctuite, n general, din aceiai constitueni structurali ca i aliajele binare Cu-Zn. Prin introducerea elementelor de aliere se modific raportul cantitativ al fazelor i proprietile alamei. Dac o parte din zinc este nlocuit de un alt element, raportul cantitativ ntre soluiile , etc. se schimb, cu toate c s-a meninut constant coninutul de cupru. Aceast influen a elementelor speciale de aliere se caracterizeaz, aproximativ, cu ajutorul coeficientului de echivalen k, care ne arat c 1 % dintr-un element de aliere produce aceiai modificri structurale ca i k % Zn, ntreaga cantitate de aliaj fiind considerat 100 %. Coeficienii de echivalen pentru cteva elemente speciale de aliere ale alamelor, se dau n tabelul 2.4.

Coeficieni de echivalen pentru alamele speciale

Element Si Al Sn Mg Pb Cd Fe Mn

Ni Co

Coeficientul de echivalen k

10...12 4...6 2 2 1 1 0,9 0,5 -1,3 -0,1...-1,5

Fiecare din aceti coeficieni arat ct zinc poate s fie nlocuit de un procent din elementul special de aliere adugat.

Din punct de vedere al aciunii asupra structurii, elementele speciale de aliere se pot clasifica n dou mari categorii:

- elemente care ngusteaz domeniul soluiei solide , micornd solubilitatea zincului n cupru (Si, Al, Fe, Mn etc.);

- elemente care lrgesc domeniul soluiei solide , mrind solubilitatea zincului n cupru (Ni, Co, Ag etc.).

Pentru caracterizarea alamelor speciale s-au introdus noiunile de : coninut aparent de cupru i titlu fictiv de zinc.

Coninutul aparent de cupru se calculeaz cu relaia:

[Cu]ap = [ ]

[ ]100

100 1Cu

a k+ ( )% (2.15)

Titlul fictiv de zinc se calculeaz cu relaia:

[Zn] f = [ ]

[ ] [ ]

[ ]Zn k a

Zn Cu k a

i ii

n

i ii

n

+

+ +

=

=

1

1

100 % (2.16)

n care:

- [Cu]- coninutul real de cupru al aliajului;

- a- cantitatea de de element special de aliere adugat, n %;

- [Zn]- coninutul real de zinc al aliajului.

Titlul fictiv de zinc reprezint coninutul aparent de zinc care determin constituenii structurali ai aliajului.

n acest mod cunoscnd coeficienii de echivalen i cantitatea adugat din fiecare element special de aliere, putem prevedea, pentru majoritatea cazurilor, tipul de structur obinut.

2.2.2.2.1. Alame cu siliciu. Siliciul avnd coeficientul de echivalen k=10, ngusteaz domeniul soluiei solide i micoreaz solubilitatea zincului n cupru. Siliciul influeneaz puternic structura alamelor speciale i din aceast cauz n alamele care conin sub 10 % zinc se pstreaz caracteristicile bronzului cu siliciu i chiar pentru cele cu 10...20 % Zn, cu condiia meninerii unui procent ridicat n elementul de aliere.

Alamele cu siliciu sunt aliaje care se caracterizeaz prin proprieti mecanice i de turnare bune, se sudeaz bine i se pot prelucra uor prin achiere. Datorit fluiditii ridicate se pot obine piese turnate compacte, cu perei subiri, de form complicat. Rezistena mecanic i duritatea acestor materiale metalice cresc uniform i substanial n prezena siliciului, n schimb alungirea crete pn la un coninut de 1 % Si n alamele cu 60 % i 70 % Cu i pn la 2...2,5 % Si n alamele cu 80 % Cu.

Siliciul sporete apreciabil fluiditatea alamelor speciale. Aa de exemplu, fluiditatea alamei speciale cu 80 % Cu, care conine 3,5 % siliciu este de 1,5 ori mai mare dect fluiditatea alamei binare i de dou ori mai mare dect cea a bronzurilor cu staniu. De asemenea acest element reduce mult temperatura de topire a aliajului. Astfel, temperatura de sfrit de topire a alamei cu 80 % Cu este de 997... 1010 C, pe cnd a aceluiai aliaj care conine 3,5 % Si, este de numai 890C. n acelai timp siliciul mpiedic oxidarea intens a zincului n timpul elaborrii i turnrii alamei.

Aceste alame au o rezisten la coroziune suficient de mare n ap marin, ap dulce, vapori la temperaturi sub 300 C, petrol, benzin, alcool i alte substane organice.

2.2.2.2.2. Alame cu plumb. Plumbul are un coeficient de echivalen k=1, deci practic nu acioneaz asupra structurii alamei speciale ca celelalte elemente de aliere, din cauza insolubilitii lui n cuprul solid.

Un adaos de 0,6...3 % Pb n alamele bifazice poate mbuntii considerabil prelucrabilitatea prin achiere. n mod similar cu sulfura de mangan din oelurile pentru automate, plumbul n alame acioneaz ca un element care frmieaz achiile cnd se gsete sub forma unor globule mici, fine i uniform distribuite n masa aliajului. Astfel de alame cu plumb sunt utilizate n construcia pieselor pentru aparate de precizie, unde este necesar o calitate nalt de prelucrare cu scule achietoare. n unele cazuri, din aceste alame se confecioneaz piese de antifriciune.

Dac ns aliajele Cu-Zn cu coninut de plumb sunt elaborate n mod necorespunztor, acest element, care se topete la temperaturi joase, se acumuleaz sub form de ciorchini sau formeaz o reea la limita grunilor, diminund proprietile mecanice, iar la prelucrarea prin deformare la cald, conduce la apariia fisurilor intecristaline.

2.2.2.2.3. Alame cu aluminiu. Aluminiul avnd un coeficient de echivalen mare k= 6, micoreaz domeniul soluiei solide . Ca urmare chiar ntr-un aliaj cu 58 % Cu, 38,5 % Zn, 3,5 % Al, apare faza fragil .

Adaosul de aluminiu confer alamelor o rezisten nalt, o duritate ridicat i o mare stabilitate la coroziune. Efectul pozitiv al acestui element se explic prin faptul c el se dizolv n aliaj n stare solid i formeaz la suprafaa produselor turnate un strat de oxid dens, compact i rezistent la aciunea diferiilor ageni prezeni n atmosfera oxidant.

Un interes practic deosebit l reprezint alamele speciale cu un procent mare de cupru i cu un coninut de pn la 4 % Al, deoarece au o structur monofazic i se preteaz bine la prelucrarea prin deformare.

n acelai timp alamele speciale cu aluminiu, care conin 18...30 % Zn i 3...5 % Al, sufer transformri de faz n stare solid i pot fi supuse tratamentelor termice.

n ultimul timp se manifest un interes deosebit fa de alamele speciale cu aluminiu, deoarece prezint fenomenul de memorie a formei. Efectul de memorie a formei este rezultatul direct al transformrii martensitice termoelastice i a prezenei maclelor interne. El const n capacitatea aliajului de a redobndi, n anumite condiii, forma pe care o avea nainte de a fi deformat. Prezena maclelor n martensit face posibil deformarea martensitei prin demaclare. La nczire, n cursul transformrii martensitei n faz iniial, regiunile demaclate i reiau orientarea pe care au avut-o n martensita nedeformat, iar tensiunile din martensit induse n procesul de deformare prin demaclare acioneaz n sensul restabilirii formei pe care o avea corpul metalic nainte de deformare. Transformarea martensitic reversibil se caracterizeaz prin faptul c, nclzind martensita la temperaturi superioare temperaturii T 0 de echilibru termodinamic al transformrii martensitice, aceasta se transform prin procese fr difuzie, printr-un mecanism martensitic, n faza iniial. Transformarea, martensit - faz iniial are loc ntr-un interval de temperaturi; prin analogie cu punctul M s , de nceput de transformare martensitic, se definete n acest caz o temperatur A s care reprezint temperatura de nceput de transformare reversibil a martensitei n faza iniial i o temperatur A f de sfrit de transformare reversibil a martensitei n faza iniial, similar temperaturii M

f, de sfrit de transformare martensitic.

Fig. 2.11. Variaia punctul M s , de nceput de transformare martensitic, n

funcie de concentraia zincului, pentru aliajul ternar Cu-Zn- Al, cu 2 % i 4 % Al.

Transformarea martensitic reversibil poate fi exprimat prin curbele de variaie cu temperatura a cantitii procentuale de faz iniial n structura aliajului, curbe care pun n eviden existena unui histerezis al transformrii. Valorile temperaturilor M s , M f , A s respectiv A f sunt determinate, n principal, de compoziia chimic a aliajului.

n cazul alamelor speciale cu 2 respectiv 4 % Al modificarea temperaturii M s , n funcie de compoziia aliajului se prezint n diagrama din figura 2.11. Clibilitatea redus a aliajelor Cu-Zn-Al, precum i condiia de uniformitate structural a produselor tratate impun ca grosimea materialelor s nu depeasc 3 mm. La aceste aliaje se ridic probleme deosebite la elaborare, n sensul respectrii ct mai precise a compoziiei chimice i meninerii la nivele ct mai sczute ale concentraiilor impuritilor metalice, deoarece abaterile de la compoziia chimic prescris afecteaz n mod considerabil efectul de memorie a formei pentru aliajul dat.