materiale speciale support curs 2012

MATERIALESPECIALESUPORTCURS

FIHI&E 2

PREFAACompetitivitateaeconomicoindustrialaviitoruluiimpuneobinereadeprodusenoi,cuparametriiridicai,la care caracteristicile complexe geometricofuncionale se combin cu exploatarea complet aproprietilormaterialului.Acest scop seatingeutilizndmaterialenoiprelucrabile i tehnologiinoi saumodernizate, adaptate materialului nou. Dezvoltarea tehnologiilor pentru materiale noi (compozite,ceramice,minerale i sinterizate) constituie tematica cercetrilor intense i a descoperirilor tehnice dinultimiianiiapreocuprilornviitorpeplaninternaional.n acest context se nscriumaterialele noidenumite genericmateriale compozite,minerale, ceramice isinterizate pe care specialitii le numesc materiale din generaia a doua, care au o larga utilizare nconstruciademainiunelte iutilajtehnologic, n industriaaerospaial,detransportnaval,dematerialrulant,electronicielectrotehnic,demainienergetice,caurmareacaracteristicilortehnicesuperioarealeacestora.Odat cu elaborarea i asimilarea de noimateriale, avansate din punctul de vedere al caracteristicilortehnice fa dematerialelemetalice i nemetalice clasice, au aprut i probleme noi privind domeniulproiectrii i tehnologiilordeprelucrareprimar, intermediar i finalalediferitelorpiese sauproduse,caresleasigureacestorapreciziadimensional,deformgeometricidecalitateasuprafeelorimpusederolulfuncional,graduldesolicitareicondiiiledelucru.n aceast lucrare, se abordeaz, ntrun mod sintetic i accesibil clasificarea i caracteristicile lor,tehnologiiledeelaborareasemifabricatelorideprelucrarealeacestora,precumidomeniuldeutilizare,avndnvedererezultatelecercetrilorteoreticeiexperimentale.Materialelesunttratatendetaliu,prezentnduseproprietilelorfizicomecaniceimoduldecomportareal produselor i condiiile de lucru, metodele de formare a diferitelor piese precum i procedeele deprelucrareconvenionaleineconvenionale,cupreciziaprincipalilorparametriprivindgeometriasculeloriregimurilordeprelucrare.nprezent, industriadeautomobile,aaparatelorelectrocasnice,a instrumentelorelectricedemsur ichiararachetelornupotficonceputefrutilizareapieselorimaterialelorscumpesaudeficitarecualtelemaiieftineiuordeprocuratcarenupotfielaborateprinprocedeeleclasice.DisciplinaMATERIALESPECIALEipropunesanalizezeurmtoareleproblemedidactice:CAPITOLUL1.CLASIFICAREAGENERALAAMATERIALELORSPECIALE.

Clasificareamaterialelorfolositenindustrie. Criteriigeneraledealegereamaterialelor.

CAPITOLUL2.MATERIALEMETALICE Definireasiclasificarematerialelormetalice. Proprieti.Tehnologii.Utilizri.

CAPITOLUL3.MATERIALECOMPOZITE Definireasiclasificarematerialelorcompozite.Fazeconstituente. Materialecompozitearmatecufibre. Materialecompozitearmatecuparticule. Matricialecompozitelor.Matriciorganice.Matricimetalice.Matriciceramice.Matricistratificate. Procesetehnologicedeobinere. Utilizrilematerialelorcompozite.Controlulmaterialelorcompozite.

CAPITOLUL4.MATERIALECERAMICE. Definireasiclasificarematerialelorceramice. Silicaticeramici.Ceramicaoxidic.Ceramicanonoxidic.Nitruriceramice. Obinereamaterialelorceramice. Tipuridematerialeceramicetradiionale.Tipuridematerialeceramicetehnice. Tehnologiideprelucrare.Fabricareapulberiiceramice.Fabricareafibrelorceramice. Materialecompozitebazatepematerialeceramice. Tehnologiideformareaproduselorceramicetehnice.


FIHI&E 3

CAPITOLUL5.STICLEMETALICE.

Generaliti.Materiiprime.Fabricareasticlei. Sticlaplan.Geamurimoderne.Sticlemultistrat. Sticlaclit.Sticlaarmata.Fibrelesticla Sticlaoptica.Fibreleoptice. Recipientedesticla.Sticlademenaj. Aliajecareformeazsticlemetalice.Metalizarea. Metodedefabricaieasticlei.

CAPITOLUL6.MATERIALEPOLIMERICE. Definire.Polimerizare. Clasificareapolimerilor.Materialepolimerice.Elastomeri. Materialepolimerice.Maseplastice.(Plastomeri) Procedeedefabricareamaterialelorplastice. Materialeplasticearmate.Utilizri.

Studierea disciplinei MATERIALE SPECIALE are ca scop dobndirea urmtoarelor obiective: formarea,educarea i implementarea unor cunotine privind gamamaterialelor noi denumite generic materialespeciale materiale ceramice,materiale compozite,materialeplastice,materialepolimerice,materialesinterizate,materiale inteligentecumemoria formei ialiajeamorfesticlemetalice,adicmaterialedegeneraiaadoua.Alturi de elaborarea i asimilarea de noi materiale, avansate tehnic fa de materialele metalice inemetaliceclasice,studeniipotdobndicunotineprivindtehnologiiledeobinere,precumidomeniiledeutilizarealeacestora.


FIHI&E 4

CAPITOLUL1.CLASIFICAREAGENERALAMATERIALELORMaterialeleseclasificalunddreptcriteriiattaspectulstructurii,proprietilesicompoziiachimica,catsidomeniiledeinteres.Extindereadomeniilordeutilizarecasidezvoltareatehnologicasuntdouamodalitatiprincarematerialele inconcurentapentruponderea lor in tehnica, isimodifica locul in ierarhie.Evoluiamaterialelor si a proprietatilor lor este determinata de progresele tehnologiei si inovaiile din acestdomeniu. La rndul lor tehnologiile noi, apar ca rspuns al exigentelor din ce in cemai severe privindconfortul si sigurana omului, a necesitaii ocrotiriimediului nconjurtor, etc.De exemplu,dezvoltareaindustriei electronice (adic a circuitelor integrate gravate pe siliciu, pe care se bazeaz funcionareatuturorcalculatoarelor)aadus iniial inprimplanaluminiulsialiajelesalecarechiarcurezistivitatemica,nedifuznd in stratul de siliciu sa dovedit performant; pemsura ce grosimea conexiunilor gravate pesiliciu a trebuit sa fiemicorata aa incat sa se asigure omajorare a circuitelor desenate (la rndul lorpresupunndfolosireadenoitehnologiiceaupornitdelagravareacuacid,panalaplacareaelectronica)auatrasateniamaterialelepebazadecupruceasiguraobinereadestructuritipsandwichmaiperformante.Sectorul tehnologic de vrf al secolului 21, microelectronica a creat la rndul ei etape superioaretehnologice, nanotehnologia, fotonica, biotehnologia, materialele semiconductoare reprezentndadevratevitaminepentruacestea.Existmiidematerialedisponibilepentruutilizarea naplicaiide inginerie.Celemaimultemateriale sencadreaz nunadin cele trei clase care sebazeazpe forelede lipireatomicaunuimaterial special.Aceste trei clase suntMETALICE, CERAMICE si POLIMERICE. n plus, diferitemateriale pot fi combinatepentruacreaoapatraclasa,denumiteMATERIALECOMPOZITE.

Figura1.Clasificareageneralaamaterialelor

ncadrulfiecreiadintreacesteclasificri,materialelesuntadeseamaimultorganizatengrupuri,nfunciedecompoziiachimicaacestora,deproprietile fizicesaudecelemecanice.Materialecompozitesuntadeseagrupatepetipuridematerialecombinatesaumodulncarematerialelesuntaranjatempreuna.Oclasificarefrecventaamaterialelorncadrulacestorpatrugrupegeneraledemateriale,seprezintinfigurademaijos.

MATERIALEMETALICEmetaleialiajeferoase(oteluricarbon,otelurialiate,

oeluriinoxidabile,fonte)metalesialiajeneferoase(aluminiu,cupru,magneziu,

nichel,titan,metalepreioase,metalerefractare,superaliaje)

MATERIALEPOLIMERICEMaterialeplastice

materialetermoplasticematerialetermorigide

ElastomeriMaterialeplasticearmate

MATERIALECERAMICEsticle

sticlaceramicagrafit

diamantsticlemetalice

MATERIALECOMPOZITEcompozitecumatricemetalicacompozitecumatriceceramicecompozitecumatricepolimerica

structuritipsandwich(stratificate)compoziteavansate


FIHI&E 5

1.1.MATERIALEMETALICEReprezint aproximativ dou treimi din toatematerialele i aproximativ 24% dinmasa planetei.Acestematerialeprezintproprietiutile,inclusivrezisten,ductilitate,punctedetopireridicate,conductivitatetermicielectric,itenacitate.Dintabelulperiodic,sepoateobservacunnumrmaredeelementesuntclasificatecafiindmetale.Ctevadinmetalecomuneitipiceutilizrilelorsuntprezentatemaijos:

Fierulformeazaliaje(fontasiotel)suntutilizatepentruaplicaiicriticederezisten Aluminiul si aliajele sale sunt folosite,deoarece acestea sunt uoare, accesibile, necostisitoare i

reciclabile. Cuprulialiajedecupruauoseriedeproprieticare lefacutile, inclusivcapacitateelectrici

energietermicdenaltconductivitate,ductilitatemare,irezistenbunlacoroziune. Titanul si aliajele de titan au rezisten la temperaturimaimari sunt utilizate pentru aplicaii

atuncicndbunarezistentalacoroziuneestenecesar Nichelulsialiajeledenichelsuntutilizatepentrutemperaturimairidicate.

Este cunoscut faptul c aliajelemetaliceprezintproprieti superioare fade cele ale componentelorconstituente.Metaleletehnicpuresuntutilizateinpracticadatoritaunorproprietispeciale,cumsuntconductibilitateatermica si electrica,rezistenta buna la coroziune, stabilitatea la temperaturi nalte, ca de pilda cuprul,aluminiulsiargintulpentruconductibilitatealortermicasielectricamari,staniul,molibdenulsiwolframulpentrustabilitatea latemperaturi nalte. Inpracticacelemaimultemetalesuntfolositoaresubformadealiaje, adicmaterialemetalice rezultate din topirea mpreun a unormetale cumetale saumetale cunemetale(metaloide).Pentrucaunaliajsaposedeproprietimetalice,estenecesarsapredomine legturametalica.Pentrucaprintopiresarezulteunaliaj,elementeletrebuiesasedizolvecompletinstarelichida,formndotopituraomogena care, prin solidificare, sa dea natere unui material metalic omogen din punct de vederemacroscopic. La scara atomica, toate aliajele sunt eterogene, ntruct sunt alctuite din cel puin douafeluri(specii) de atomi.Metalele (elementele) care alctuiesc aliajul poarta numele de componeni, iartotalitateaaliajelorformatedectreaceiaicomponeni,formeazunsistemdealiaje.1.2.MATERIALECERAMICECeramicele au fost definite, nmod tradiional, ca solide nemetalice anorganice, care se prepar dinmaterialedetipprfos, fabricate nproduse finiteprinaplicareadecldur.Astfelafieazproprietilecaracteristice caduritate, traciune,electrice si conductivitate sczute, i fragilitate.Ceramicavinede lacuvntulgrecesc"KERAMIKOS",care nseamn"CERAMICA".Acesteasuntdeobiceicristaline nnaturisuntcompuiformaintreelementemetaliceinemetalice,cumarfialuminiuioxigen(alumin,Al2O3),calciuioxigen(oxiddecalciu,CaO),siliciuiazot(nitruradesiliciu,Si3N4)nfunciedemetoda lordeformare,ceramicapoatefidensasauuoara.Deobicei,materialeleceramicedemonstreaz excelent rezisten i duritate, si cu toate acestea, ele sunt adesea fragile n natur.Ceramicapoate servi camateriale electric izolatoare.Unele ceramice, cum ar fi superconductoarele, auproprietimagnetice.Ele sunt,deasemenea,mai rezistente la temperaturi ridicate simediiduredectmetaleipolimeri.Suntutilizatepentruomultitudinedeaplicaii.Largicategoriisausegmentecarefacpartedinindustriaceramicpotficlasificatedupcumurmeaz:

produsestructuralelutoase(crmida,conductecanalizare,iglasigresieetc.) produsecasnice(vase,faiana,gresie,porelanetc.) refractare(crmidasiprodusemonolitutilizatecasticl,ciment,ceramic,deconversieaenergiei,

petroluluiiproduselorchimice) sticleiplane(ferestre),sticleavansate,sticlaspeciala(fibreoptice) abrazivinaturali(granit,diamantetc.)icarburdesiliciusintetice,diamante,alumintopiteetc.)

suntutilizatepentruabrazivedelefuire,taiere,polizareetc.) ciment(pentrudrumuri,poduri,cldiri,barajeetc.) ceramicaavansate bioceramice,componente condensatori, izolatori, substraturi, circuit de pachete integrate, piezoelectrice, magnei

supraconductori suprafee de acoperire (componente de motoare, scule achietoare, piese de uzur i

industriale)


FIHI&E 6

Celemai largutilizate ceramiceavansate sunt sticlelemodificate, silicoaluminatii,bioxidulde zirconiu sialtele.Folositacaataresau nglobata inmaterialecompozite,ceramicatehnicaesteconsiderataaltreileamaterial din punct de vedere al importantei. Ponderea cea mai mare o dein industria electronica,calculatoarele,construciiledemaini,aeronautica,tribologia,biotehnicaetc.Treicaracteristicifacdinmaterialeleceramicematerialealeviitorului:

resurselenaturaleaparentinepuizabile; obinereaproduselorlacotelefinale,evitnduseprelucrrilemecanice; proprietilelorspectaculoase.

1.3.MATERIALEPOLIMERICECompozitelepolimericesuntmaterialealctuite,nprincipiu,dintruncompusmacromoleculariunagentde ranforsare sau de umplutur. Compusul macromolecular utilizat n acest scop poate fi un polimertermoplasticsautermoreactiviestedenumitmatricepolimeric.Agentulderanforsaresaudeumpluturestedispersatomogennmatriceapolimericdarnusedizolvnaceasta.Materialele polimerice pot fi gndite camateriale care coninemaimulte elemente lipite chimic sub oformasolid.Cuvntul"POLIMER"nseamnliteral"MULTEPRI".Douimportantematerialepolimericeindustrialesuntmaterialeleplasticeielastomerii.Materialeplasticesuntvariateexistndcagrupmaredematerialesintetice,prelucratesauturnarenform.Aacumexistmaimultetipuridemetaleexistmaimulte tipuridematerialeplastice, cumar fiPOLIETILENA siNAYLONul.Elastomerii (sauuzualdenumitecauciucurile)potfideformateelasticdeoformarecareseaplicasupralorisepotntoarcenformalororiginal(sauaproape),atuncicndforaesteeliberata.Polimeriaumulteproprieti care le facatractivepentruutilizarea lor inanumite condiii.Astfel,mulipolimeri:

suntmaipuindensedectmetalelesauceramica, rezistalacondiiiatmosfericeiaaltorformedecoroziune, oferobunacompatibilitatecuesutuluman,sau auoexcelentrezistensiconduccurentulelectric.

MASELEPLASTICE (POLIMERII)pot fi mprite ndou clase,MATERIALETERMOPLASTICE iMATERIALEPLASTICETERMORIGIDE,nfunciedemodulncareacesteasuntstructurateilegatechimic.Polimeriitermoplasticicuprindpatrudintrecelemaiimportantemateriale:POLIETILENA,POLIPROPILENA,POLISTIRENUL i POLICLORURDEVINIL. Exist, de asemenea, o serie de polimeri de inginerie speciala.Termenul"termoplastic" indicfaptulcacestematerialesetopescprin nclzireipotfiprelucratecuovarietate de tehnici de formare i de extrudare. Alternativ, polimerii termorigizi nu pot fi topite sauretopite. Polimerii termorigizi includ ALCHIDE, RINI FENOLICE i AMINOACIZI, PRODUSELE EPOXIDICE,POLIURETANICEiPOLIESTERINESATURAI.CAUCIUCul,esteunpolimernatural.Cutoateacestea,ceimaimulipolimerisuntcreaiprinprocedeedeinginerie.Polimeriisuntobinute nprincipaldinprodusesausubprodusedepetrolsaugazesiproduselenaturale.SupermaterialulcunoscutsubnumeledeKEVLAResteunpolimerfcutom.Kevlarestefolositcamaterialpentruvesteicablurisubacvatice(suntde20deorimaiputernicedectoelul).Actualmente materiale compozite polimerice prezint un interes tiinific i tehnic deosebit, fapt cejustificattdezvoltareacercetrilornacestdomeniuctiaproducieideastfeldemateriale.1.4.MATERIALELECOMPOZITESunt compui frecvent definii ca o combinaie de dou saumaimultemateriale distincte, dintre carefiecareipstreazproprietilesaledistinctiveproprii,pentruacreaunnoumaterialcuproprieticarenupotfiatinseprinoricaredintrecomponentelecarearacionasingur.Folosindaceastdefiniie,sepoatedeterminacogamlargdematerialedeconstruciiintrnaceastcategorie.Deexemplu,betonulesteuncompozit,pentrucesteunamestecdecimentPortlandiagregatedefibradesticla,turnate ntrunpolimer.Prindefiniie,conceptuldecompozitesteatribuitunuisistemcomplexalctuitdinmaimultematerialedenaturdiferit.naceastcategorieintroclasfoartevastdeprodui.Materialelecompoziteaufostrealizatedeomdin celemaivechi timpuri.Astfel, chirpiciul ibetonularmat reprezint celemai simpleexemple de materiale compozite. Rezult c, prin asocierea materialelor componente, se obin noimaterialecuproprietideosebite,totaldiferitedealecomponentelorindividuale.Materialecompoziteaudoufaze.Fazadeconsolidarepoatefisubformadefibre,foi,saudeparticulecaresuntncorporatenfazadematrice.Materialuldeconsolidareimaterialulmatricepoatefimetalic,ceramic


FIHI&E 7

saupolimer.Deobicei,materialedearmaresuntputernice,cuodensitatesczut,ntimpcematriceaestedeobiceioductil,saudinmaterialdur.Materiale compozite pot lua mai multe forme, dar ele pot fi mprite n trei categorii n funcie demecanismuldeconsolidare:consolidateprindispersie,armatecuparticuleiarmatecufibre.n cazul n care compozit este proiectat i fabricat n mod corect, se combin puterea de armare cuduritateamatriceisisepoaterealizaocombinaiedeproprietidedoritcarenuestedisponibil noricematerialconvenionalunic.Unelecompoziteofer,deasemeneaavantajuldea fiprelucrate,astfel nctproprietile,cumarfirezistentairigiditate,potfiuormodificateprinschimbareavaloriisauorientareamaterialuluidearmare.Dezavantajulestecaastfeldematerialecompozitesuntadeseamaiscumpedectmaterialeleconvenionale.Datorit proprietilor pe care le au,materialele compozite au nceput s ptrund n celemai variatedomeniialetehnicii.Materialelecompoziteaudevenit indispensabilepentrudezvoltareaunordomeniidevrf:microelectronica,tehnicamedical,construciiaerospaiale.

MATERIALELELEMNOASEsepotutilizacaatareinformanaturalasaucaproduseaglomerate,stratificate,impregnatesaunucurinisinteticetermoreactive.MATERIALELE AVANSATE includ pe de o parte materiale noi cu caracteristici obinuite dar cu valoriperformantealeacestorape carematerialele clasicenu lepotatinge, cumar fiproprieti excelente latemperaturi nalte sau foarte joase,proprieti electrice simagneticedeosebite,proprieti specialededilataretermica,proprietiecologicebiodegradabilesifrnocivitateasupramediuluisifactoruluiuman)etc. si pe de alta parte,materiale speciale cu proprieti fizice noi cum ar fimaterialele cu structurananocristalinsauamorf.


FIHI&E 8

2.CLASIFICAREAMATERIALELORFOLOSITENINDUSTRIE

2.1.GENERALITIPRIVINDPROCESULDEPRODUCIEPentruexistenasaipentruprogresulsocietiiomulcreeaznpermanenbunurimateriale.nlimbajulobinuit,rezultatulproceselordemuncncareomulacioneazasupraobiectuluimuncii(materiale,pieseetc.)cuajutorulmijloacelordemunc(scule,unelte,mainiunelte)poartdenumireadeproduse.Noiuneadeprodusestefoarte larg,eacuprinzndmijloacedeproducie(maini,utilaje,scule,aparate,etc.),bunurimaterialenaturale(minerale,vegetale,animale),bunurideconsum,etc.Tehnologia este tiina aplicativ care studiaz transformrile la care sunt supuse materiile prime,materialele i semifabricateleprinprocesul tehnologicde lucru, avnd ca scopobinereadeproduse, ncondiiitehnicoeconomiceoptime.Obinereaunorproduse, rezultatuldesfurriiunuiprocesde fabricare,presupune supunereamaterieiunuilargirdetransformrifizicochimiceporninddelaresurselenaturale,careau,decelemaimulteori,proprietiimpropriiutilizriilordirecteiajungndlamainiiaparate,spreexemplu,careauproprietibinedefinitefuncieilor.Transformrilefizicochimiceefectuateasupraresurselornaturalesencadreaznproceseledeextracieiaucarezultatobinereamaterialelorbrute.Procesele exercitate asupra materialelor brute pentru obinerea unor produse fabricate, se numescprocesetehnologicedefabricare.ncazulmainiloriaparatelor,procesuldefabricarecuprinde:

procesetehnologicedeprelucrare; procesetehnologicedeasamblare.

Prinprelucraresemodificstareasaucompoziiamaterialului,forma,dimensiunile,rugozitateaipoziiareciproc a suprafeelor, iar prin asamblare se reunesc ordonat, ntrun sistem tehnic, piesele care lcompun.Dinpunctuldevederealregsiriinprodusulfabricatamaterialelor,sedistingmaterialedefabricaiesaumateriiprimecareintrnoperparialsautotal,imaterialeauxiliare.Proceseletehnologicedefabricareurmrescdiversescopuri,funciederamuraeconomicideniveluldeprelucrarealmateriei. nconstruciademaini,proceseletehnologicedefabricareurmrescdouscopuridistincte:

modificareaproprietilorfizicochimicealematerialelorpotrivitcerinelor; modificareaformeloridimensiunilorsuprafeelorpotrivitscopuluiurmrit.

ntreacestedoucaracterepecare leprezintproceseletehnologicedefabricareexistofoartestrnsinterdependenceeacefacecanprocesuldefabricareacesteasnusepoatsepara.Proceseletehnologicedefabricarepotfi:

deelaborare,careseefectueazpentruextragereametalelordinminereuri,pentruobinereaunormaterialemetalicemaipuresaualiateprintroseriespecificdeprelucrri;

deconfecionare,careseefectueazpentruobinereademateriale,semifabricatesaupieseprinmodificareaformei,dimensiuniloricalitiisuprafeelor;

detratament,careseefectueazpentrumodificareaproprietilorfizicochimicealematerialuluinntreagasaseciunesaunumainzonadesuprafa;

desuprafaare,prelucrareceseefectueazpentrurealizareaunuistratdesuprafacuproprietifizicochimicediferitedecelealematerialuluidebaz.

Proceseletehnologiceserealizeazprinaplicareadiferitelormetodetehnologice.Metoda tehnologic este unmod sistematic i principal de prelucrare (prin turnare, tratament termic,deformare plastic, achiere etc.) comun dintrun punct de vedere esenial mai multor procedeetehnologice.Procedeele tehnologice privescmijloacele prin care se aplic ometod tehnologic i difer funcie deutilajul tehnologic, mediul de lucru, etc. De exemplu, metoda tehnologic de prelucrare prin achierecuprindeprocedeeledeprelucrarecareau labazacestmodprincipaldeprelucrarecumarfi:strunjirea,frezarea, rabotarea,broarea, rectificarea,etc.acrordiferenconstdecelemaimulteori n tipuldemainunealtutilizat,sculeetc.Procedeul tehnologic de fabricare este constituit din operaii care se realizeaz succesiv sau n paralelasupramateriei.Operaiaesteoparteordonat,binedefinitilimitatntimp,efectuatdeunoperatorsau o formaie la un singur loc demunc, asupra unuia saumaimultormateriale aflate n prelucrare.


FIHI&E 9

Deosebirea ntremaimulteoperaiialeaceluiaiprocedeudeprelucrareconst,decelemaimulteori, ntipulprelucrriielementareefectuate, ntipuriledesculeutilizateetc.Sepoatespuneastfelcprocedeultehnologic de prelucrare prin strunjire este constituit din urmtoarele prelucrri elementare: strunjirecilindric exterioar, strunjire cilindric interioar, filetare, strunjire plan etc., care se constituie dreptoperaiidestrunjire.2.2.CLASIFICAREAMATERIALELORUTILIZATENINDUSTRIACONSTRUCTOAREDEMAINIExigenele crescnde ale industriei constructoare de maini impun elaborarea i utilizarea unei gameextremde diversdemateriale care s asigure fiabilitateaproduselor n timpul exploatrii. Clasificareaacestor materiale se face n mod obinuit dup natura i proprietile acestora, conform schemeiprezentatenfig.2.

Figura2.Clasificareamaterialelorsolidecudestinaietehnic

Pentru inginerii si ingineriieconomitidisciplinaMATERIALE SPECIALE urmrete s le asigure cunotineletehniceprivindstructura,proprietiletehnologiceideutilizarealematerialelorfolositenmodcurentnindustrie, legtura ntrestructuriproprieti,posibilitateamodificriiconvenabileaacestora naafelnctssatisfacattexigeneletehnicectipeceleeconomice.Acestecunotinevorservilastabilireacriteriilordealegereiutilizareamaterialelor ndomeniulattdediversalconstruciilormecanice,etapdeosebitdeimportantaprocesuluidefabricaie.2.3.CRITERIIGENERALEDEALEGEREAMATERIALELORNINDUSTRIACONSTRUCTOAREDEMAINIDat fiind diversitateamaterialelor utilizate n industrie, alegerea unuimaterial pentru fabricarea unuiprodustrebuiesrespecteoseriedecriterii,carenordineaimportaneilorsunt:

criteriulfuncional,conformcruia,pentrufabricareaunuiprodussealegmaterialelecapabilesiasigurerezistenaimpusdecondiiiledesolicitare;

criteriul tehnologic, conform cruia din grupa materialelor care satisfac criteriul rezistenei seprefermaterialelecarepotfiprelucrateprintehnologiiclasice;

criteriul economic, conform cruia,dintrematerialele care satisfacprimeledou criterii, se alegmaterialele ce asigur fiabilitateaprodusului la gabarite care se ncadreaz n ansamblul n careurmeazafiutilizatelacosturiacceptabile;

criteriulsocioecologic,conformcruiasuntdepreferatmaterialelecare ntimpulprelucrriisauutilizriinuafecteaznegativmediulambiantinupericliteazsntateaoperatorului.

Respectndacestecriteriispecialistulpoatefisigurcalegereamaterialuluiestecorectnconformitatecudefiniiamodernacalitii,adic:Unprodusdecalitateesteprodusulcelmaiieftincecorespundescopuluipentrucareafostcreat.2.4.CRITERIIDEALEGEREAMATERIALELORMETALICEInginerul,tehnicianulioricarespecialistnupoate, nmajoritateacazurilor,scunoasc lanivelulnecesarproiectriistructura,complexulproprietilorcticomportareancondiiiconcreteatuturormaterialelorde interes industrial. n aceast situaie se va apela nmod sistematic la surse de informaii adecvateprecum:manuale,cataloagealediferiilorproductori,standardedestat,norme interneetc. nanumitecazuri se va apela la rezultatele unor ncercri proprii, care vor fi interpretate prin prisma pregtirii,experieneipropriiiareuiteloranterioare.


FIHI&E 10

Prinurmaresenecesitunprocesdeselecieamaterialelorindustrialeiacestavatrebuisaibnvederecivafactoriprincipalilaalegereaacestora:proprieti,rost,disponibilitateetc.2.4.1.ALEGEREAMATERIALELORINFLUENATDEPROPRIETIFunciile ce trebuie ndeplinite de elementele ce compun mainile i aparatele se asigur princonfecionarealordinmaterialeadecvate.Spreexemplu,omainunealtarebatiuldinfontcenuiedarelementeledetransmitereamicrilordinoelaliattratattermic.Alegereasefacenscopulasigurriiunuirolfuncionaltimpndelungatbazatpeproprietileintrinsecialematerialuluiiinndcontcsedispunedematerialedinaceeaiclas(metalice)sauclasediferite(metalice,ceramiceetc.).Alegereatrebuiefcutpebazaunuicomplexdeproprietidincare principalele sunt celemecanice, termice, chimice, electrice i tehnologice ct i intercondiionareareciproc.Proprieticarezistenalarupere,rigiditateasaustareasuprafeeicondiioneazutilizareacuprecdereamaterialelordar,nanumitesituaiialegereapoatefihotrtdeproprietica:conductivitatetermicsauelectric,rezistenalaoctermic,refractaritate.a.m.d.Esenialepentrualegereamaterialelorseconsider:

valoareaabsolutaindicatoruluidecalitateconsiderat,i constana indicatorului dat n limitele unor intervale de ncredere, definite prin probabiliti de

ncredereadecvate.Indicatoriide calitatepentru a caracterizamaterialele trebuie: spermit comportareamaterialelor, spoat fiutilizai n calculeledeproiectare, spoat fideterminai n condiiiuzinale.Din aceast cauznumai pentru aprecierea (caracterizarea) comportrii la solicitrile mecanice sau elaborat o serie dencercri mecanice diferite, caracterizate prin tipul deformaiilor, modul de aplicare al sarcinilor,temperaturadencercare,mediulncareaulocetc.Dintreacestencercri,ncercareastaticderuperelatraciuneareceamailargrspndiredatoritsimplitiimetodiciidencercare,darifaptuluicpuneladispoziiemrimicepotcaracterizauneorisuficientunmaterial.Daraceastncercare(caialteledealtfel)areuncaracterconvenionalntructnucorespundecondiiilordeexploatareapieselor.Invariabilitatea proprietilor de material este condiionat de reproductibilitatea materiilor prime iproceselordeprelucrare.Dinacestconsiderentesteutilcapelngvalorilemediiaritmeticealencercrilors seprecizezeabaterea standardaacestor rezultate (msuradispersiei statistice) sau coeficientuldevariaie(raportulabateriistandardlavaloareamedie).2.4.2.ALEGEREAMATERIALULUIINFLUENATDECOSTDatoritfaptuluicrolulfuncionalpoatefindeplinitdemaimultemateriale,rmnecacelmaiuniversalcriteriu de alegere amaterialelor s fie criteriul economic, exprimat prin cost n valoare absolut saurelativ.Tehnologic,acestcriteriuseconcretizeaz nanaliza indicatorilordeprelucrabilitate i respectivsiguran n exploatare (funcionare) amaterialelor supuse opiunii.Reducerea costuluiprelucrrii estecondiionat de proprietile tehnologice (prelucrabilitatea) ale materialului, ct i de caracterulproduciei,aceasta nprimulcaz, nceldealdoilea intervinprobabilitateafuncionriifrdefectect idurabilitateanexploatare.Tendinaderuperefragil(deseori imprevizibil)esteprincipalulfactor limitativcare intervinei justificcheltuieli suplimentare n vederea elaborriimai ngrijite amaterialelor (n specialmetalice).Uneori sejustificeconomicutilizareaunoraliajesaupseudoaliaje foartescumpesaucubazadinmaterialenobilesaudeficitare.Desigurcostulmaterialuluitrebuieprivit ntruncontextmai larg, nsensulposibilitilordereproiectareavantajoas(tehnologiciconstructiv)aprodusuluincareseconine,ctiaeliminriiunuinumrdincoeficienidesiguranfolosiinmodcurent.2.4.3.ALEGEREAMATERIALULUIFUNCIEDEDISPONIBILITATEDisponibilitatea este condiionat de existenamateriilor prime i amaterialelor ct i de productoriimaterialuluirespectiv.Pepiaa internaionaldisponibilitateaesteconsecinadirectaraportuluicerereoferticuimplicaieasuprapreuluidevnzare.Materialeleconsideratestrategicesevndnrestriciiispeculaii.Peplaninternvalorificarearesurselorpropriiareoimportancapitaldeundeipreocupareapermanenti susinut a nlocuiriimaterialelor din import ct i a celor deficitare. n caz de necesitate se preferimportdemateriiprimecelordesemifabricateiprodusefinite.Spreexemplubazademateriiprime,gazenaturale,acondiionatdezvoltarearapidaindustrieichimiceidiversificareaproduselor.


FIHI&E 11

2.4.4.ALEGEREAMATERIALULUIFUNCIEDEDESTINAIEAlegerea celuimaipotrivitmaterialpentru confecionareapiesei sau agregatului n care se va regsi sepoatefacenumaidupoanalizdetaliatacondiiilorconcretedeexploatare ncaresseconsideretoifactorii de influenmomentan i de durat. n cazul astronauticii, de exemplu, i se acord o ateniedeosebitreduceriimaselorprinfolosireamaterialelorcompuse(consolidate). ncazulnavelorsepreferplacareadectmaterialelemonolitrezistente lacoroziune(searedeci nvedereeconomiculconcomitentcudurabilitatea).2.4.5.INFLUENAPRELUCRABILITIIASUPRAALEGERIIMATERIALULUITehnologiile de prelucrare i ndeosebi comportrile materialului la diferite solicitri, ct i influenaprelucrriiasupraproprietiloricostuluiprelucrrii,trebuiesfiebinecunoscuteoriicruiproiectantitehnolog. nalegereamaterialuluiun criteriu conductoreste iproblema toleranelor cepot fiaplicatefuncie de prelucrabilitatea acestora. Spre exemplu realizarea din turnare a orificiilor cu aplicarea unortoleranedeconicitate.2.4.6.INFLUENASIGURANEIDEFUNCIONAREASUPRAALEGERIIMATERIALULUILaalegereamaterialelor seau nvederemodificrile n timpaproprietiloracestuia ncondiiidatedeexploatare sub influena factorilormediului (radiaii, temperatur, presiune, ageni corozivi etc.), careconduclaafectareasiguraneinexploatare(funcionare)itrebuieavutenvederelaproiectare.2.4.7.ALEGEREAMATERIALULUIFUNCIEDENOCIVITATEALUICunoscndefectelenocivealeunorsubstaneestenecesarsseevitefolosireaacestorasaussereducefectele lorpn la limitasiguranei nexploatare. ncazulcndnusecunoscbineefectelenociveaunorsubstane(maseplastice,pulberifineetc.)sevacutaevitareaacestora.ntoatecazurileposibileseevitprezenanagregatesaumediiamaterialelorinflamabile,explozive,radioactiveetc.incazdenecesitatesevorprevedeamsurideprotecieadecvate.nconcluzieseobservclaalegereaunuimaterialconcurmulifactoripecaretrebuiesiavemnvederela realizareaunei soluiiconstructivfuncionaldat. n fabricaiaactual iaproape sigur i ndeceniileurmtoaredreptmaterialdebaznconstruciademaini,instalaiiiaparatevorrmnealiajeleferoaseoelurile i fontele.Dinaceastcauztrebuieavut nvederereducereasubstanialaconsumurilor i nprimul rndprinutilizareaunor tehnologiimoderne (deformriplastice n loculprelevriiprinachiere),soluiiconstructivenoicarespermitobinereapieselorprinturnareadeprecizie,matriareametaluluilichid,extrudare,deformareprinexplozieetc.Trebuiecombtuttendinadesupradimensionare,tendinadesiguranexcesivcuconsecineeconomicedezastruoase.Separecprogreseledinsiderurgienusuntjudicios exploatate n utilizarea oelurilor care asigur o constan a proprietilor i pot fi supusetratamentelortermiceadecvate.npractictrebuieurmritnuutilizareamaximamaterialelor,ciceaoptim,adic,colaborarealaboratorproiectanttehnolog.Apariia de noi materiale, cu caracteristici diferite, ngreuneaz i mai mult alegerea celui maicorespunztormaterialinecesitprelucrareacreatoareadatelorlegatedeidentitateaacestora.Dimensionareaclasicbazatpeadoptarea tensiuniloradmisibilestabiliteprin ncercriclasice (tensiunemonoaxial)sadoveditdemulteorigreitfieidincauzaapariieitensiunilormultiaxialedivergente.nacestcazsuntnecesaremsurrielectrotensometricencadruluneiprobedeexploatarecareevideniazregimuldesolicitarectmaireal.ncursulprobeisepotstabilirigurosfrecvenelencrcrilordediferiteintensitiisepoatereconsideradimensionareapentruomaijudicioasutilizareamaterialelormetalice.Asigurareadurabilitiisefaceiprinasigurarearezisteneilauzareicoroziunegreudeexprimatcifric.Uzareasecombateprinaplicareatratamentelordesuprafanoi(borurarea,pulverizareacuplasm)saudepunereagazoasdematerialedurepealiajedure.Totalitateacerinelor(funcionarea,exploatarea,prelucrareaetc.)formeazbaza(matricea)deproprietiitrebuiesconinproprietimsurabilecarespermitalegereamaterialuluicorespunztor.Alegerease faceprincomparareabazeicuproprietilematerialelordisponibile. ncazulcndmaterialulcerutnuexistsuntnecesarecercetriincercripentruelaborareadenoimateriale.


FIHI&E 12

CAPITOLUL2.MATERIALEMETALICE2.1.DEFINIREAICLASIFICAREAMATERIALELORDef.MATERIALE=materiiprimesausemifabricatecaresunt folositepentruexecutareadiverselorbunuri.Fiecarematerialaunsuiripropriicareldefinesc.2.2. MATERIALEMETALICEDinpunctdevederefizicochimicpotfimetalepureialiajemetalice.Metaleletehnicpuresuntutilizateinpracticadatoritaunorproprietispeciale,cumsuntconductibilitateatermica si electrica,rezistenta buna la coroziune, stabilitatea la temperaturi nalte, ca de pilda cuprul,aluminiulsiargintulpentruconductibilitatealortermicasielectricamari,staniul,molibdenulsiwolframulpentrustabilitatea latemperaturi nalte. Inpracticacelemaimultemetalesuntfolositoaresubformadealiaje, adicmaterialemetalice rezultate din topirea mpreun a unormetale cumetale saumetale cunemetale(metaloide).Aliaje= seobinprinamestecareaadou saumaimultemetale n stare topit iapoiprin solidificareaamestecului. Ele au caliti superioare metalelor din care sunt compuse. Se folosesc n industriaconstructoaredemaini.Prinprelucrarea lorserealizeazpiesecomponentedemaini,utilaje, instalaii,aparaturelectrotehnic,electronic,energetic.MetalelesegsescnstarenativnscoaraPmntuluisubformdecombinaiichimicenaturalenumiteminerale.Mineralelesegsescnrociasociatecualtemineraleformndminereurile.Elesedenumescdupmetalulcareseextragedinele(deex.minereudefier,decupru).Pentrucaunaliajsaposedeproprietimetalice,estenecesarsapredomine legturametalica.Pentrucaprintopiresarezulteunaliaj,elementeletrebuiesasedizolvecompletinstarelichid,formndotopituraomogena care, prin solidificare, sa dea natere unui material metalic omogen din punct de vederemacroscopic. La scara atomica, toate aliajele sunt eterogene, ntruct sunt alctuite din cel puin douafeluri(specii) de atomi.Metalele (elementele) care alctuiesc aliajul poarta numele de componeni, iartotalitateaaliajelorformatedectreaceiaicomponeni,formeazunsistemdealiaje.Clasificareasistemelordealiajesefaceinfunciedesolubilitateareciprocaacomponenilorinstarelichidsiinstaresolida.Dupsolubilitateainstarelichidsedistingtreigrupemari,sianume: sistemedealiajeincarecomponeniisunttotalsunttotalsolubiliunulinaltulinstarelichid; sistemedealiajeincarecomponeniisuntparialsolubiliunulinaltulinstarelichid; sistemedealiajeincarecomponeniisunttotalinsolubiliunulinaltulinstarelichid.

Def. MATERIALELEMETALICE=compuichimiciaiunuimetaldebazcualtemetale /nemetale,careaunsuirispecifice:culoare, luciumetalic,plasticitate,tenacitate(rezisten laaciuneaforelorexterioare),conductibilitatetermicielectric.

Nemetale Metalealcaline

Metalealcalinopmntoase MetaledetranziieAltemetale SemimetaliceHalogene Gazeinerte

Elementepmntoaserare ElementeradioactivepmntoaseFigura1.Tabelulperiodic


FIHI&E 13

2.3.CLASIFICAREAMATERIALELORMETALICEDincele108elementechimiceexistente,82suntmetale.

a) MATERIALELEMETALICEFEROASEFONTAaliajdinFe+nemetale(carbon,siliciu,mangan,sulf,fosfor).Existatreicategoriidefonte: Fontade turnatorie, in care carbonuleste coninut sub formadegrafit,are in compoziie siliciu,

mangan si procente mici de fosfor si sulf. Este folosita pentru confecionarea de radiatoare,plite,calorifereetc.

Fontadeafinare,careconinecarbonulsubformadecementina(Fe3C),areduritateamaimaresiconstituiemateriaprimapentrupreparareaotelurilor.

Feroaliajelecontinprocentemaimaridemangan(feromangan),decrom(ferocrom),demolibden(feromolibden),devanadiu(ferovanadiu)

Eleservesclafabricareaotelurilorspeciale. fontebrutenealiate:pentruobinereaoelului(fontedeafnare);

pentruretopireiturnarenpiese(fontealbe,cenuii,pestrie); fontealiate:slabaliate(fontealbealiatecuCr,Ni,Mo);

naltaliate(cucrom;cualuminiu);OELULaliajalfieruluicucarbonul.Clasificare: dupcompoziiachimic oelurinealiate(Fe+C+elementenedorite); oelurialiate(Fe+C+elementedealiere:Cr,Ni,Mo,Ti,V,W);

dupdestinaie:pentruconstruciimetalicesaudemaini;pentrusculeachietoare;cudestinaiespecial(pile,arcuri,rulmeni); dupstareadelivrare:deformabile(lacaldsaularece);turnatenpiese;laminate;Otelurile conin fier siunprocentmaimicde carbondect fontele (0.32%C);De asemenea, elementelesiliciu,mangan,sulfsifosforsuntinprocentefoartereduse(urme).Otelurilecarbon, aliajeale fierului cu carbonul, caremaipot coninemangan, siliciu, sulf si fosfor, suntntrebuinateinconstruciimecanicesipentruunelepiesemetalice.Otelurilespecialeconinsialtemetalecarelembuntesccalitile:nichel,crom,vanadiu,wolframetc. Otelurilecunichelsuntrezistente lasolicitrimecanicesideaceeaseutilizeaz inconstruciilede

maini. Otelurilecucromauoduritatemaresise folosesc la fabricareadeunelte,bile,rotidinate,piese

inoxidabileetc.Otelurilerapidecareconinpelngfiersicarbonelementeca:wolfram,crom,vanadiu,cobalt,mangan,siliciusuntfolositelafabricareacuitelorpentrumainiachietoaresiaburghielorrezistentelavitezemaridetaiere.

b) MATERIALELEMETALICENEFEROASE Aluminiul, Argint, Aur, Crom, Cupru, Magneziu, Mangan, Nichel, Platin, Plumb, Potasiu, Staniu,Vanadiul,Wolfram,Zinculialiajelelor. Alamelesuntaliajealecupruluicuzincul;eleseprelucreazlastrung,darnupotfiturnate.Sefolosesc

laconfecionareadeventile,piulie,inele,buceetc. Bronzurilesuntconstituitedincuprusistaniu;sepotturnafoartebine,suntduresirezistente.Dinele

seconfecioneazlagre,armaturispeciale,table,sarme,statuietc. Aliajeledelipitsuntaliajelealeplumbuluicustaniul. Aliajeletipograficeconinplumb,stibiusistaniu. Duraluminiulesteunaliajalaluminiuluicuprocentemicidecupru,mangansimagneziu;areoduritate

maresisefoloseteinindustriaaeronauticasiaautomobilelor. Amalgamelesuntaliajealemercuruluicudiferitemetale;se folosesc intehnicadentarasi inprocese

electrolitice.


FIHI&E 14

Aliajeuzualeale:Cuprului Aluminiului Magneziului Zincului StaniuiZinc NicheliCrom

bronzul(Cu+Sn)alama(Cu+Zn)

nichelina(Cu+Ni)

duraluminiulsiluminiul

deformabile(Mg+Al)turnate

(Ag+Al+Zn+Mn)

zamakurile(Zn+Al+Cu)

aliajeantifriciunealiajedelipit

aliajetipograficealiajeptnveliuricabluri

nicrom2kantalinvar

platinit2.4.PROPRIETIALEMATERIALELORMETALICEI. Proprietifiziceichimice: Culoarea(cenuiunchispnlaalbstrlucitor); Luciulmetalic(seaccentueazprinlustruiremecanic); Densitatea ()=masaunitiidevolum.Semsoar ng/cm3saukg/m3.Existdinpunctdevedereal

densitiimetaleultrauoare(Mg),uoare(Al),semiuoare(Ti),grele(Fe),foartegrele(Au). Fuzibilitatea=proprietateadeasetopi.Fiecaremetalareotemperaturdetopire.Deaceeametalele

potfi:uorfuzibile(natriu),greufuzibile(cuprul),foartegreufuzibile(niobiul),refractare(wolframul). Dilatareatermic=proprietateadeasedilata(imrescdimensiunileliniare,volumulprinnclzire. Conductibilitatetermic(transmitcldur). Conductibilitateelectric=proprietateadeaconducecurentulelectricieinfluenatdetemperatur.

Mrimeafizicaacesteiproprietiesteconductivitatea. Rezisten la coroziune=proprietateadea rezista ladegradare lentde la suprafa la interior sub

aciuneaagenilorchimici. Proprietimagneticeaproapetoatemetalelesemagnetizeazntruncmpmagnetic.II. Proprietimecanice: Rezistena la traciune = proprietatea corpurilor solide de a se opune deformrii sau ruperii sub

aciuneaadouforeaxialedesenscontrar,orientatespreexteriorulpiesei. Rezistena la compresiune=proprietatea corpurilor solidedea seopunedeformrii sau ruperii sub

aciuneaadouforeaxialedesenscontrar,orientatespreinteriorulpiesei. Rezistenalancovoiere Rezistenalatorsiune Rezistenalaforfecare=proprietateacorpurilorsolidedeaseopuneaciuniimomentaneadoufore

paralele,egale,desenscontrar,dispuseperpendicularpesuprafaacorpului, lamicdistanunadealta,deoparteidealtaauneiseciuni.

Duritatea=proprietateacorpurilorsolidedeaseopuneptrunderiinmasaloraunorcorpurisolide.Seexprimnraportcudiamantelepeoscardela1la10.

Elasticitatea, respectivplasticitatea =proprietateade a reveni, respectiv a rmnedeformatdupncetareaforelorexterioare.

III. Proprietitehnologice=capacitateametalelordeafiprelucrateprintrunprocedeutehnologic. Capacitateadeturnare(metalelichideturnatenforme). Forjabilitatea(seprelucreazprindeformareplasticlacaldloviresaupresare). Prelucrabilitateaprinachiere(prelucrareametalelorprinstrunjire,gurire,frezare,alezare). Maleabilitatea(metalelepotfitrasenfoisubiriprinlaminare). Ductilitatea(metalelepotfitrasenfoisubiriprintrefilare). Sudabilitatea(proprietateametalelordeasembinaprintopiresauprinmbinare). Durificarea (proprietatea de aimodifica structura i duritatea prin nclzire i rcire, prin tratare

termic).2.5.TEHNOLOGIIDEOBINEREAMATERIALELORMETALICEMetodeledeobinereametalelordinminereuriconstituieobiectulmetalurgieiextractiveisemparten: Procedee pirometalurgice, se desfoar la temperaturi nalte, cnd are loc topirea total sau

parial aminereului. Cldura necesar elaborriimetalului se obine de regul prin arderea unuicombustibil.nacestmodseobinaliajeleFeC(fonteleiotelurile),Cu,Pb,etc.

Procedee hidrometalurgice, au loc la temperaturi joase. Minereul este dizolvat obinnduse osoluieapoas,iarmetalulesteextrasdinsoluieprinelectrolizasauprecipitare.Minereulsfrmat


FIHI&E 15

imcinatesteseparatnutilisteril,prinsplarenbazinedeflotaiesaucuve.Astfeldeprocedeesepotaplicacubunerezultatepentruvalorificareminereurilorsrace.

Procedeeelectrometalurgice, sebazeazpe folosireaenergieielectrice, care fie se transform nenergie termic, pentru realizarea temperaturilor nalte (procedee electrotermice, de exemplu laelaborareaoelurilor), fieseutilizeaz laelectroliza topiturilorsauasoluiilordincareseextragemetalul(procedeeelectrochimice,deexemplupentruelaborareaAliCudenaltapuritate).

Figura2.Metodeledeobinereametalelordinminereuri

I.OBINEREAMATERIALELORMETALICEFEROASESefolosetepirometalurgianinstalaiidetipfurnalicubiloupentrufonte,respectivcuptoareelectriceiconvertizoarepentruoel. OBINEREAFONTEIFontele brute sunt principalele produse primare ale industriei siderurgice. Ele se obin n principal prinreducereaitopireaminereuluidefiernfurnal,sauprintopireadeeuriloriresturilordefont,defiersaudeoelncuptorelectricsauncubilou.Eleconstituieunaliajfiercarboniconinialteelemente,precumsiliciul,manganul, sulful, fosforul, coninute nminereu, deeuri, fondant, combustibil i uneori i alteelementecumsuntcromulsaunichelul,adugatenscopulconfeririiunorproprietiparticulare.

Figura3.Instalaiadetipfurnal

Instalaiadetipfurnalestemereualimentatcuminereu,cocsicalcar(fondant). nfurnal,prinardereacocsului,minereulsetopeteirezultaliajul nstaretopit,pluszgurigazedefurnal.Fontatopitsetoarn nformemetalicespeciale(lingotiere),dincare,dupsolidificare,seobin lingourile.Lingouriledefont brut nealiat sunt topite cu fonta veche, cocs i calcar ntrun cubilou, iar aliajul n stare topitarezultatesteturnatnpiese.


FIHI&E 16

OBINEREAOELULUILingouriledefontbrutsetopescncuptoareelectricesaunconvertizoare,mpreuncufiervechi,calcar,minereuri.Seinsuflaercaldpentrucretereavitezeidetopire.

Figura4.Elaborareaotelurilorincuptoareelectricecuarc

Figura5.Elaborareainconvertizor

Aliajul topit obinut se toarn n lingouri, iar dup solidificare este trimis spre laminoare. Produselelaminatesepotprezentasubformde:

produselaminatefinite(profile,table,benzi,evi); semifabricatedestinaterelaminriilacaldsauforjrii.

II.OBINEREAMATERIALELORMETALICENEFEROASESefolosescprocedeelehidrometalurgice,pirometalurgice,precumiprocedeeelectrolitice.Metalelecarenucontinfiersenumescmetaleneferoase.Acestgrup includeaproximativ70deelemente,de la aluminiumetalul cel mai raspandit in scoarta terestra pana la elementele artificiale cum esteplutoniul,carenusegasescniciodatainnatura.Caracteristicigenerale: majoritateametalelorauunluciucaracteristic,desiunelesecorodeazarepede majoritateametalelorramaninstaresolidalatemperaturacamerei(desimercurulestelichid) majoritateametalelorsuntbuneconducatoaredecaldurasielectricitateMetalelesialiajeleneferoasecelemaiintrebuintateintehnicasunt:aluminiul(Al),cuprulCu),nichelul(Ni),zincul(Zn),staniul(Sn),plumbul(Pb),cromul(Cr)etc.Uneledintreacesteaauproprietaticomparabilecualeotelului,iarinceeaceprivesterezistentalacoroziunesuntsuperioare.Minereurileneferoasegasindusein general in cantitatimaimici decatminereurile neferoase,metalele neferoase sunt decifitare si deciscumpe.Faceexceptiealuminiul,care,prezentandproprietatideosebitesifiindfoarteraspanditinscoartapamantului,seproduceincantitatidinceincemaimari.OBINEREAALUMINIULUIAluminiul,desiestemetalulcelmairaspanditdinscoartaterestra,omarepartedinelnupoatefiextrasaeconomic.Aluminiulesteunmetalcereactioneazausorcualtesubstante,deaceeanusegasesteniciodatasingur,instarelibera.nnatur,Alnusegsetenstarenativcidoarncombinaiichimicecuelementedecarenupoatefiseparatcuusurinta.Materiaprimnecesarpentruextragereestebauxita,minereucecare60%Al,prinelectrolizaapei,prinutilizareaunuicurrentelectriccareseparaelementeleunuicompuschimic.OBINEREACUPRULUICuprula fostunuldinprimelemetale folosite,deoarececantitatimicidinelapar inunele locuri instarelibera. Principalele minereuri ale cuprului sunt: calcozina (sulfura de cupru), calcopirita sau criscolul(ferosulfurade cupru), cupritul (oxidul cupros) simalachitul si azuritul (ambele forme ale carbonatuluibasicdecupru).Metodafolositapentruextractiadecuprudepindenaturaminereului.Dacacuprulsegasesteinstarelibera,elpoatefiseparatprinsfaramareaminereuluiinbucatimicisiamestecareasacuapa.Cuprul,fiindrelativgreu,sedepunepefund.


FIHI&E 17

OBINEREAZINCULUIPrimautilizareazinculuia fostpentruobtinereaalamei,unaliajdecuprusizinc. Inaceavremeoameniicredeau ca obtin o forma a bronzului, care este un aliaj de cupru si staniu. Acest aliaj se obtine prinincalzireacupruluicumangal(oformadecarbon)sicalaminapulverizata(carbonatdezinc).Casialuminiul,zincul este rezistent la coroziune deoarece, expus la aer, pe suprafata sa se formeaza un strat de oxidprotector.Principalulminereudezincfolositastaziestesfaleritul,saublenda(sulfuradezinc)Zinculpoatefiextrasdinminereurilesaleprinelectroliza.Metalulseformeeazainformadevaporicaresecondenseazasiapoisesolidifica.OBINEREASTANIULUIFace parte din metalele neferoase mai scumpe, deoarece minereul sau principal( oxidul de staniu) segasesteinconcentratiifoartemici.Pentruextractia200gdeminereu,enecesaraexploatareauneitonedepamant.Staniulafostprimadataliatcucuprul,obtinandusebronzul.OBINEREAPLUMBULUIEracunoscutdevechiiegipteni,darprimiiutilizatoripescaralargaaacestuimetalaufostromanii,carelaufolositlaconducteledeapa.Principalasursadeplumbestesulfuradeplumb.Pentruobtinereametalului,seincalzestesulfurqlaaer,pentruasetransformainoxiddeplumb.Acestasereducelaplumbprinincalzireacucarbonintruncuptor,iarapoiseinlaturaimpuritatile.OBINEREANICHELULUIPrincipalulminereualnichelului este sulfura sa, caredeobicei segasesteamestecata cualteminereuri.Dupaseparare,minereuldenichelseardeinprezentaoxigenuluipentruproducereaoxiduluidenichel.2.6.UTILIZRILEMATERIALELORMETALICEFEROASEINEFEROASEFONTAsefolosetelaturnareadepiesedemainiunelte,blocurimotoare,plcidebaz,roidinate,segmeni,pistoane,piesecomponentealeautovehiculelor,mainiloragricoleetc.OELULsefolosetesubformdepieseturnate(roidinate,roidevagoane,carcase),sausemifabricatelaminate(uruburi,aibe,piulie)itrefilate(srm).ALUMINIUL n industria electrotehnic, ind. chimic, alimentar, a construciilor de maini pentrurezervoare,pieseauto,piesepentruavioanedeoareceesteuor,rezistentmecanicilacoroziune.ARGINTUL I AURUL la confecionarea instrumentelor medicale, la fabricarea oglinzilor, argintareaobiectelormetalice,bijuterii.COBALTULlarealizareaunoraliajedure,colorareasticleiiaporelanului,nradioterapie.CUPRULlarealizareaconductorilorelectrici,evipentrucazaneelectricesauinstalaiifrigorifice.Cuprul,careareopuritatedepeste99%,estefolositlafabricareaconductelordegazsiapa,amaterialelorpentruacoperisuri,austensilelorsiaunorobiecteornamentale.Deoarececuprulesteunbunconducatordecaldura,seutilizeazalaboileresialtedispozitiveceimplicatransferuldecaldura.ZINCUL: aproximativacinceapartedinzinculprodusinlumeefolositlafabricareaalamei oproportiesimilaraestefolositapentruacoperireafieruluisioteluluiimpotrivaruginirii. tableledezincsefolosesclaacoperisuri,formedetipar,captusealarezervoarelor dinaliajealezinculuisetoarnapiesedeautovehiculesidejucariiSTANIUL: invelisprotectorpentrutabladeotel staniulsealiazacuplumbulpentruobtinereaunormaterialedelipitfolositelaimbinareametalelorPLUMBUL: fabricareabateiilordemasini utilinindustriachimicadatoritarezistenteilaacidulsulfuric sefolosestepentrumantaledecabluri utilinobtinereaunoraliaje:aliajulalb,aliajuldelipitsibronzuriledeplumbNICHELUL: inproductiaaliajelor,indeosebiaotelurilorinoxidabile,multemonedefiindfacutedinaliajedeCusiNi nichelulpurefolositdreptcatalizator nichelulpurseaplicapecaleelectrica,pefiersialama,uneori,pentrualedauninvelisanticorozivWOLFRAMULfabricareafilamentelorpentrubecurielectrice.


FIHI&E 18

CAPITOLUL3.MATERIALECOMPOZITE3.1.INTRODUCEREntro societate avansat noi toi depindem de materiale compozite. Utilizarea compozitelor n toateproduseledelaarticolesportivelapoduriilasateliiestencretere.Celemaimultedintreproduselepecarelevedemnfiecarezi,suntfabricatedinmaterialedetipmonolit.Asta nseamn c sunt materiale individuale, constau dintrun singur material sau o combinaie demateriale care sunt combinate naa fel nct componentele individuale suntneperceptibile (unaliajdemetal).Materialecompozite,pedealtparte,suntcompusedindousaumaimultematerialecombinatenaafelnctindividualematerialesuntuordedeosebit.Unexemplucomunestecompusdintrunbeton.Secompunedintrunliant(ciment),precumiunmaterialdearmare(pietri).Adugareaunuialtmaterialdearmaresetransformntrunbetondetreifazecompozite.Materiale compozite sunt formateprin combinarea adou saumaimultemateriale care auproprietidestuldediferite.Altfel spus,materialecompozite constaudindou saumaimulte fazedistincte fizice,dintre care unul este dispersat ntro matrice continu. Astfel, diferitele materiale lucreaz mpreunpentruaofericompozituluiunsetunicdeproprieti.Compoziteleoferocombinaiedeproprieticarenu sunt disponibile n materiale tradiionale. Cele mai bune compozite sunt formate din doar doumateriale:Unmaterial(matriceasauliant)nconjoariseleagmpreunungrupdefibresaufragmentedintrunmaterialmultmaiputernici(dearmare).Compoziteleexist nnatur.Nusunto ideenoua.Obucatade lemnesteuncompozit,cu fibre lungideceluloza (o foarte complex formdeamidon) mpreun cuomultmai slab substannumit lignin.Oameniiaufolositmaterialecompozitedemiideani.Crmizile,deexemplu.Untortdenoroiuscatnuarenici o vigoare separat. La fel i unmnunchi de paie, pe de alt parte, nu are for separat.Dar daccombinampaielentrunblocdenoroiilelsamsseusuce,rezultocrmidarezistentaiunexcelentmaterialdeconstrucie.Un alt cunoscut compozit estebetonul (agregatul) rezultatdin combinareaunorpietremici sau aunuipietricuunciment.Maimultdecaratt,betonuldobndetemaibuneproprietiprinadugareadetijedemetal,fire,cablurisauochiurilacompozite(princreareaunuibetonarmat).Fibradesticl(Fibreglass)aaprut inanii40,siafostprimulcompozitmodernieste ncontinuareunuldincelemaifrecventutilizate.n ultimii ani numeroase noi compozite au fost dezvoltate, cu unele proprieti foarte valoroase. Prinalegereacuatenieamaterialuluidearmare,amaterialuluidematrice,iaprocesuluidefabricaiecareleaducempreun,ingineriapoateajustaproprietidiferitepentruasatisfacediferitecerinelespecifice.Celemaimariavantajealematerialelorcompozitesuntcompactitateairigiditatea,combinatecuuurin.Prinalegereacorespunztoareacombinaieisiatehnologieideconsolidaredintrematriceamaterialuluiiliant,productoriipotproduceproprieticaresepotrivescexactcerinelorpentruoanumitstructursaupentruunanumitscop.ngeneral,materialecompozitesuntfoartedurabile.Unaltavantajalmaterialelorcompoziteesteceleoferflexibilitateindesign.Compozitelepotfimodelateinformecomplexe.Dezavantajul compozitelor este, de obicei, a costul acestora. Cu toate c procesele de fabricaie alecompozitelor suntadeseamai eficiente,materiileprime sunt costisitoare.Compozitelenupot nlocui inntregimematerialetradiionale,darnmultecazuri,acesteasuntexactceeacenetrebuie.inoiutilizri,frndoial,vorfigsite,pentrucatehnologiaevolueaz.Sepoatespunecancnuamvzuttotcepotfacecompozitele.3.2.FAZECONSTITUENTEMaterialele compozite suntmateriale cu proprieti anizotrope, formate dinmaimulte componente, acror organizare i elaborarepermit folosirea caracteristicilor celormaibune ale componentelor, astfelnctmaterialul rezultat s posede proprieti finale generale, superioare componentelor din care estealctuit.Unmaterialcompozitestealctuitdin:

matrice materialulderanforsare


FIHI&E 19

MATRICEAconstituiengeneralliantulncaresuntimpregnatematerialelederanforsare.Rolulsuestedeapreluaiatransmitesolicitrilematerialuluideranforsareiaconstituimpreuncuacesteaelementelederezistenalecompozitului.MATRICEAesteelementulde legturalmaterialuluicompozit,care:menineunitatea ansamblului, acioneaz camediude transmitere a tensiunilordin structurade ranforsare i lprotejeazpeacestadinurmdeaciuniledistructivealefactorilorexterni.MATERIALULDERANFORSAREestealctuitdinfibresauparticulediverse(oxizi,nitruri,carburi,borurietc.).Definitnsenslarg,unmaterialcompozitesteunansambludematerialedistincte,carearecaracteristicipecarenuleaumaterialeleconstituentenparte.nmultecazuri,materialele,naturalesausintetice,segsescncombinaiecualtematerialeinuacionnd nmod individual.Estecazulcorpuluiuman,construitdincarneioasesaualbetonuluiarmat,undecimentulesteturnatpeuncadrumetalic.Compozitelesinteticeau aprutprimaoar n industria aerospaial,dinnecesitatea controlrii i mbuntiriiproprietilormaterialelor,nconformitatecucerineleimpusededestinaie.Existmaimultevariantededefiniieamaterialelorcompozite.Ceamaicuprinztoare,caracterizndcelmaibinenaturaacestoraeste:Unmaterialcompozitesteocombinaie ntredousaumaimultematerialediferitedinpunctdevederechimic,cuo interfa ntreele.Materialeleconstituente imenin identitateaseparat(celpuin lanivelmacroscopic)ncompozit,totuicombinarealorgenereazansambluluiproprietiicaracteristicidiferitede cele alematerialelor componente n parte.Unul dinmateriale se numeteMATRICE i este definit caformnd faza continu. Cellalt element principal poart numele de RANFORSANT i se adaugmatriceipentru ai mbunti sau modifica proprietile. RANFORSAREA reprezint faza discontinu, distribuituniformnntregulvolumalmatricei.3.3.CLASIFICAREAMATERIALELORCOMPOZITEMATERIALELE COMPOZITE sunt amestecuri de dou sau mai multe componente, ale cror proprieti secompleteazreciproc,rezultndunmaterialcuproprietisuperioarecelorspecificefiecruicomponentnparte.Dinpunctdevederetehnic,noiuneadematerialecompozitese refer lamaterialelecareposedurmtoareleproprieti:

suntcreateartificial,princombinareavoit,raional,adiferitelorcomponente; reprezintocombinareacelpuindoumaterialedeosebitedinpunctdevederechimic,ntrecare

existosuprafadeseparaiedistinct; prezintproprietipecareniciuncomponentluatseparatnulepoateavea.

MATERIALELECOMPOZITEsuntmaterialecuproprietianizotrope,formatedinmaimultecomponente,acrororganizare i elaborare permit folosirea caracteristicilor celormai bune ale componentelor, astfel nctmaterialulrezultatsposedeproprietifinalegenerale,superioarecomponentelordincareestealctuit.Prindefiniie,conceptuldeCOMPOZITesteatribuitunuisistemcomplexalctuitdinmaimultematerialedenaturdiferit.naceastcategorieintroclasfoartevastdeprodui.Prinasociereamaterialelorcomponente,seobinnoimaterialecuproprietideosebite,totaldiferitedealecomponentelorindividuale.Este cunoscut faptul c aliajelemetaliceprezintproprieti superioare fade cele ale componentelorconstituente.Acelailucrusepoatespuneidesprematerialelecompoziteceramicesaupolimerice.O prima clasificare amaterialelor compozite tine seama de particularitile geometrice alematerialuluicomplementarsimoduldeorientareaacestuiainmatrice:

materialecompozitedurificatecufibre; materialecompozitedurificatecuparticule(prindispersie); materialecompoziteobinuteprinlaminare(stratificate).

Figura1.Materialecompozite:aarmatecufibra;bdisperse;cstratificate


FIHI&E 20

Lamodulgeneralmaterialelecompoziteseclasificconformcufigura2.

Figura2.Clasificareamaterialelorcompozite

Practic,materialelecompozitesuntformatedintromatrice(plastic,ceramicsaumetalic) ielementedearmare (ranforsani), care suntdispuse nmatrice ndiferiteproporii iorientri.Armtura confermaterialului compozit o rezisten ridicat i reprezint elementul principal de preluare a sarcinii, iarmatricea are rolul dematerial de legtur ntre elementele de armare imediul de transfer al sarciniiexterioarespreacestea.Avantajulmajor,esenialalcompozitelorconstnposibilitateamodulriiproprietiloriobinereanacest fel a unei game foarte variate demateriale, a cror utilizare se poate extinde n aproape toatedomeniiledeactivitatetehnic.

3.3.1.MATERIALELECOMPOZITEARMATECUFIBREaucaracteristicifoartebunederezistenta,rigiditatesiraportrezistentadensitate.Comportamentulmecanicalunuiasemeneacompozitdepindede:

proprietilefiecruicomponent; proporiadintrecomponeni; formasiorientareafibrelorinraportcudireciadesolicitare; rezistenamecanicaainterfeeimatricefibr.

Figura3.Materialelecompozitearmatecufibre

nfigurademaisussuntprezentatediferitemodurideorientareaacestorfibre n interiorulmatricei.Seobinastfelmaterialecompozitecucaracteristicifoartebunederezisten,rigiditateiraportrezistendensitate.Materialelecompozitecufibresunt:

stratificate nestratificate


FIHI&E 21

cufibrecontinueunidirecionalesimultidirecionale; cufibrediscontinueorientatesineorientate.

Figura4.Moduldeorientareafibrelorncompozitelearmate

TabelI.ElementedearmareElementede

armare GeometriacompozituluiRaporturiledimensiunilor

liniare

particul

fibr

Bidimensional(plac,lamel,foi,solzi)

Placaj

Sistemele de ranforsare pentrumateriale compozite pot fi obinute utiliznd toate tehnologiile textile(Tabel II): esere,tricotare,procesepentrumaterialeneesute,asamblareprincoasere.Laacesteasepotadugaiproceselecaracterizatedeproducerearanforsriiiamaterialuluicompozitnaceeaietap,cumsunt nfurarea filamentelor i poltruderea. Criteriile utilizate n alegerea procesului tehnologic pentrufabricarearanforsriiserefer lastabilitateadimensional, laproprietilemecanice impuse,precumi laproprietilededrapaj/formabilitatealesistemuluideranforsare.

TabelII.PrincipaleleprocesetextilepentruranforsrialematerialelorcompositeTehnologie Principiuldeformare

esere InserareafirelordeurzealntrefireledebtturTricotare Buclareafiruluiitrecereasaprinbuclaanterioar

Proceseneconvenionale Dispunereafibrelorntropturiconsolidareaacesteia


FIHI&E 22

Figura5.Tipurideesturi

Celemaimultematerialetextileutilizatedeommaialespentrumbrcminte(esuturi,tricotajeetc.)suntconfecionatedinfibretextileprinprocedeemecanicedeprelucrare:esut,tricotat, mpslitetc.,dupoprealabilannobilareprinfinisare:vopsire,antistatizareetc.Fibreletextilesempartdupprovenienalorin:

FIBRE NATURALE mai importante sunt cele proteice (lna simtasea natural) si cele celulozice(bumbacul,inul,cnepa,iutaetc.);

FIBRE ARTIFICIALE denumite astfel ntruct sunt fabricate dinmaterii prime organice naturale.Reprezentaniimaiimportanisuntmtaseavscozasimtaseaacetat;

FIBRESINTETICEsuntcelefabricatedinmateriiprimeorganicedesintez,celemaiimportantefiindfibrelepoliamidice(Nylon),poliestericesipoliacrilonitrilice(Acrilon,Melana).

FIBRELE SINTETICE si FIBRELEARTIFICIALE ncearc inmaremsura sa seapropiedeaspectul FIBRELORNATURALE.Astfel,mtasea,vscozasimtaseaacetatimitmtaseanatural,fibrelepoliamidiceipoliacetilonitrilice,imita lna iar fibrele poliesterice, bumbacul. Pentru diminuarea inconvenientelor care apar la utilizareaacestora la fabricarea mbrcmintei, inconveniente legate mai ales de caracterul lor hidrofob, ele seutilizeazdemulteoriinamestecuricufibrelenaturalealcroraspectlimit.

3.3.2.MATERIALECOMPOZITEARMATECUPARTICULE(PRINDISPERSIE)Laacestemateriale,matriceaestearmatcuparticule,dispersateuniform nmasamaterialului.MATRICEAare rolul de a prelua sarcinile mecanice, iar PARTICULELE DISPERSE au rolul de a se mpotrivi propagriidislocaiilor,ridicndastfelproprietilemecanicealematricei.Matriceapoate fi i nacestcazmetalic,ceramicsaupolimeric, iarparticuleledispersepotfioxizi(Al2O3,Cr2O3,MgO,SiO2,ZrO2),carburi(SiC,TiC),boruri(Cr3B2,TiB2,ZrB2),siliciuri(MoSi2),nitruri(TiN,Si3N4)etc.Materialelecompozitepotfiarmatecu:

microparticule particulemariorientatepreferenialsaualeatoriu.

Incazulcompozitelorarmatecumicroparticule(1002500),particuleleblocheazdeplasareadislocaiilor.Astfel, dei sunt necesare cantiti mici de material dispers, efectul de durificare este foarte mare.Fazadispersataeste,deregula,unoxidstabildinoxiddealuminiu(Al2O3),oxiddetoriu(ThO2),oxiddezirconiu(ZrO2),oxiddeberiliu(BeO)etc.Ea trebuie sa aib anumite dimensiuni, forma, cantitate si distribuie pentru obinerea celormai buneproprietipentrumaterialulcompozit.Totodat,particuleledispersate trebuie saaib solubilitate sczuta inmaterialulmatricei si sanuaparreaciechimicaintreparticulesimatrice.In cazul armrii compozitelor cu particule mari, particulele nu mai au rolul de a bloca deplasareadislocaiilor.Infunciedeproporiadintrecantitiledemacroparticulesiceadeliantseobincombinaiineobinuitedeproprieti.Carburilemetalicepotfiprivitecafiindastfeldematerialecompozite,carburadewolframeste nglobataintro masa de cobalt, sculele achietoare rezultate avnd combinate avantajele date de duritatea sirezistenta la creterea temperaturiideachierea carburiidewolfram si celedatede rezistentabuna laimpactacobaltului.Pietrele abrazive formate dinmacroparticulele de carbura de siliciu (SiC), nitrura de bor sau diamant,nglobateintromatricedesticlasaupolimeri,potficonsideratetotcompozitearmatecumacroparticule.Unaltexemplulconstituiematerialulfolositpentrucontacteleelectrice,careesteformatdinparticuledewolframnglobatintromatricedeargint.


FIHI&E 23

In acest mod se realizeaz combinaia dorita de proprieti, si anume conductibilitate electrica buna(datoritaargintului)sirezistentamarelauzura(datoritaparticulelorwolfram).3.3.3.MATERIALECOMPOZITESTRATIFICATEMaterialele compozite stratificate suntobinuteprinaplicarea, la suprafaamaterialelordebaz,aunuistratdinaltmaterial.Aplicareaacestuistratdinaltmaterialcuproprietidiferitedecelealematerialuluidebazaserealizeazcelmaidesprinturnare,sudaresaulaminare.Principalulavantajalacestormaterialeestedeordineconomicsideordincalitativ,deoareceprinutilizarealor seeconomisesc importantecantitidemateriale scumpe saudeficitare, mbuntinduse, inacelaitimp,calitileproduselorsimrinduseduratalordefuncionareincondiiileunorperformanteridicate.Exemple:

duraluminiu, cu rezisten ridicat la rupere, placat cu aluminiu pur, cu rezisten ridicat lacoroziune;

oteluri carbon ieftineplacate cuoteluride scule cuduritate ridicata si rezistenta lauzare sau cuoteluriinoxidabilerezistentelacoroziune;

plcuedinoxiddealuminiuplacatecunitruradetitan(folositepentruprileactivealesculelorachietoare).

In afar de materialele compozite bicomponente, se folosesc si compozite tricomponente (tipsandwich). De exemplu, pentru mpiedicarea difuziunii carbonului dintrun otel in altul, se poateinterpuneprinplacareunstratdenichel,carenupermitedifuziuneaprinelacarbonului.Totunmaterialsandwichestecelalctuitdindouaplcisubiridinmetal(deexemplualuminiu,titansauotel),intrecaresegseteostructuratipfagure(panoufagure)dinmaterialmaidur(duraluminiusaualiajdetitan),rezultndunmaterialcompozitdeosebitderezistentsirigid.

Figura6.Materialcompozittipsandwich

Celemaiuzualecompozitedinaceastcategoriesunt: LAMINARE: sunt compuse din dou plci sau panouri ce prezint direcii prefereniale pentru

solicitare.Exemple:compoziteledin lemn,plasticelearmatecufibrealiniateicontinui.Straturilesuntaezateunulpestecellaltintritempreunastfelnctorientareapreferenialnraportcudireciadesolicitarevariazcufiecarestrat.Unexempludestructurrelativcomplexlreprezintschiurilemoderneiarunaltexempluesteplacajul;

PANOURILEDETIPSANDWICH:constaudindouplciaezate laexteriorcarepotficonfecionatedinaliajedealuminiu,plasticearmatecufibre,aliajedintitan,oel,etc.Plcileexterioarepreiauomarepartedin solicitare. La interior se introduceo structurde tip fagure, careprezintodensitatesczut,preiasolicitrileperpendicularepeplciiconferrigiditate laforfecare.Panouriledetipsandwichpot fiutilizate ntrovarietatedeaplicaiicare includ:acoperiuri,podele,pereisaudiversecomponentepentruaviaie.

3.4.MATRICIALECOMPOZITELOROaltaclasificareamaterialelorcompozitetineseamadenaturamatricei:Matriceacompozitelortrebuiesafie construitadintrunmaterial capabil sa nglobeze componentadispersa,pe care sanuodistrugprindizolvare,topire,reaciechimicasauaciunemecanica.Rezistenta compozitului la temperatura si la coroziune sau oxidare este determinata in primul rnd denaturamatricei. In celemaimulte cazuri,aceasta reprezintparteadeformabilaamaterialului,avndorezistentamecanicamaisczutdectmaterialulcomplementarpecarelinclude.Alegereamatriceise face in funciedescopulurmritsideposibilitiledeproducereacompozitului. Intehnologiileactuale,sefolosescnumeroasetipuridematrici:organice,metalicesauceramice.


FIHI&E 24

Astfel,materialelecompozitesempartin: materialecompozitecumatriceorganica(MCO); materialecompozitecumatricemetalica(MCM); materialecompozitecumatriceceramica(MCC).

Matricea reprezint aadar, o parte a materialului compozit care asigura att transferul solicitrilorexterioarelaranforsant,catsiproteciaelementelorderanforsarempotrivadistrugerilormecanicesiprineroziune.

MATRICEAMETALICesterealizatdintrunaliajcubazdeNisauCo, mbuntitprinalierecuW,Mo,V,Al,ZrsauB,saudinmetalepurecaAl,Ti,Ni,W,Moetc.Astfeldematerialefolosescmetaleprecum aluminiu ca matrice i ranforsare de natur textil, de exemplu fibre de silicon. Suntutilizatenindustriadeautomobile;

MATRICEACERAMICesterealizatdinCr2O3sausticl.Avantajulacestuitipdematrice lconstituiecompatibilitateafizicichimicridicatcufibrelelatemperaturnalt.igsescaplicabilitateansituaii caracterizate de temperaturi foarte ridicate; ca ranforsare se utilizeaz fibre scurte sauparticuledecarbidsaunitratdebor;

MATRICEAPOLIMERICeste constituitdinmateriale termoplaste saumateriale termorigide.Dintrematerialele termoplaste sunt mai des utilizate polietilena, polipropilena, ABSul (acrilonitril butadienstiren), policarbonaii,poliamidele,PTFEul(politetrafluoretilena), iardintrematerialeletermorigide, rinile epoxidice. Sunt cel mai des ntlnite compozite, fiind cunoscute i subdenumireadepolimeri(plastic)curanforsaretextil;

3.4.1.MATERIALECOMPOZITECUMATRICEORGANICA(MCO)Materialelecompozitecumatriceorganicasuntmaterialeobinuteprinasocierea, introordinedirijataauneimatricipolimericecumaterialederigidizaresaudeumpluturadiferite,rezultndmaterialecompozitecuproprietifizicochimicesimecanicefoartevariate,superioarematerialelorclasice.Caracteristici:

greutatespecificamica(densitatesczut); rezistentamecanicaridicata; rezistentalacoroziunemare; modulspecificridicat; proprietitermicesielectricecumultmaibunedectamaterialelorplastice; impermeabile; asiguratransparenta(celeamorfe); asiguraautolubrifierea; sepoateobineuncomportamentelasticsiplastic.

Dezavantaje: rezistentamecanicaredusalatemperaturinalte; duratascurtademeninereinstarelichida,duppreparare; conductivitatetermicaredusa; coeficientmarededilataretermica; rezistentarelativmicalasocmecanic.

Matriceleorganicepotfi: TERMORIGIDE (prin nclzire devin plastice iar dup rcire se ntresc ireversibil datorita

transformrilorchimicesuferite);Exemple: rinipoliestericenesaturate (PEN,UP)cu fixarebunape fibre,pre redusdarcuocontracie

volumiclantriremare(810%)sicomportaredificilalaclduraumeda; rini epoxidice (EP) cele mai utilizate in industria aeronautica, cu fixare buna pe fibre, cu

contracieredusalaturnare(0,5%)siproprietimecaniceridicate; rinifenolice(PF)cuproprietimecanicemairedusedectrinileepoxidice,nuproducgaze

toxicelaardere.Seconstruiescpiesecurezistentalatemperaturaridicatasipiesecuproprietideizolatorielectrici.


FIHI&E 25

TERMOPLASTICE(auodezvoltaremairestrnsacomparativcumaterialeletermorigide).Sempartinmaterialeplasticedemaredifuziunesimaterialeplasticetehnice(tehnopolimeri),avndavantajulcasepotrefolosirebuturilesideeurilerecuperabileprinreciclare.

Exemple: policloruradevinil(PVC); polietilenacudensitateredusa(LDPE); polietilenacudensitateridicata(HDPE); polipropilena(PP); polistiren(PS)deuzgeneralipolistirenoc(PAS,rezistentlaoc) copolimerstirenacrilonitrin(PAN)sicopolimeracrilonitrilbutadienstiren(ABS).

Astfel,sepotfolosi: poliamide,poliesterisiriniepoxidice,cuarmaturadin fibredesticlasauumpluturimineralece

potnlocuimetalele; poliamide, poliesteri, polibutiltereftalat, cu armatura de fibre de sticla, de azbest, de carbon,

aramidicecarenlocuiescmetaleleuoare; poliesteri,polipropilena,polietilena,policarbonatcuarmaturadinfibredesticlasauumpluturadin

talc,fainadelemn,cenlocuiescotelul; polipropilena,poliuretan, termoplaste celularecuarmaturadin fibrede sticla sauumpluturadin

microsferedesticlasimaterialemineralecepotnlocuidiferiteesenedelemn; poliesteri,riniepoxidice,fenoplastecuarmaturadinfibredesticlasideazbestsauumpluturadin

caolinsicretacarenlocuiescceramica.Materialele compozite obinute au proprieti tehnologice aparte, prelucrabilitate foarte buna, pieselefiniteseobinprinnumrmicdeoperaiisimple,caresepotmecanizasiautomatizauor.Componenteledinmaterialelecompozitepolimericesepotmbinacuelementestratificate,cuarmaturisubformadefibre,nfurrisaureele,cuumpluturidispersesialiajepolimerice.Ultimelerezultadinamesteculpolimerpolimer,polimermetalsipolimerceramica.Inmultecazuri,acestealiajesuntpreferatealiajelormetalicedatoritarezistentelormarilafenomenuldefrecare,eliminnddecelemaimulteoriungerea.Procesuldefabricaiealacestormaterialesecompune,inprincipal,dinoperaiile:

obinereamatriceipolimerice; pregtireacomponentelordearmare; impregnareasautratareafibrelor; tiereafibrelor; realizareaarmaturii(reea,mpletitura,esturaetc.); mbinareacomponentelorprininjecie; extrudare,presaresimatriare.

Utilizri: inindustriadeautomobile; aviaie; aeronautica; recipientepentruindustriachimica

3.4.2.MATERIALECOMPOZITECUMATRICEMETALICA(MCM)Matricele metalice sau folosit din necesitatea de a obine compozite care sa poat fi utilizate latemperaturirelativnalte,comparativcuceledenaturaorganica.Fatadematriciledinpolimeri,celemetaliceprezintoseriedeavantajelegatedeductilitatesiproprietimecanicesuperioare,rezistentalaataculanumitorsolveni,ogamamailargaatemperaturilordeutilizare,conductibilitate electrica si termica mai buna, rezistenta mare la aprindere, stabilitate dimensionala,capacitatebunadeprelucrare,porozitatesczuta.In schimb, densitatea este relativmare (1,74 7 g/cmc), iar fabricarea compozitelor este uneorimaidificila.Matricilemetalicepotnglobafibreledearmareprinlaminare,impregnareinfazalichida,depunerechimicainfazadevaporisauelectroplacareamatriceisisolidificaredirijata.


FIHI&E 26

Acestematerialesuntformatedintromatricemetalica,carepoatefimetalpursaualiajmetalic(aluminiuAl,magneziuMg,cupruCu,titanTi,plumbPb,superaliajeetc.)sicomponentadearmare,carepoatefimetalicasauceramica(otelinoxidabil,wolframW,beriliuBe,titanTi,fibredecarbon,fibredebor,fibredealuminaAl2O3,fibredesticla,particuledinmaterialceramic).Maiexact,componentadearmarepoatefisubformade: srmesaubenzidinoteluriinoxidabile,wolframW,beriliuBe,titanTi; fibredebordepusepefilamentdewolfram,acoperitecucarboradesiliciusaudebor; fibredecarbon,lungisauscurte; fibre ceramice oxidice sau neoxidice, benzi din oxid de aluminiu (aluminaAl2O3), carbura de siliciu

(SiC),cuar,saudincarburidesiliciusicarburidebor;Materialuldeumpluturaestesubformadepulberisauparticuledinmaterialemetalicesauceramice.Materialelecompozitecumatricemetalicaseprezintsubformade: materialeplacate,stratificatedetipsandwich; aliaje ntrite cu dispersii de oxizi ce se obin prinmetalurgia pulberilor (AlSiMg; AlCuMg; AlZnMg;

TiAlV); materialetipfagure,cufetesimiezmetalice; materiale pseudocompozite, de tip eutectic solidificat, in care unele faze au forma filamentar,

obinutaprinsolidificaredirijata; materialecompozitecumatricemetalicaarmatecufiresifibre.Tehnologiilede fabricaiealeMCMsunt foartevariate,necesitndprelucrri latemperaturi ridicatesicuatmosfera controlata.ObinereaMCMurilor in faza solida are locprinpresare la cald, laminare la cald,tragerelacald,presareurmatadesinterizare.Infazalichida,MCMseobinprininfiltraresubpresiunesauinvid,turnareurmatadeforjare,turnareurmatadematriare,omogenizareinstarelichida.MaterialeleMCMpotfisubformade: semifabricate:placi,table,srme,profile; piesefinite; ansambluri.Dezavantaje: masavolumicmaimaredectamatricilordinpolimeri; posibilaapariieaunorcompui intermetalicifragilila interfaadintrematricesifibresi latehnologia

deobineremaicomplicata,ducndlauncostmairidicatalcompozitelorcumatricemetalica.3.4.3.MATERIALECOMPOZITECUMATRICECERAMICA(MCC)Materialelecompozitecumatriceceramicasuntmaterialecompuse,constituitedinsubstaneanorganice(oxizi,carburi,siliciuri,borurietc.)consolidateintrunansamblucuelementedearmaresubformadefibre,granulesauagregate.Deexemplu,compoziteleceramicepebazade fibresunt formatedintromatricedinmaterialeminerale(ceramica) si fibrede armare (neoxidice: fibrede SiC carburade siliciu,BC carburadebor, Si3N4 nitruradesiliciu,TiB2boruradetitansauZrB2boruradezirconiu;fibreoxidice:Al2O3alumina,SiO2silicea, ZrO2 zirconia; W wolfram, Mo molibden, Be beriliu, otel si fibre de sticla).Materialul de rigidizare este format din fibre de carbon sau fibre ceramice lungi sau scurte.Dezavantajulcompozitelorceramiceconstainfragilitateamareamatricei.Ceramicatehnicaestetotmaifrecventutilizatapentrurealizareacompozitelor,deoareceaceastacategoriede materiale este caracterizata prin proprieti intrinseci deosebite, datorate in principal legturilorinteratomice.Caracteristici:

rezistentamecanicamarelatemperaturinalte1200C(superioaracelorlaltemateriale); rezistentalaruperefoartemare,uneorimaimaredectacelormaibuneoteluri; rezistentalaoxidaresilaagenichimici; moduldeelasticitatemare,superiorotelurilor; duritatemaresistabilalacretereatemperaturii.

Materialelecompoziteceramicesefabricaprin: formareplasticadinpulberifinesiunlichidpurttor; turnareintroforma,urmatadearderelatemperaturanalta;


FIHI&E 27

presarelarecesisinterizare,urmatadearderelatemperaturanalta; presarelacald; depunereinfazadevapori.

3.5.PROCESETEHNOLOGICEPENTRUOBINEREAMATERIALELORCOMPOZITECaprincipiugeneral,materialelecompozitesuntproduseprinintroducereamatricei(rinii)nsistemulderanforsare, urmat de reacia de polimerizare a acesteia, numit curare, reacie prin care se formeazlegturantreceledoucomponente.Curareadepindedetipulriniifolositetermosetsautermoplaste,careinflueneazcondiiileprocesului,ianumedurata,temperaturaipresiunea.Pentruaobine formaprestabilitapiesei,materialelederanforsaresuntdispuse nmatrie.Funciedetipulmatriei,sepotevideniadougrupedeprocesedeproduciepentrumaterialelecompozite:

PROCESECUMATRIDESCHISnumaiofaamaterialuluideranforsareintrncontactcumatria;. PROCESECUMATRINCHISmaterialulderanforsareintrncontactcumatriapeambelefee.

Existovarietatelargdeprocese,delacelemanualelacelecompletautomatizate,delaproceselarecelaprocese care necesit condiii de temperatur i presiune. n cele ce urmeaz se vor prezenta succintprincipaleleprocesetehnologicedinceledougrupe.3.5.1.PROCESEDEPRODUCEREAMATERIALELORCOMPOZITECUMATRIEDESCHISETehnicamatriei deschise presupune utilizarea unei singurematrie,materialul de ranforsare putnd fidispusninteriorulsaulaexteriorulmatriei.naceastgrupsuntincluse:

matriareaprincontact(depuneremanual); matriareaprinpulverizare; matriareacuranforsareanpeliculvidat; matriareanautoclav; nfurareafilamentelor.

Acesteprocesesebazeazpecaracteristicilerinilortermoset,nspecialalecelorpoliesterice,deaputeapolimerizafrajutorultemperaturiiialpresiunii. MATRIAREAPRINCONTACT(DEPUNEREMANUAL)Matriarea cudepuneremanuala ranforsrii este ceamai simpl imai vechemetoddeproducereamaterialelor compozite. Sepoate folosiorice tipde rin termoset, cum ar fi epoxy,poliesterice, vinilesterice sau fenolice. Fibrele utilizabile ca ranforsare se extind la ntreaga gam de fibre demodul irezistennalte,ngeneralcamateriale2Desturi,tricoturi,pturifibroase.Principiuldebazalprocesuluitehnologiceste ilustrat nfigura7.Materialulderanforsareestedepuspematriisentinderinapesuprafaaacestuiacuorol.Funciederinafolosit,curareasepoatefacelatemperaturaambientuluisauncuptorla800C.Durataprocesuluivariaz,dela810orela3pnla7zile.

Figura7.Matriareacudepuneremanual

Pentru a preveni problemele de aderen care pot s apar la scoaterea materialului compozit, esterecomandabilaplicareapematriaunuistratprotector,uniform icuogrosimedecirca0,35mm.Ceimaidesfolosiisunt:gelurile,parafina,siliconi,compuifluorcarbon,etc.Principaleleavantajealematririicudepuneremanualsunt:

tehnicaestesimpliextremderspndit; echipamentulesteieftin,maialesncazulcurriilarece; sepoatefolosioricetipdefibr,sistemderanforsareirin; materialele compozite astfel obinute sunt caracterizate de o fracie volumic superioar celei

pentrumatriareaprinpulverizare.


FIHI&E 28

ncontrapartid,dezavantajeleincludurmtoarele: calitateafinalamaterialuluicompozitdepindenmaremsurdeexperienaoperatorului; manevrareadirectariniiridicproblemelegatedenormeledesiguran; nivelulsubstanelorvolatilepoatedepilimitaimpusdenorme; vscozitatea redus impus datorit manevrrii manuale influeneaz negativ proprietile

mecaniceitermicealematerialuluicompozit. MATRIAREAPRINPULVERIZAREn cazul unor forme complexe,matriarea cu depuneremanual se dovedetemult prea laborioas iconsumatoaredetimp.Matriareaprinpulverizareaaprutcaoalternativ,ncareattfibrelescurtedinranforsare,ctirinasuntpulverizatepematricuajutorulunorpulverizatoarespeciale.Fibrelesuntpreluatncablu,tiatelalungimeadoritiapoiamestecatecurinanaer.Existtreimetodederealizaacestamestec:

amestecnexteriorrinaifibrelesuntpulverizateseparat,aacumesteprezentatnfigura8; amestec n interior rina i fibrelesuntamestecateprealabil ntrocamerapulverizatorului i

amesteculestepulverizatpematri; vasesubpresiuneesteovariantaamesteculuinexterior,ncarefluxurileseparatederini

defibresuntprodusedepresiuneadinvase.

Figura8.Matriareaprinpulverizareamestecnexterior

ntreaplicaiilematerialelorcompoziteprodusecuaceasttehnicsenumr:piesepentruduuri,stlpiornamentalidedimensiunireduse,treptepentrupiscine,etc.Calitateamaterialuluicompozitdepinde, nmaremsur,devaloarea fracieivolumice.Proporia fibre /rinestecontrolatprinstabilireacantitiiprecisedepolimerisubstaneadiionalenecesare,precumiprinmonitorizareaconsumuluidefibreiderin,astfelnctsrezulteodepunereuniform.i n cazul pulverizrii, vscozitatea sczut a matricei afecteaz proprietile mecanice i termice.Proprietilemecanice sunt influenate ide faptul c ranforsarea este realizatnumaidin fibre scurte.Totodat, exist riscul ca prezena substanelor volatile, tip stiren, s depeasc nivelul prevzut denorme. NFURAREAFILAMENTELORnfurarea filamentelor este un proces de fabricare a materialelor compozite n care materiale deranforsare de tip continuu (filamente, fire, benzi etc.), impregnate cu rin nainte sau pe durataprocesului, sunt depuse pe o form rotabil, astfel nct s ndeplineasc anumite condiii legate detensiunea n nfurare. ngeneral,suprafaaformeiestetubular, nchissaudeschis.Dup nfurareanumruluidoritdestraturi,areloccurareaansambluluiindeprtareaformeisuport.Dac nfurarea se face cu introducerea matricei n sistemul de ranforsare ntro faz anterioar (sefolosescaanumiteleprepregs),atunciprocesulestede tipuscat.Procesulumedestecaracterizatdetrecerearanforsriiprintrobaiederin.nfurareafilamentelorsepoatefacepecircumferinaformeisuportsauincluzndicapeteleformei,aanumitanfurarepolar.nfurarea pe circumferina formei se obine prin utilizarea unui crucior mobil, care transportfilamentele dea lungul suportului. Corelaia ntremicarea formei i cea a cruciorului determin tipulnfurrii n cruce sau n paralel, precum i valoarea unghiului de nfurare. Pentru a mbuntiproprietilemecanic,sepotinserapedirecielongitudinalifilamente,fire,benzi.


FIHI&E 29

n nfurarea polar, filamentele sunt depuse de la un capt la altul, crend astfel o form nchis.Cruciorul,pecaresuntmontatebaiade rin i rastelulde fire,areocurseliptic n jurulsuportului.Formaesteuornclinatfadeaxaorizontalaelipsei.Pentru exemplificare, n figura 9 se prezint schema procesului tehnologic pentru nfurarea de tip ncruceafilamentelor,ncazulunuiprocesumed.

Figura9.nfurareafilamentelorprocesumed

Scoaterea formeisuportdup ncheiereaprocesuluidecuraresepoaterealizademontareaacesteia,prinsolvire (ap sau ageni alcalini, funcie demateria prim a formei) sau pur i simplu poate fi lsat nmaterialulcompozit.Materialelecompoziteproduseprinnfurareafilamentelorsefolosescnindustriaaviaticinindustriaaerospaial,pentrucomponenteprecummotoarepentrurachete,fuzelaje,elicepentruelicoptere,vaseitancurisubpresiune,conducteetc.nfurarea filamentelor are avantajul unei productiviti ridicate, care elimin etapa iniial a realizriimaterialului de ranforsare. Compozitele astfel obinute sunt caracterizate de proprieti mecaniceexcelente pe direcia de depunere a filamentelor, precum i de un coninut ridicat dematerial fibros(fracievolumic).Totui,utilizareaunorrinicuviscozitatereduslimiteazcomportareamecanic.Altedezavantaje sunt legate de costurile formelor suport, limitrile acestor forme i nefinisarea priiexterioareamaterialuluicompozit.3.5.2.PROCESEDEPRODUCEREAMATERIALELORCOMPOZITECUMATRIENCHISEUtilizareamatrielor nchisepermiteproducereaunormaterialedecalitatesuperioar,finisatepeambelefee, n condiii de productivitate sporit. n comparaie cu procesele cu matrie deschise, se obinmaterialecompozitecuofracievolumicsuperioar,ceeaceconferproprietimecanicemaibune,cudimensiuniprecise.Celemaicunoscutetehnologiisuntmatriareaprin injecie,poltruderea imatriareaprintransfer. MATRIAREAPRININJECIEMatriareaprin injecieeste caracterizatde injectareamatricei (rinii) n stare lichid nmaterialulderanforsare,aflatnmatriarelativrece,subpresiunipnla200MPa.Injeciapermitecretereagraduluidecomplexitatealformelorrezultateimbuntireaprecizieipieseloritotodatautomatizareaprocesului.Sepotfolosicamatriceattrinitermoset,ctirinitermoplaste,cumeniuneacprocesulesteuordiferit n cele dou cazuri. Pentru rinile termoplastematria este nclzit, n timp ce pentru riniletermosetmatriasemeninelatemperaturamediului. POLTRUDEREATermenul poltrudere este o denumire derivat din extrudere, specific metalelor i polimer,desemnndunprocescontinuu,careconstntrecerearanforsriiprintrobaiederin,dupcareareloccurarea materialului compozit. Ranforsarea este de tip unidirecional, filamente sau benzi de fibre,combinate cu un material textil, estur sau ptur fibroas, care adaug rezisten i rigiditateansamblului.Pentrupoltrudereseutilizeazrinitermoset,celepoliestericeiceleepoxyfiindcelmaidesntlnite.Principiuldebazalprocesuluidepoltrudereesteilustratnfigura10.Laieireadinbaiadepolimer,materialultextilimpregnattreceprintroseriededispozitivedendeprtareprogresivaexcesuluiderin.Funciededimensiuniicomplexitateaformei,poateaveaunulsaudouregimuri termice. n aldoilea caz,primul cmp, deprenclzire, are rolulde a fluidizamatricea ide afacilitateaimpregnareanmaterialultextil.Adouazondenclzireareotemperaturmaimare,pentrua


FIHI&E 30

iniiaipropagareaciadepolimerizare.Duprcire,materialulestesuficientdentritpentruafipreluatitransportatspretiere.

Figura10.Poltrudereschemdeprincipiu

Principaliiparametri tehnologici caredetermin calitatea compozitului sunt: tensiunea n fire, vitezadetragereitemperaturadeimpregnareidecurare.Formelecaresepotobineauseciuneconstanttuburi,profilurisimple.Utilizareasuplimentarauneimatrie permite creterea gradului de complexitate al formei, dar ntrerupe continuitatea procesului.Avantajelepoltrudriiinclud:

productivitatefoartemare,datoritcontinuitiiprocesului; proprietimecaniceitermicefoartebune; costurilelegatedeasamblarearanforsriisuntminimizate; emisiiredusedesubstanevolatile.

ntredezavantajesenumr limitareaseciuniitransversalealepieselor icosturiledestulde ridicatealedie. MATRIAREPRINTRANSFER(RTM)Matriareaprintransferesteunprocesprincarematricea(rinacucatalizatori,agenidecurare,iniiatori,inhibitori etc.) este transferat sau injectat n ranforsarea depus n matria nchis. Procesul sedesfoar lapresiunisczuteiafostdezvoltatcaoalternativ laproducereamaterialelorcompozite nautoclave.Utilizareadepresiunireduse,de12bari la7bari,permitecamatriaspoatficonstruitdinmaterialemaipuin rezistente i costisitoare, cum ar compozite ranforsate cupturi fibroase.Pentru afacilitatransferulmatriceinmatrisepoatefolosiiunsistemdevacuum.Figura11prezintschemauneiinstalaiipentruRTM.

Figura11.ProducereamaterialelorcompoziteprinRTM(matriareprintransfer)

Etapeleprocesuluidematriareprintransfersunt: DEPUNEREANMATRIAMATERIALULUIDERANFORSARE.Peparteainterioaramatrieiseaplicunagentcare

sfacilitezeoperaiade ndeprtareapiesei,deexempluocearsauungel.Seevitcamaterialulsacoperecompletmarginile,pentruanumpiedicanchidereamatriei.

AMESTECUL RINII CU REACTANI, CATALIZATORI I INIIATORI, conform reetei.Rinile utilizate sunt de tiptermosetpoliestericeiepoxysuntcelemaides ntlnite,darsemaifolosesc irinifenolice,vinilesterice,bismalmeidice,etc.

INTRODUCEREA RINII. Amestecul rezultat este injectat printro pomp n matri, pn la umplereaacesteia.Lapresiuni sczute, sepoate folosi iun simpluvas subpresiune.Pentruauura circulaiariniisemaipoateadugaiunsistemdevacuum.Aerulexistentestempinsdefrontuldecurgerei


FIHI&E 31

esteeliminatpringurideventilaie.Calitatea impregnriimaterialuluitextildepindedepresiuneadeinjecie, de vscozitatea rinii, de proprietile de permeabilitate ale ranforsrii i de poziiadispozitivuluideinjectare.

POLIMERIZAREA (CURAREA).Materialul impregnat este lsat nmatri, pentru a completa procesul depolimerizare.

NDEPRTAREA PIESEI DIN MATRI. Scoaterea piesei din matri se face cnd materialul compozit sesolidific.

POSTPOLIMERIZARE.Aceastfazulterioarpresupuneaplicareaunuitratamenttermicpiesei,pentruaimbuntiproprietilemecanice.

Materialelecompoziteobinuteprinprocesuldematriareprintransfersuntcaracterizatedeproprietimecaniceforatebune,datoratepedeopartefracieivolumiceridicateipedealtpartecalitiipieselor,cu un numr redus de goluri i de zone prost impregnate.Aceast tehnic permite totodat utilizareapreformelor3Dpentrumaterialecompoziteavansate.Tehnologiiledeobinereamaterialelorcompozitesuntmultdiferitedeceleaplicate ncazulmaterialelorclasice.Formaidimensiunilepieseiinflueneazdecelemaimulteorialegereatehnologieidefabricaieamaterialuluicompozit.Existprocedeedeobinerecareconducnumailaformesimple,alteledimpotrivsepreteazlaobinereacelormaicomplicateforme.Ca nmulte alte domenii productive, i n cazulmaterialelor compozite, elementele ce compun costulreperului se pot grupa ntrun criteriu de cea mai mare importan privind alegerea tehnologiei defabricaie.Procedeeledeobinereapieselordinmaterialecompozitepotfimpriten:

TEHNOLOGIINEPRETENIOASEceconduclaexecutareaunorpieserelativscumpe,dardecalitatebun; TEHNOLOGIIPRETENIOASEceconduclaexecutareaunorpieseieftine,dardecalitatemodest; TEHNOLOGIISOFISTICATEceconduclaobinereaunorpiesefoartescumpe,dardeocalitate

ireproabil.3.6.CERMETURILEAu fostdescoperite inGermania inceldealdoilea rzboimondialsireprezintcombinaiieterogenealemetalelorsialiajelormetalicecuofaza(saumaimulte)ceramicaconstituind5085%dinamestec.Estedeciunamestecdeceramice+metal.Premizeleapariieiloraufosttendineledealuptacontratemperaturiiprinobinereaunuimaterialcaresaaib caracteristicimetalice:ductilitate, conductibilitate termica, rezistenta la rupere, reziliena.Calitateacermetuluicaaoricruicompozitdepindedendeplinireacondiiilormaisusenunate.Fabricareacermeturilorsefaceprinmaimultemetode:

turnare, nfiltrare, presare.

Procedeul de turnare presupune o suspensie coloidala a pulberiimetalice si ceramice turnate in formeporoase.Dupfiltrareafazei lichideacestasedepunepepereiiformei.Dupuscarecermetulesteretrasdinformsisupussinterizrii.Procedeul infiltrriiconsta inpunerea incontactalscheletuluiceramicsiametaluluipulverulent,care laintroducereaincuptorsuferotopireametaluluicecurgesisedepunepescheletulceramicporos.Presarea cuprinde o comprimare a pulberilor intrun curent de tensiune de nalta si voltaj sczut, ceparcurgecermetulsaucomprimarefcutaprinpresarecuexplozie.3.7.UTILIZRILEMATERIALELORCOMPOZITEDatoritaproprietilorpecareleau,materialelecompoziteauolargautilizareinaproapetoat

materiale speciale support curs 2012

Documents