seminar stiintific materiale

MAGENTA 2 PROSIMPEX S.R.L. RO50RNCB0074029217800001J40/25766/1994 BCR SUCURSALA SECTOR 3RO 6710490

MATERIALE

Având în vedere că efectuarea calculului de rezistenţă a părţilor sub presiune a echipamentelor din domeniul IP se poate desfăşura în conformitate cu următoarele referenţiale:

- SR EN 13445 – 3:2009 în cazul recipientelor stabile sub presiune- SR EN 13480 – 3:2007 în cazul conductelor- SR EN 12952 – 3:2007; SR EN 12952 – 4:2002 şi SR EN 12953 – 3:2004 în cazul cazanelor , precum şi că în urma derulării unor lucrări de reparare la instalaţie/echipament trebuie să fie asigurată funcţionarea în condiţii de siguranţă a acestuia,la alegerea materialelor trebuie avute în vedere următoarele principii:

materialele selectate trebuie să posede proprietăţile fizico-chimice, mecanice şi tehnologice corespunzătoare cerinţelor impuse de aplicaţia în care sunt utilizate;

materialele alese trebuie să conducă la soluţii tehnice de rezolvare a aplicaţiei care să fie convenabile economic, adică să poată fi transpuse în practică cu cheltuieli acceptabile privind obţinerea şi realizarea produselor impuse de aplicaţie.

materialele (inclusiv materialele de sudură) folosite la montarea, instalarea, modificarea sau la repararea instalaţiilor/echipamentelor care reţin presiunea, trebuie să corespundă condiţiilor tehnice prevăzute în documentaţia tehnică de însoţire a instalaţiei/echipamentului.

La alegerea materialelor să se ţină seama de o întreagă serie de criterii precum şi de condiţiile privind solicitările mecanice şi termice la care este supus echipamentul cum ar fi:

complexitatea sistemului de solicitare (solicitări simple, de tip întindere compresiune, încovoiere simplă, forfecare pură, sau solicitări compuse), intesitatea solicitărilor, caracterul static sau dinamic al aplicării acestora, condiţiile termice în care se aplică solicitările (solicitări la temperaturi scăzute, solicitări în condiţii de temperatură normală sau solicitări în condiţii termice care determină manifestarea fenomenului de fluaj), posibilitatea ca solicitările să genereze fenomene de pierdere a stabilităţii unor

str. Vitejiei nr.2, bl. 1, sc. 5, ap. 141, sector 2, BucurestiTel. / Fax : 031.41.56.159 ; Mobil : 0722.433.070

Email : [email protected]

1


componente ale produsului, (a căror evitare impune asigurarea unor anumite rigidităţi ale componentelor), etc.

criteriile privind caracteristicile mecanice ale materialelor, (în condiţiile de temperatură şi mediu de lucru) : duritatea, rezistenţa la rupere, limita de curgere, modulul de elasticitate, alungirea procentuală după rupere, energia de rupere, rezistenţa la oboseală, rezistenţa la fluaj, etc.;

criteriile privind caracteristicile fizice ale materialelor : densitatea, temperatura de topire-solidificare, rezistivitatea electrică, coeficientul de dilatare termică, conductibilitatea termică, etc.;

criteriile privind caracteristiciele chimice şi structurale impuse materialelor :compoziţia chimică, structura, conţinutul de impurităţi, rezistenţa la coroziune (înmediul de lucru şi în condiţiile de solicitare corespunzătoare echipamentului);

criteriile privind caracteristicile semifabricatelor care au fost utilizate la fabricaţia echipamentului: forma, dimensiunile şi masa semifabricatelor, calitatea suprafeţelor semifabricatelor.

materialele trebuie să fie însoţite de certificate de inspecţie material de tip 3.1 emise de fabricant conform EN 10204.

MATERIALE UTILIZATE ÎN INSTALAŢII.MATERIALE METALICE.

Aliaje feroase

Aliajele fierului sunt cele mai întrebuinţate materiale metalice în diferite ramuri ale industriei, datorită preţului relativ scăzut şi datorită proprietăţilor fizico-mecanice. Proprietăţile mecanice ale aliajelor feroase pot fi modificate în limite largi, în mai mare măsură decât în cazul altor materiale, prin diverse elemente de aliere şi tratamente termice. De asemenea, materialele feroase pot fi prelucrate aproape prin toate metodele tehnologice cunoscute şi, în mare măsură, pot fi refolosite. Fierul industrial conţine întotdeauna, ca element însoţitor, C provenind din procesul de elaborare, precum şi unele elemente adăugate în mod intenţionat ca Si şi Mn iar ca impurităţi, P şi S. În funcţie de conţinutul de C se deosebesc două grupe de materiale feroase: aliajele de Fe cu până la 1,5% C - oţeluri şi cele cu până la 4,5% C - fonte.

Oţeluri. Clasificare

Oţelurile se pot clasifica, în mod convenţional, după criteriul calitativ (implicit al compoziţiei) în:

oţeluri carbon: - cu destinaţie generală;



2


- cu destinaţie precizată; oţeluri slab aliate; oţeluri aliate (incluzând oţelurile mediu şi înalt aliate).Oţelurile aliate pot fi cu

destinaţie generală sau precizată (pentru arcuri, rulmenţi, supape,etc.) Oţelurile sunt clasificate şi după criteriul utilizării şi al compoziţiei, în :

oţeluri de construcţie (cu 0-0,65%)o de cementare (0-0,25% C);

o de îmbunătaţire (0,25%-0,65% C);

oţeluri de scule (0,65-1.5% C );Oţelurile carbon nu conţin, în mod voit, alte elemente în afară de Fe, C şi cele provenite inevitabil din elaborare: Mn, SI, Al. Pentru unele utilizări ele pot conţine, însă, în mod voit, elemente care le coboară pragul de fragilitate la rece (Al), le măreşte stabilitatea în timp (Ti, Al, V) sau aşchiabilitatea (S, P, Pb), fără ca acestea să fie considerate elemente de aliere. Celelalte elemente (impurităţile) au conţinuturi maxime limitate în funcţie de calitatea şi domeniul de utilizare a oţelului.

Oţelurile carbon constituie, în mod neîndoielnic, cea mai importantă grupa de materiale folosite până nu de mult în domeniul construcţiilor şi instalaţiilor. Acestea sunt materiale tenace, rezistenţa lor fiind în general însoţită de deformabilitate plastică. Singurul lor inconvenient, în comparaţie cu alte aliaje tenace şi rezistente (Duralumin, aliaje de Ti), este greutatea specifică mare.Proprietăţile oţelurilor sunt influenţate în primul rând de conţinutul de C.Oţelurile slab aliate conţin elemente de aliere introduse în mod voit în compoziţie. Cantităţile acestora, fiecare în parte, conferă oţelurilor caracteristici fizico-chimice şi îndeosebi mecanice superioare celor ale oţelurilor carbon. În aceste oţeluri suma totală a elementelor de aliere este sub 5%. Ele sunt folosite, în marea lor majoritate, în fabricaţia de masă pentru construcţii metalice şi de maşini.

Se consideră oţeluri mediu aliate cele în care puţin unul dintre elementele de aliere este într-o concentraţie mai mare decât limita superioară admisă la oţelurile slab aliate şi suma lor este de 5-10%, iar oţeluri înalt aliate, cele în care această sumă depăşeşte 10%, sau un singur element este în proporţie mai mare decât limitele admise.Aceste oţeluri sunt folosite de obicei în scopuri deosebite.

Oţeluri carbon de uz general

Acestea sunt oţelurile cu conţinut de C până la 0,6% nealiate şi slab aliate cu Mn (OL 44) sau cu Mn, Si şi V (OL 52), disponibile sub formă de semifabricate deformate plastic la



3


cald (laminate, forjate, etc.). Ele sunt utilizate în mod curent netratate termic (eventual normalizate), în construcţia de maşini pentru construcţii metalice, instalaţii ş.a., solicitate static la temperaturi cuprinse între - 40˚ si 300˚ C. Aceste oţeluri sunt elaborate cu diferite grade de dezoxidare (ne-, semi-, şi calmate) şi în patru clase de calitate, după garanţiile de livrare, conform STAS 500/2 – 80.Factorii care influenţează proprietăţile lor mecanice sunt: compoziţia chimică, modul de dezoxidare şi secţiunea (grosimea, diametrul) semifabricatului laminat. Ultimul factor este anihilat de conţinuturi de C şi Mn mărite (în limitele admise pentru marcă). Pe langă C şi Mn (0,25-0,8%) aceste oţeluri mai conţin: max. 0,07% Si (cele necalmate, avand C 0,25%), max. 0,17% Si (cele semicalmate, cu C 0,35%), 0,12% - 0,40% Si (cele calmate), max.0,04-0,05% P respectiv S, iar unele min. 0,25% Al.

Oţelurile necalmate au sudabilitate bună datorită conţinutului scăzut de carbon, au o temperatură de tranziţie tenace – fragil mai ridicată şi, implicit, o sensibilitate mai mare la efectul de crestătură, datorită conţinutului mic de Si, iar datorită calitaţii mai bune a suprafeţei semifabricatelor – o sensibilitate mai mică la oboseală.Aceste oţeluri au tenacitate (rezilienţă) mai scazută, sensibilitate la îmbătrânire termică şi mecanică (după deformarea plastică la rece, care este uşor de realizat) au tendinţă de fragilizare la rece şi sudabilitate mai slabă, comparativ cu oţelurile calmate. Acestea din urmă posedă proprietăţi mecanice mai uniforme, rezilienţă mai ridicată (atât la temperatură normală cât şi la temperaturi scăzute), insensibilitatea la îmbătrânire ( dacă sunt denitrurate cu Al, Ti sau V) precum şi foarte bună sudabilitate.

Oţelurile carbon de uz general au o largă utilizare fiind ieftine, dar şi pentru că, în general, nu mai necesită deformare plastică la cald sau tratamente termice, sunt uşor aşchiabile, iar marea lor majoritate (îndeosebi cele extra moi şi moi, cu C < 0,25%) au o foarte bună deformabilitate plastică la rece (îndoirea conductelor) şi bună sudabilitate. Aceste oţeluri sunt utilizabile în funcţie de caracteristicile lor de rezistenţă şi de prelucrabilitate ţinând însă seama şi de următoarele:Calitatea 1 corespunde pentru construcţii metalice îmbinate prin nituri sau şuruburi, pentru piese fără pretenţii, ca plăci pentru acoperire, balustrade, etc.). Pentru construcţii sudate, calitatea se alege (de obicei superioară: 2, 3 sau 4) în funcţie de periculozitate, iar pentru elemente de construcţie deformate plastic sau la rece, în funcţie de gradul de deformare, grosimea semifabricatului şi temperatura de exploatare. Pentru temperaturi de - 25˚C se recomandă cel puţin oţeluri necalmate din clasa de calitate 2.

Oţeluri carbon de calitate şi aliate



4


Primele sunt oţeluri nealiate cu compoziţie chimică şi proprietăţi mecanice garantate, utilizate în general tratate termic sau termochimic, în construcţia de maşini şi în instalaţii pentru piese puternic solicitate mecanic. În funcţie de caracteristicile prescrise, sunt oţeluri de calitate propriu-zise şi superioare, iar în funcţie de tratamentul termic aplicat, pentru cementare şi pentru îmbunătăţire.În afară de C, ele conţin max.0,04% S şi P, fiecare, 0,17-0,37% Si şi 0,35-0,65% Mn cele de cementare, respectiv 0,5-0,8% Mn cele de îmbunătăţire. Oţelurile carbon superioare (OLC 10X … OLC 60X) au proprietăţi superioare, determinate de un conţinut mai mic de incluziuni nemetalice (max. 0,035% S si P, fiecare), de mărimea grăuntelui austenitic şi adâncimea minimă de călire garantate.

A – Oţeluri pentru cementare

Cementarea este un tratament termochimic folosit în construcţia de maşini datorită faptului că ea conduce la obţinerea unor suprafeţe dure, rezistente la uzare şi chiar la oboseală.Oţelurile de cementare utilizate pentru piese de maşini se tratează termic în diferite variante, care însă, toate, prezintă inconvenientul că în urma tratamentului conţinutul de C variază de la suprafaţă (aproximativ 0,8%) înspre miez (0,1- 0,2 %).

B – Oţeluri pentru îmbunătăţire

În vederea obţinerii concomitente a unei rezistenţe şi tenacităţi ridicate, aceste oţeluri sunt supuse unei căliri urmată de o revenire înaltă. Pentru asigurarea unei corespunzătoare durităţi martensitice , conţinutul lor de C trebuie să fie de 0,25 - 0,60%, iar în cazul unor secţiuni mai mari ale pieselor, se apelează la oţeluri aliate.Oţelurile de îmbunătăţire se utilizează scopuri variate: pentru niturare, pentru piese grele forjate, ca oţeluri pentru arcuri, refractare etc., dar şi în locul oţelurilor de uz general cu rezistenţă ridicată pentru constucţii.În funcţie de compoziţia lor chimică oţelurile de îmbunătăţire sunt, în general, de cinci tipuri: nealiate, aliate cu Mn(-Si) cu Cr(-V), cu Cr-Mo (-Al) şi cu Ni-Cr-Mo.

Oţeluri turnate în piese



5


Din punct de vedere tehnologic şi economic este mai avantajos ca piesele cu configuraţie complicate cărora li se cer rezistenţă şi tenacitate, să fie executate nu prin forjare sau sudare, ci prin turnare din oţeluri adecvate acestei metode de prelucrare.În pofida proprietăţilor în general scăzute de turnare şi a sensibilităţii pronunţate la răcire, actualmente, destul de numeroase oţeluri nealiate sau aliate se elaborează şi se utilizează pentru turnarea de piese.

Oţelurile turnate sunt sudabile (cele aliate numai cu preîncalzire la 300 - 500˚C), chiar dacă în mai mică măsură decât cele laminate sau forjate, astfel încât este posibilă executarea unor construcţii complexe prin sudarea mai multor piese turnate, sau piese turnate cu oţeluri laminate.Oţelurile slab aliate (cel mai frecvent cu Cr, Ni, Mo, Mn şi Co) sunt mai dificil de turnat.Aceste oţeluri sunt totuşi utilizate la turnarea pieselor, mai ales pentru proprietăţile lor mecanice superioare şi bine echilibrate.

Oţeluri cu înaltă rezistenţă mecanică, sudabile

Ele sunt de două tipuri:- a - oţeluri laminate la cald și normalizate, a căror rezistenţă ridicată se datorează

elementelor de aliere, care se pot deforma la cald şi suda bine, fară pericol de fisurare; - b - oţeluri a căror rezistenţa foarte ridicată se datoreşte atât elementelor de aliere

cât şi unui tratament termic de îmbunătăţire, necesar în urma scăderii proprietăţilor mecanice după deformarea la cald sau sudare. Pe de altă parte, aceste oţeluri se împart frecvent în trei grupe: I - cu rezistenţă ridicată; II - suprarezistente; III - ultrarezistente. Oţelurile din grupele I şi II au, de obicei, C > 0,22%. Cele din grupa I corespund tipului a), celelalte tipului b). Cele din grupa II se utilizează (inclusiv se sudează) călite în apă şi revenite înalt, iar cele din grupa III sunt oţeluri de îmbunatăţire (cu cca. 0,4% C) care se sudează în stare recoaptă fiind ulterior supuse călirii în ulei şi revenirii joase.

Fonte. Clasificare



6


Fontele sunt aliaje fier - carbon al căror conţinut de C – depăşind 1,7% - este, cel mai frecvent, cuprins între 2,3 – 3,8% în prezenţa unor conţinuturi relativ ridicate de elemente însoţitoare: Si, Mn, P. Aceste aliaje au, în general, proprietăţi plastice foarte slabe (forjabilitate) şi sudabilitate redusă, rezistenţă mecanică mai mică decât a oţelurilor dar bună, turnabilitate (temperatura de topire mai scăzută, fluiditate mare, interval de solidificare şi implicit tendinţă de segregare reduse, contracţie mică la solidificare - până la max. 2%), precum şi capacitate de amortizare a vibraţiilor. Ca atare, fontele sunt utilizate în construcţia de maşini şi în instalaţii cu precădere pentru piese turnate, chiar pretenţioase, ce rezultă la un preţ de cost mai redus decât piesele prelucrate prin deformare plastică sau sudare. Fontele albe, sunt dure, fragile şi greu prelucrabile prin aşchiere. Ele prezintă interes limitat, la turnarea în forme metalice (cochile) a pieselor cu crustă dură (strat exterior din fontă albă iar miezul din fontă cenusie), care reclamă în primul rând rezistenţa la uzare (cilindri de laminor, fălci de concasor, roţi cu obadă dură, sape de foraj în domeniul sondelor etc.). Aceste fonte constitue şi materia primă la obţinerea fontelor maleabile. Fontele cenuşii (de turnătorie), caracterizate prin prezenţa grafitului în structura, sunt în funcţie de forma grafitului: cu grafit lamelar, nodular (fonte modificate) sau în cuiburi (de recoacere, fonte maleabile), iar după natura mesei structurale de bază: fonte perlitice, perlito-feritice sau feritice. Din fontă cenuşie se toarnă majoritatea corpurilor de robinrţi, vane, regulatoare de dimensiuni mari din domeniul instalaţiilor. Un alt criteriu de grupare a fontelor este alierea, existând:

- fonte nealiate, care, în afară de Fe şi C, conţin max. 3% Si; 1,5% Mn; 0,3% P; 0,1% S;

- fonte aliate, care conţin în plus elemente de aliere ca min. 0,3% Cr, Ni, Cu, Al (fiecare), min. 0,1% Mo, V, Ti precum şi Si peste 3-4 % Mn peste 1,5-2% , P peste 0,3%, toate adăugate în mod voit în vederea obţinerii unor proprietăţi superioare. În funcţie de conţinutul total de elemente de aliere fontele sunt: slab aliate (suma elementelor de aliere sub 4%), mediu aliate (4-8%) şi înalt aliate (peste 10%).

Materiale neferoase

Aluminiu şi aliaje de aluminiu

Aluminiul, datorită proprietăţilor sale – îndeosebi tehnologice (plasticitate la cald şi la rece, turnabilitate) – precum şi mai ales raportului favorabil dintre caracteristicile mecanice (susceptibile la îmbunătăţiri substanţiale prin tratamente mecanice sau termice) şi greutatea specifică mică, are, ( în special sub formă de aliaje ), o largă întrebuinţare în construcţia de maşini şi în domeniul instalaţiilor. Se utilizează în deosebi în industria



7


aeronavală şi de autovehicule, cu precădere pentru piese în mişcare rapidă, reclamând inerţie mică (rotoarele compresoarelor, suflantelor, roţi de curea), diferite carcase, recipienţi pentru depozitat şi transportat, conducte, corpuri de robineţi şi regulatoare de presiune de dimensiuni mici etc.Proprietăţile mecanice ale aluminiului tehnic primar, conţinând 98-99,8% Al, destinat a fi prelucrat – îndeosebi ca aliaje superioare – prin turnare şi deformare plastică la cald sau la rece, sunt substanţial influenţate de cantitatea impurităţilor (în special Fe şi Si, care măresc fragilitatea) şi de starea structurală.Aluminiul mai puţin dur (cu până la 3,5% impurităţi) se utilizează pentru aliaje obişnuite de turnătorie, precum şi în alte scopuri.Aluminiul este rezistent la coroziune (cu atât mai mult cu cât are un grad de puritate mai ridicat) în aer, oxigen, apă (dulce), într-o serie de acizi. La temperatură normală este inalterabil (excepţie: în soluţii alcaline) datorită formării unei pelicule compacte şi aderente de oxid (netoxic).Ca atare, Al este utilizat în industria alimentară (vase, recipienţi, folii), iar aliajele lui în industria chimică, a petrolului (ţevi, schimbătoare de căldură, în refrigeratoare şi condensatoare, în aparate care folosesc diferite fluide etc.). În acest sens este posibilă şi recomandabilă, înlocuirea, într-o masură din ce în ce mai mare, a diferitelor metale (aliaje) neferoase precum şi oţeluri, chiar inoxidabile (scumpe).

În construcţia de maşini, în afară de repere puţin solicitate, se utilizează de obicei aliajele cu Al şi Cu, Mg, Zn, Mn, Si, Ni, Fe, elemente care având solubilitate limitată şi variabilă în Al, conduc la îmbunătăţirea atât a proprietăţilor mecanice cât şi a celor tehnologice, făcând oportună aplicarea tratamentelor termice, îndeosebi de durificare prin precipitare (îmbătrânire). Aliajele de Al se diferenţiază mai ales după modul de prelucrare şi anume prin deformare sau prin turnare, pentru că prin deformare la cald poate fi prelucrat oricare aliaj de Al, dar nu oricare aliaj poate fi turnat în piese, Al turnându-se în general relativ greu (datorită tensiunii superficiale mari, fluidităţii reduse). Aliajele pentru turnare permit însă ca urmare a turnabilităţii lor foarte bune, obţinerea unor piese de configuraţie complicate şi cu o bună calitate a suprafeţelor, care, frecvent, nu mai necesită prelucrări prin aşchiere.La prelucrarea şi alegerea aliajelor de Al importanţă prezintă şi faptul că, în ambele aceste grupe există atât materiale care nu se durifică prin tratament termic, având bună sudabilitate (aliajele Al-Mn, Al-Mg etc), cât şi durificabile (Al-Cu-Mg), (Al-Zn-Mg,Al-Mg-Si). Acestea din urmă prezintă avantajul că pot fi bine prelucrate în stare moale, anterioară durificării, dar după sudarea lor în stare durificată, ca urmare a scăderii rezistenţei, este necesar un nou tratament termic.

Cupru şi aliaje de cupru



8


Cuprul are importante caracteristici tehnice: plasticitate bună la cald (la 700-950˚C) şi la rece, conductivitate electrică foarte ridicată (determinând utilizarea lui preponderentă pentru conductori în industria electrotehnică) şi termică (0,94 cal/cm.s.grd) precum şi rezistenţă la coroziune (în aer şi gaze uscate, apă, vapori de apă supraîncălziţi, unii acizi anorganici, excepţie-în aer umed). Ultimele două proprietăţi determină utilizarea lui în termotehnică (la schimbătoare de căldura, plăci de focare, benzi de radiatoare, răcitoare, elemente de etanşare, etc.). Alături de efectul favorabil al unor elemente (Be, P, As) asupra rezistenţei mecanice şi la oxidare, impurităţile care apar în cuprul tehnic îi micşorează în primul rând conductivitatea electrică, dar şi plasticitatea şi caracteristicile mecanice (Pb, S, Bi, O). Caracteristicile mecanice ale cuprului, mai bune şi în mai mare masură influenţate de starea structurală decât cele ale aluminiului, sunt totuşi prea scăzute, el fiind utilizabil în numeroase scopuri în construcţia de maşini şi în domeniul instalaţiilor numai sub formă de aliaje (alame, bronzuri, etc.), îndeosebi pentru piese rezistente şi la coroziune.

A – Alame

Alamele utilizate practic sunt aliajele cuprului cu până la 45% Zn, având proprietăţi mecanice şi tehnologice suficient de ridicate, superioare celor ale cuprului, precum şi o bună stabilitate la coroziune.Aliajele Cu-Zn care conţin şi adaosuri de Al (1- 6%), Si, Mn, Ni, Fe, Pb, sau altele, sunt alame speciale, care în general, au o sporită stabilitate la coroziune, proprietăţi tehnologice şi mecanice bune, precum şi unele proprietăţi speciale.Influenţa cea mai puternică o are adaosul de Al care în conţinuturi de până la 3,5%, măreşte rezistenţa şi duritatea fără a micşora tenacitatea, turnabilitatea, rezistenţa la coroziune şi la oxidare, dând în acelaşi timp posibilitatea aplicarii tratamentului termic de durificare. Adaosul de Mn (pana la 4%) ridică caracteristicile mecanice şi îndeosebi rezistenţa la coroziune în aburi supraîncalziţi, apa de mare. Prezenţa siliciului (2,5-4%) îmbunătaţeşte turnabilitatea şi sudabilitatea, conferă proprietăţi de rezistenţă şi tenacitate şi la temperaturi negative, iar cea a nichelului măreşte îndeosebi rezistenţa la coroziune (în aer atmosferic) şi la temperaturi înalte. Staniul (0,5-5%) conferă deosebită stabilitate la coroziune în apa de mare, în timp ce Fe ridică caracteristicile mecanice şi tehnologice (tenacitatea), împiedicând recristalizarea alamelor şi finisându-le granulaţia, favorizând aşchiabilitatea, aceasta din urmă mult îmbunătăţită îndeosebi de adaosurile de Pb (1-3%).

B – Bronzuri



9


Aliajele cuprului cu Sn, Al (cele mai mult utilizate), Si, Mn, Pb, Be, etc. constitue grupa de materiale global denumite bronzuri.Bronzurile cu Sn au în general bune proprietăţi mecanice, cât şi tehnologice. Aliajele cu sub 10% Sn, se pot prelucra prin deformare plastică (laminare) chiar şi la rece, în urma careia se durifică, dar ele pot fi apoi recoapte pentru recristalizare.Proprietăţile de turnare ale bronzurilor sunt bune. Bronzurile cu Sn au o bună rezistenţă la coroziune într-o serie de medii: atmosferic (ambient), abur uscat şi umed, apă (dulce şi de mare), gaze uscate, precum şi în oxigen la temperatură normală.Sunt corodate accentuat doar în săruri oxidante, gaze cu clor, brom, iod la temperaturi înalte şi gaze sulfuroase umede, soluţii de amoniac. De asemenea, aceste aliaje sunt puţin sensibile la supraîncălzire, se sudează bine şi se lipesc usor.Importanţa industrială deosebita prezintă şi aliajele de Cu cu maxim 10-12% Al.Bronzurile cu Al (conţinând 5-10% Al) au proprietăţi mecanice net superioare celor cu Sn, bune proprietăţi tehnologice, mai ales la tunare. Rezistenţa la coroziune (în atmosfera ambiantă, apă – îndeosebi de mare, o serie de acizi, exceptând însă aburii supraîncălziţi) este de aproximativ 9 ori mai ridicătă decât cea a bronzurilor cu Sn.

Impurităţi dăunătoare sunt: Bi, S, precum şi Zn, care micşorează proprietăţile mecanice şi tehnologice ale acestor bronzuri. Prezenţa fierului – finisând structura îmbunatăţeşte rezistenţa (inclusiv la cald şi la coroziune), ca şi Ni şi Mn, de altfel, ultimul scăzând însă fluiditatea.Bronzurile cu mangan conţin 5-14% Mn aflat în soluţie cu Cu, au înaltă plasticitate, îşi păstrează rezistenţa mecanică ridicată şi la temperaturi mai înalte. De asemenea, aceste bronzuri sunt rezistente şi la coroziune.Ele sunt utilizabile pentru confecţionarea de armături, ventile, conducte pentru aburi, mai ales supraîncălziţi. Interes tehnic prezintă aliajele Cu-Si în care conţinutul de Si nu depăşeşte 4-5% şi care conţin eventual şi alte adaosuri ca Zn, Fe, Mn, Ni, Al, Pb. Prezenţa siliciului conferă rezistenţă şi duritate, dar un conţinut de peste 3% micşorează plasticitatea şi din acest motiv utilizare practică, îndeosebi, îşi găsesc aliajele cu cca 3% Si.Aceste materiale sunt rezistente la coroziune (când Fe~0,3%) în apă, gaze – mai ales uscate, baze etc. şi se sudează (spre exemplu cele cu 3%Si si 1%Mn) şi se lipesc excelent.Ele pot fi utilizate pentru confecţionarea de piese solicitate mecanic, spre exemplu în industria chimică, înlocuind cu success bronzurile cu Sn, faţă de care sunt mai ieftine, neconţinând elemente deficitare, scumpe.

Aliaje de zinc



10


Zincul are ca principală caracteristică stabilitatea chimică foarte ridicată în atmosfera ambianta şi în apă, ca urmare a formării unei pelicule de oxid, protectoare.Totodată, el se toarnă foarte bine, se poate lamina uşor, în table, benzi, sârme, de asemenea se poate suda şi lipi.Principalele elemente de aliere ale zincului sunt Al şi Cu, existând atât aliaje de Zn pentru turnătorie cât şi deformabile.

Materiale plastice

Polietilena de înaltă densitate

Polimerul utilizat are o structură moleculară care garantează menţinerea caracteristicilor mecanice pentru cel puţin 400000 – 500000 ore de funcţionare, la presiuni normale de lucru şi la o temperatură a fluidului de 20 oC. Din punct de vedere tehnico-economic, durata de viaţă a instalaţiei este preconizată la 50 ani. Cercetări recente demonstrează că în realitate, durata de viaţă a unei astfel de instalaţii este de 20 – 30 ani dacă se ia în considerare viteza mare de modificare a mediului definit ca un sistem cu diferite elemente componente: urbane, sociao-politice, economice, demografice etc.Metoda prin care se verifică valabilitatea polimerilor pentru ţevi constă, în principal din prelevarea mostrelor de tub în instalaţii industriale şi supunerea lor la diferite teste.

Atunci când se folosesc materii prime de cea mai bună calitate şi linii de extrudare moderne, de mare productivitate, este posibilă obţinerea unor tubulaturi de calităţi tehnologice deosebite, constante în timp, cu următoarele trăsături:

rezistenţă optimală la stress-cracking cu fiabilitate mare în timp a conductelor sub presiune;

rezistenţă chimică deosebită; protecţie ridicată la raze UV, prin aditivarea materiilor prime cu negru de fum;

respectarea în totalitate a normativelor de atoxicitate naţionale şi internaţionale; insensibilitate la fenomene de coroziune electrechimică; rezistenţă bună la temperaturi mai scăzute de – 40 oC; flexibilitate mare; caracteristici hidraulice optime, constante în timp; rugozitate scăzută (intră în categoria tuburilor netede); rezistenţă deosebită la abraziune (ideale pentru transportul de mâluri şi lichide

abrazive); masă scăzută; siguranţa şi simplitatea sistemelor de asamblare; productivitate mare la montaj.



11


DEBITAREA MATERIALELOR FOLOSITE ÎN INSTALAŢII

Tăierea este o metodă tehnologică care constă în separarea totală sau parţială a unei părţi relativ mari din obiectul supus prelucrării dimensionale prin aşchiere, prin străpungere cu scula tip daltă, prin forfecare cu tăişuri asociate sau prin eroziune. Detaşarea dintr-un obiect semifabricat a unor fragmente cu formă şi dimensiuni determinate în prealabil, fie în vederea utilizării lor în această formă, fie având adaosurile de prelucrare necesare – în vederea unei prelucrări dimensionale ulterioare, se numeşte debitare. Dupa natura tăierii se deosebesc:- despicarea , adică tăierea în lung (în general în direcţia fibrelor) parţială sau chiar

totală a unui obiect de la exterior (margine) spre interior;- retezarea , adică separarea extremităţii unui obiect prin tăierea transversală (în

general perpendicular pe axa obiectului);- exciziunea , adică separarea prin tăierea unei porţiuni mari dintr-un obiect (în general

din interiorul obiectului).

Procedeul de tăiere cu tăişuri asociate

Procesul de tăiere cu tăişuri asociate este analog pentru procedeele de forfecare şi ştanţare, prezentând unele particularităţi, funcţie de utilajele caracteristice fiecărui procedeu şi de forma suprafeţei de separare la tăiere. Procesul de tăiere, care se desfăşoară în urma mişcării de apropiere a elementelor active, cuprinde trei faze succesive:

1) faza deformării elastice, care începe imediat după atingerea tablei (considerând, pentru exemplificare, cazul tăierii unei table) de către elementele active ale sculei şi în timpul căreia se produce comprimarea, respectiv încovoierea elastică a metalului, datorită presiunii exercitate pe suprafeţele de contact;

2) faza deformării plastice, care începe odată cu depăşirea limitei de curgere a materialului şi în timpul căreia are loc pătrunderea elementelor active în metal;

3) faza de forfecare (separare), care începe la muchiile tăietoare odată cu producerea de-a lungul suprafeţelor de alunecare a microfisurilor şi în timpul căreia are loc propagarea rapidă în straturile interioare (de-a lungul suprafeţelor de alunecare) a unui număr mare de microforfecări, îndeosebi intracristaline.

Tăierea cu foarfece



12


Obiectele semifabricate, îndeosebi cele laminate, sunt rareori livrate la dimensiuni utilizabile direct în procesul tehnologic, pentru confecţionarea pieselor. De aceea, sunt necesare operaţii pregătitoare de debitare a tablelor în benzi sau formate de dimensiuni corespunzătoare, a barelor pline sau a ţevilor în bare sau ţevi de lungimi corespunzătoare. Aceste operaţii se efectuează în mare majoritate prin tăiere cu foarfece de diferite tipuri. Elementele active ale foarfecelor pot fi:

a) lame cu mişcare de translaţie sau rotaţie, drepte sau profilate cu muchii paralele sau înclinate;

b) discuri cu mişcare de rotaţie, cu axe paralele sau concurente, orizontale sau înclinate, simple sau multiple.

După modul de acţionare foarfecele pot fi manuale sau mecanizate (mecanice, cu diverse mecanisme de acţionare, sau hidraulice). În figura următoare sunt prezentate următoarele tipuri de foarfece: a - cu lame paralele; b - cu lame înclinate (ghilotina); c - cu lame vibratoare; d - cu lame vibratoare pentru bare pline; e - cu discuri paralele simple.

a. b.

c. d.



13


e.Tipuri de foarfece

Ştanţarea

Benzile, fâşiile şi formatele tăiate cu foarfece sunt în majoritate obiecte semifabricate din care se obţin piese finite sau semifinite prin tăiere cu ştante. Ştanţa este o sculă compusă din cel puţin două elemente active asociate, cu un contur al secţiunii transversale corespunzător conturului piesei, ambele sau cel puţin unul din elemente fiind prevăzute cu muchie tăietoare, în scopul tăierii prin forfecare respectiv prin străpungere. O ştanţă cu două elemente active tăietoare este prezentată în figura următoare, unde: 1 - placa de tăiere; 2 - poansonul; 3 - obiectul prelucrării.

Elementele active ale unei ştanţe

În general, ştanţa este acţionată de o presă, unul din elementele active (placa de tăiere, placa de sprijin) fiind fixate pe masa presei, iar celălalt (poansonul) fiind fixat în culisorul presei care efectuează o mişcare de translaţie rectilinie alternative. La ştanţare obiectul prelucrării are în zona tăierii în general formă plată (la table, benzi, formate, piese semifinite) dar se taie cu ştanţe şi bare sau piese semifinite cu pereţi subţiri de orice formă, cu adaptarea formei muchiilor tăietoare ale elementelor active la



14


forma conturului de separare şi eventual cu mişcări relative între acestea, mai complexe decât mişcarea de translaţie rectilinie.

Debitarea prin aşchiereDebitarea cu cuţitul

Debitarea cu cuţitul prin aşchiere se întâlneşte în cazul strunjirii şi, mai rar, în cazul prelucrării prin rabotare.

Debitarea prin strunjire Debitarea prin rabotare

În mod normal, debitarea cu cuţitul prin aşchiere este o operaţie finală de prelucrare mecanică a pieselor, sau intermediară şi, nicidecum o operaţie primară, prin care se pregătesc semifabricate pentru prelucrarea ulterioară a pieselor. În cazurile în care debitarea cu cuţitul prin aşchiere, în special prin strunjire, se aplică ca operaţie primară pentru debitarea barelor rotunde (procedeu simplu, însă cu o productivitate scazută) este justificată numai la producţia de serie mică şi unicate. Procedeul necesită un mare consum de scule, în special când metalul semifabricatelor de debitat este mai dur, iar deşeurile de metal sunt mari (consum specific de metal mare, în special atunci când piesele debitate au lungime mică). Debitarea cu cuţitul pe strung sau la maşini speciale a pieselor din ţeavă constitue procedeul care se aplică curent, chiar şi la producţia de serie mare şi masă. Comparativ cu celelalte procedee de debitare a pieselor din ţeavă, debitarea cu cuţitul prin strunjire este suficient de productivă, deoarece grosimea peretelui ţevii este mică. Piesele debitate cu cuţitul prin aşchiere au precizie geometrică şi dimensională.

Debitarea cu freză disc

Debitarea prin aşchiere cu freză disc a pieselor din bare sau diferite profiluri laminate este aplicată la producţia de serie şi, uneori, chiar la producţia de masă. Acest procedeu este cunoscut în practică şi sub denumirea de debitare cu freză ferăstrău.



15


Principial, debitarea cu freză disc este un procedeu analog cu debitarea cu ferăstrău circular, deoarece scula nu este altceva decât un ferăstrău circular cu dimensiuni mici. Capacitatea de tăiere a unei freze disc este comparabilă cu cea a ferăstraielor circulare.

q = 30 … 150 cm2/min

Debitarea cu freză disc Debitarea cu grup de freze

Barele sau profilurile laminate din care se debitează, cu bune rezultate, piesele cu freză disc sunt din metal moale sau semidur. Când materialul semifabricatelor de debitat este dur, viteza de aşchiere şi avansul sculei sunt mici şi în consecinţă, capacitatea de tăiere a acestuia scade considerabil. Pe de altă parte, consumul de scule creşte.Prin aşchiere cu freza disc se poate debita din bară câte o piesă sau se pot debita mai multe piese simultan. La debitarea simultană a pieselor, bara de debitat se fixează într-un dispozitiv cu fălci, când piesele sunt suficient de lungi, sau se fixează într-un dispozitiv special sau universal cu mandrină, orizontal, iar capătul se sprijină cu un vârf, când piesele de debitat sunt scurte.

Piesele debitate prin acest procedeu au o bună precizie geometrică şi dimensională, ceea ce duce şi la o precizie volumică corespunzătoare prelucrării ulterioare a acestora prin presare, la rece sau la cald, în matriţe închise.Productivitatea, la debitarea prin aşchiere cu freza disc, este suficient de mare, în special când se lucrează cu mai multe scule simultan. Deşeurile de metal, sub forma de aşchii, la debitarea prin acest procedeu sunt mari, în special când piesele debitate sunt scurte. Sunt unele cazuri în companii când lungimea pieselor care se debitează nu depăşeşte de două ori grosimea frezei disc, ducând la pierderi de material de 35…40%. Chiar şi în cazul pieselor mai lungi procedeul de debitare prin aşchiere cu freza disc este neeconomic, sub aspectul pierderilor mari de metal, sub formă de aşchii, şi al consumului mare de scule.



16


Debitarea cu ferăstrău alternativ

Ferăstrăul alternativ este destinat debitării la rece a pieselor din bare, ţevi şi diferite profiluri laminate. Barele pot avea orice formă, în secţiune transversală. În mod obişnuit, dimensionarea maximă, în secţiune transversală, a pieselor ce se debitează cu aceste ferăstraie este de 400 mm, la nevoie această dimensiune a pieselor poate fi mai mare. Principiul de lucru al ferăstraielor mecanice alternative este asemănator cu cel al ferăstraielor manuale cu cadru, utilizate pentru tăierea metalelor în ateliere de lăcătuşerie.

Debitarea cu ferăstrău alternativ

Scula (pânza-lama) 1 fixată în ramă (cadrul) 2, efectuează atât mişcarea principală de aşchiere, sub forma unei mişcari rectilinii alternative, într-un plan vertical cât şi mişcare de avans, sub forma unei mişcări perpendiculare pe axa longitudinală a sculei. În timpul operaţiei de debitare, semifabricatul 3 se află fixat, între fălcile menghinei 4, pe masa de lucru a maşinii. Precizia geometrică şi dimensională a pieselor debitate cu ferăstraie mecanice alternative este bună, aceste piese putându-se prelucra direct prin aşchiere. Când barele de debitat sunt subţiri, se recurge la debitarea lor în snop, adică se taie mai multe bare simultan.

Debitarea cu ferăstrău circular

Ferăstrăul circular este maşina de debitare prin aşchiere cea mai răspândită, fiind nelipsită în secţiile de debitare ale comaniilor. Ca urmare a calităţilor ei specifice, această maşină are o utilizare variată. Ferăstrăul circular se foloseşte la debitarea pieselor din bare având formă diferită în secţiune transversală, în cazul producţiei de serie mare şi masă. El poate fi întâlnit atât în secţiunile de debitare, amplasate în apropierea maşinilor-



17


unelte aşchietoare la care se prelucrează, în continuare, piesele debitate, cât şi în depozitele de bare, în cazul debitării centralizate.La nevoie, ferăstrăul circular se utilizează şi la tăierea diferitelor produse, feroase şi neferoase, precum şi la tăierea adaosurilor tehnologice de metal, la produsele laminate, forjate sau turnate.Ferăstrăul circular prezintă mai multe avantaje, în comparaţie cu ferăstraul alternativ, cum sunt: - domeniul larg de utilizare, barele ce se pot debita putând avea diametrul cuprins între 30…1000 mm; - capacitate mare de tăiere.În cazul utilizării pânzelor-disc cu segmente din oţel rapid capacitatea de tăiere a ferăstrăului circular, la debitarea materialelor feroase, se situează între limitele:

q = 30…150 cm2/min

Aceste avantaje se datorează, în mare parte, şi rigidităţii mari a pânzei – disc. Însă, ferăstraul circular prezintă dezavantajul unei grosimi mari a tăieturii efectuate, care duce la pierderi mari de material sub forma de aşchii, deoarece, în medie, grosimea pânzei disc este de 6…8 mm.După direcţia mişcării de avans, efectuată de pânza disc, sau după denumirea organului care realizează mişcarea de avans ferăstraiele circulare se clasifică astfel:

ferăstrău circular orizontal la care pânza-disc împreună cu ansamblul-suport al axului acesteia, are o mişcare de avans în direcţie orizontală;

ferăstrău circular vertical la care pânza-disc împreună cu ansamblul suport al axului acesteia (sania) are o mişcare de avans în direcţie verticală;

ferăstrău circular cu braţ oscilant la care pânza-disc, împreună cu organul (braţul) în care este montat axul pânzei-disc, realizează o mişcare de avans de forma curbilinie în plan vertical.

La ferăstraiele circulare (fig. 6.8) scula (pânza-disc) 1 efectuează atât mişcarea principală de lucru, sub forma unei mişcari de rotaţie I, cât şi mişcarea secundară de avans II, sub forma unei mişcări rectilinii orizontale sau verticale, în cazul ferăstraielor orizontale şi respectiv verticale, sau sub forma unei mişcări curbilinii, în plan vertical, la ferăstrăul cu braţ oscilant.



18


Debitarea cu ferăstrău circular

Semifabricatul 2, adică bara de debitat, este fixat între fălcile menghinei 3 de pe masa de lucru a maşinii. Scula este montată, în mod obişnuit, într-un plan vertical, iar la unele maşini speciale, poate fi orizontală sau înclinată. Tăierea se face perpendicular sau oblic faţă de axa longitudinală a barei.

a. b.Fixarea semifabricatului la debitarea cu ferăstrău circular

Acest mod de fixare a semifabricatului are avantajul efectuării unei curse active minime a sculei, la debitarea unei bare de aceleaşi dimensiuni în comparaţie cu fixarea excentrică a semifabricatului, cursa activa h1 fiind mult mai mică decât cursa activă h2. Pânza-disc se compune din 2 părti: baza sau corpul discului şi partea periferică, unde se afla dinţii de ferăstrău, denumită parte activă.



19


Debitarea cu ferăstrău panglică

Ferăstraiele panglică, adică ferăstraiele cu scula-panglică (pânza – panglică), se utilizează atât la debitarea barelor, profilurilor laminate şi platbandelor cât şi la prelucrarea unor piese profilate. Principiul de funcţionare şi construcţia acestor ferăstraie sunt determinate de poziţia sculei-panglică. Din acest punct de vedere ferăstraiele panglică sunt de două feluri:

ferăstrău panglică vertical; ferăstrău panglică cu braţ oscilant;

Ferăstrăul panglică vertical se utilizează de obicei, la prelucrarea unor piese plane, simple sau complexe, având grosimea maximă de 300 mm, la producţia individuală şi de serie mică.Astfel, aceste maşini sunt întâlnite mai frecvent la prelucrarea diverselor piese cum sunt, de exemplu, şabloanele, plăcile tăietoare ale ştanţelor, calibrele şi alte piese de dimensiuni mici şi mijlocii din tablă groasă sau platbande.Ferăstraiele panglică cu braţ-oscilant se utilizează, îndeosebi, pentru debitarea barelor, profilurilor laminate şi ţevilor, la producţia de serie mare şi masă.Dimensiunile maxime ale laminatelor, în secţiune transversală, care se pot debita la ferăstraiele panglică cu braţ oscilant sunt de 600 mm, în unele cazuri, pot ajunge până la 1000 mm.

Debitarea cu disc abraziv

Descoperirea unor metode avansate şi introducerea în fabricaţia de serie a unor utilaje de mare productivitate pentru debitarea de precizie a pieselor din bare sau profiluri laminate au stat, întotdeauna, în atenţia specialiştilor. Astfel, s-a ajuns ca debitarea laminatelor în special a celor din oţel dur şi foarte dur, să se facă la maşini cu disc abraziv.Debitarea cu disc abraziv este un procedeu cu mare productivitate, în comparaţie cu procedeele de debitare prin aşchiere. În mod obişnuit, capacitatea de tăiere a unei maşini cu disc abraziv este cuprinsă între limitele:

q =180…300 cm2/min iar în cazul maşinilor de mare putere

q =300…600 cm2/min Discurile abrazive sunt construite cu liant organic sau cu liant metalic. Foarte avantajoase se dovedesc a fi discurile construite cu liant din aluminiu. În acest caz, tăierea se realizează atât prin abraziune cât şi ca urmare a efectului termic produs de



20


viteza mare, periferică, a discului.Viteza periferică v a discului abraziv este cuprinsă între limitele:

v = 60…100 m/sDe remarcat că acest procedeu este mult folosit pe şantierele unde se realizează instalatii de diferite feluri. Este posibil ca scula (discul abraziv) să fie acţionată de maşini acţionate electric sau cu aer comprimat, ţinute în mână. Desigur, calitatea debitarii nu este foarte bună şi măsurile de protecţia muncii trebuie respectate cu stricteţe.

Debitarea prin eroziune chimică cu oxigen

Procedeul se bazează pe acţiunea complexă chimică şi termică care rezultă în urma interacţiunii dintre un jet de oxigen pur şi materialul de prelucrat, sau indirect, prin intermediul unui flux. Pentru ca procesul eroziv să se desfăşoare, este necesar ca reacţiile de oxidare să fie exoterme iar pierderile termice prin conductivitate să fie compensate de la o sursă separată (de obicei o flacără cu gaz), sursă care are rolul de a amortiza reacţiile de oxidare. Trebuie asigurate şi condiţiile de evacuare a produselor eroziunii care se prezintă sub formă de oxizi topiţi sau de metal în stare topită.După cum acţiunea jetului de oxigen are loc direct asupra metalului de tăiat sau prin intermediul unui flux, se disting două variante de tăiere prin eroziune chimică cu oxigen: tăiere propriu-zisă prin eroziune chimică cu oxigen; tăiere prin eroziune chimică cu oxigen şi flux.

Debitarea prin eroziune electrică cu arc staţionar

Procedeul se bazează pe acţiunea erozivă a unui arc electric staţionar care produce topirea locală a materialului Evacuarea produselor eroziunii se poate efectua prin greutatea proprie a metalului topit sau sub acţiunea unui jet de aer comprimat.Se utilizează electrozi metalici sau de cărbune. Electrozii metalici sunt prevăzuţi cu un înveliş special care are rolul de a accelerea procesul de tăiere, dezvoltând prin ardere o cantiatate suplimentară de energie.Pentru alimentarea cu energie electrică se folosesc sursele de sudare electrică.Procedeul combinat de tăiere cu oxigen şi arc electric este aplicat în special la încălzirea metalului de tăiat prin arc electric şi tăierea lui prin jet cu oxigen.Utilajele pentru tăierea prin eroziune cuprind , pe lângă sursa de generare a agentului şi sisteme de poziţionare relativă şi fixare a semifabricatului şi agregatului de tăiere. Se utilizează comenzi numerice pentru poziţionări şi pentru tăieri efective.



21


Prelucrarea mecanică a polietilenei de înaltă densitate Ca majoritatea materialelor plastice, polietilena de înaltă densitate are un coeficient scăzut de conductibilitate termică şi o rezistenţă mică la tăiere (forfecare) cu scule aşchietoare. Se recomandă prelucrarea cu viteze mari de aşchiere şi avansuri mici pentru aducerea materialului şi a smalţului la o temperatură optimă de prelucrare. O răcire insuficientă a sculei conduce la topirea aşchiilor făcând dificilă îndepărtarea acestuia, cu influenţă directă asupra calităţii suprafeţei prelucrate. O supraîncălzire poate să ducă la apariţia arsurilor care deteriorează materialul. Se recomandă dirijarea unui jet de aer asupra sculei şi piesei prelucrate care răceşte şi aşchiile, îndepărtate astfel mai uşor. Se folosesc de obicei scule din oţel rapid care se comportă bine la prelucrarea acestor materiale.

O clasificare a materialelor metalice, (inclusiv materialele de sudură), folosite la fabricarea, montarea, instalarea, modificarea sau la repararea sistemelor / componentelor care reţin presiunea, în funcţie de caracteristiciele chimice şi caracteristicile fizico-mecanice este prezentată în următoarul tabel:

Grupă Subgrupă Tip oţel



22


1

Oţeluri cu limita de curgere minimă specificatăReH ≤ 460 N/mm2 a şi cu compoziţia chimică în % :C ≤ 0,25Si ≤ 0,60Mn ≤ 1,8Mo ≤ 0,70b S ≤ 0,045P ≤ 0,045Cu ≤ 0,40b

Ni ≤ 0,5b

Cr ≤ 0,3 ( 0,4 pentru turnate )b

Nb ≤ 0,06V ≤ 0,1b

Ti ≤ 0,05

1.1 Oţeluri cu limita de curgere minimă specificată ReH ≤ 275 N/mm2

1.2 Oţeluri cu limita de curgere minimă specificată 275 N/mm2 < ReH ≤ 360 N/mm²

1.3 Oţeluri cu granulaţie fină, normalizate, cu limita de curgere minimă specificată ReH > 360 N/mm2

1.4 Oţeluri cu rezistenţă împotriva coroziunii atmosferice, a căror compoziţie chimică poate depăşi cerinţele pentru elemente singulare care sunt indicate la 1

2

Oţeluri cu granulaţie fină tratate termomecanic şi oţeluri turnate cu limita de curgere minimă specificată ReH > 360 N/mm2

2.1 Oţeluri cu granulaţie fină tratate termomecanic şi oţeluri turnate cu limita de curgere minimă specificată 360 N/mm2 < ReH ≤ 460 N/mm2

2.2 Oţeluri cu granulaţie fină tratate termomecanic şi oţeluri turnate cu limita de curgere minimă specificată ReH > 460 N/mm2

3

Oţeluri cu granulaţie fină călite şi revenite cu excepţia oţelurilor inoxidabile cu limita de curgere minimă specificată ReH > 360 N/mm2

3.1 Oţeluri cu granulaţie fină călite şi revenite cu limita de curgere minimă specificată 360 N/mm2 < ReH ≤ 690 N/mm2

3.2 Oţeluri cu granulaţie fină călite şi revenite cu limita de curgere minimă specificată ReH > 690 N/mm2

3.3 Oţeluri de imbunatatire cu granulatie fina, exceptand otelurile inoxidabile

4Oţeluri slab aliate Cr-Mo-Ni cu Mo ≤ 0,7% şi V ≤ 0,1%

4.1 Oţeluri cu Cr ≤ 0,3 % şi Ni ≤ 0,7 %4.2 Oţeluri cu Cr ≤ 0,7 % şi Ni ≤ 1,5 %

5

Oţeluri aliate Cr-Mo fără vanadiu cu C ≤ 0,35 %5.1 Oţeluri cu 0,75 % ≤ Cr ≤ 1,5 % şi Mo ≤ 0,7 %5.2 Oţeluri cu 1,5 % < Cr ≤ 3,5 % şi 0,7 % < Mo ≤ 1,2 %5.3 Oţeluri cu 3,5 % < Cr ≤ 7,0 % şi 0,4 % < Mo ≤ 0,7 %



23


5.4 Oţeluri cu 7,0 % < Cr ≤ 10,0 % şi 0,7 % < Mo ≤ 1,2 %

6

Oţeluri inalt aliate de tip Cr-Mo-(Ni) -V 6.1 Oţeluri cu 0,3 % ≤ Cr ≤ 0,75 %, Mo ≤ 0,7 % şi V ≤ 0,35 % 6.2 Oţeluri cu 0,75 % < Cr ≤ 3,5 %, 0,7 % < Mo ≤ 1,2 % şi V ≤ 0,35 % 6.3 Oţeluri cu 3,5 % < Cr ≤ 7,0 %, Mo ≤ 0,7 % şi 0,45 % ≤ V ≤ 0,55 % 6.4 Oţeluri cu 7,0 % < Cr ≤ 12,5 %, 0,7 % < Mo ≤ 1,2 % şi V ≤ 0,35 %

7

Oţeluri inoxidabile autocalibile si de tip ferito-martensitic cu C ≤ 0,35 % şi 10,5 % ≤ Cr ≤ 30 %

7.1 Oţeluri inoxidabile feritice 7.2 Oţeluri inoxidabile martensitice 7.3 Oţeluri inoxidabile autocalibile

8Oţeluri inoxidabile de tip austenitic, Ni ≤ 31 %

8.1 Oţeluri inoxidabile de tip austenitic cu Cr ≤ 19 % 8.2 Oţeluri inoxidabile de tip austenitic cu Cr > 19 % 8.3 Oţeluri inoxidabile de tip austenitic manganoase cu 4 % < Mn ≤ 12 %

9Oţeluri aliate cu nichel, cu Ni ≤ 10,0 %

9.1 Oţeluri aliate cu nichel, cu Ni ≤ 3,0 % 9.2 Oţeluri aliate cu nichel, cu 3,0 % < Ni ≤ 8,0 % 9.3 Oţeluri aliate cu nichel, cu 8,0 % < Ni ≤ 10,0 %

10

Oţeluri inoxidabile austenito-feritice ( duplex ) 10.1 Oţeluri inoxidabile austenito-feritice cu Cr ≤ 24 % 10.2 Oţeluri inoxidabile austenito-feritice cu Cr > 24 %

11Oţeluri cuprinse în grupa 1 c , exceptând 0,25 % < C ≤ 0,85 %

11.1 Oţeluri care sunt indicate la 11, cu 0,25 % < C ≤ 0,35 % 11.2 Oţeluri care sunt indicate la 11, cu 0,35 % < C ≤ 0,5 % 11.3 Oţeluri care sunt indicate la 11, cu 0,5 % < C ≤ 0,85 %

NOTĂ: Pe baza compoziţiei chimice reale rezultată, oţelurile din grupa 2 pot fi considerate ca oţeluri din grupa 1.a În conformitate cu specificatiile de material si standardele de produs, ReH poate fi înlocuit cu Rp0,2 sau Rt0,5 .b O valoare mai mare este acceptata decat cea rezultata: Cr + Mo + Ni + Cu + V ≤ 0,75 %.c O valoare mai mare este acceptata decat cea rezultata: Cr + Mo + Ni + Cu + V ≤ 0,1 %.

Diagrama Fe-C



24


Particularităţile diagramei Fe-C

Diagrama Fe-C este o diagramă incompletă , conţinutul de C merge până la 6,67%, deoarece peste această concentraţie aliajele nu mai au aplicaţie în industrie , iar limitele diagramei sunt oricum greu de determinat. Tipurile materialelor feroase funcţie de %C sunt următoarele:0 – 0,02%C fier tehnic pur ; 0,02 – 2,11%C oteluri ; 2,11 - 6,67%C fonte Punctele critice reprezintă temperaturile la care au loc transformările în structura materialelor feroase şi se notează cu A urmat de litera r (dacă transformarea are loc la răcire) sau c ( dacă transformarea are loc la încălzire) şi de o cifra care indica felul transformarii, (ex A1,A2). Astfel depăşirea la incălzire a punctului A1 determină transformarea perlitei în austenită , iar răcirea rapidă conduce la obţinerea unei structuri formate din martensită si ferită. Datorita prezenţei feritei, materialul cu această structură de călire incompletă va avea o duritate mai mare decât cea iniţială, însă nu va avea valoarea maximă a durităţii aceasta fiind obţinută doar în cazul unei structuri integral martensitice, deci dacă are loc depăşirea la încălzire a punctului A3 urmată de o răcire rapidă).



25


Ferita - soluţie solidă de întrepătrundere a C in Fe2 într-o reţea cubică cu volum centrat . Ferita dizolvă C în cantitate redusă şi anume max 0,02% - la 727°C ; si 0,008% -20°C . Ca orice soluţie solidă ferita este moale si plastică , duritatea ei fiind de 60 HB putând să creasca prin ecruisare ( durificare la rece) sau prin aliere cu diferite elemente pana la 80 HB .

Cementita ( Fe3C) - Conţine 6,67%C, are o reţea cristalină complexă de tip diamant şi o duritate foarte mare 750 Hb.

Perlita - amestec mecanic între ferită si cementită, contine 0,8 %C şi reprezintă ca structură eutectoidul diagramei Fe-Fe3C. Proprietăţile mecanice ale perlitei sunt intermediare între cele ale feritei si ale cementitei , putând insă varia în limite relativ largi în functie de gradul de dispersie al cementitei care poate fi prezentă sub formă lamelară sau globulară.

Austenita - soluţie solidă de întrepătrundere a carbonului în Feγ , are o reţea cristalină cubică cu feţe centrate si este paramagnetică . Austenita poate dizolva carbon pana la 2,06% la temperatura eutectica (1147°C) .

Ledeburita - amestec mecanic între austenită şi cementită între liniile de temperaturi de 1147°C si 723°C, contine 4,3% C reprezintă ca structură eutecticul diagramei Fe-Fe3,

şi este constituentul de bază al fontelor albe.

Grafitul - apare în structura fontelor cenuşii, este constituit din carbon pur şi precipită la răcirea aliajelor fier – carbon numai in cazul răcirilor foarte lente sau dacă acestea conţin elemente grafitizante ca aluminiul , siliciul , nichelul sau carbon în cantitati mari.

PROPRIETĂŢILE MATERIALELOR.

În industrie, pentru confecţionarea diferitelor produse se utilizează materiale diverse care pot fi grupate în trei clase principale: materiale metalice, materiale ceramice şi polimeri. Combinaţiile dintre materialele din aceste trei clase conduc la o a patra clasă a materialelor compozite. Ponderea cea mai mare o au încă materialele metalice. Metalele pure se utilizează mai puţin deoarece ele nu satisfac întotdeauna condiţiile impuse în exploatare. În cea mai mare parte materialele metalice utilizate sunt aliaje obţinute prin topirea concomitentă a două sau mai multe componente, metale sau metale şi nemetale. Componentul de bază este întotdeauna un metal iar celelalte componente,



26


elementele de aliere pot fi metale sau nemetale. Elementele de aliere se adaugă în scopul îmbunătăţirii proprietăţilor materialelor în concordanţă cu destinaţia acestora. Alegerea materialelor are la bază criterii care ţin seamă de condiţiile tehnice impuse în exploatare şi de o eficienţă economică ridicată, un cost de fabricaţie cât mai scăzut. Satisfacerea acestor criterii se bazează pe cunoaşterea îndeaproape a materialelor existente, cu proprietăţile lor, cu posibilităţile de înlocuire ale acestora cu altele echivalente. Proprietăţile materialelor sunt elementele pe baza cărora se apreciază comportarea acestora în condiţii de lucru complexe, pentru determinarea lor fiind necesare încercări şi măsurători. Proprietăţile materialelor se împart în patru grupe: proprietăţi fizice, proprietăţi chimice, proprietăţi mecanice şi proprietăţi tehnologice.

Proprietăţile fizice determină modul de comportare a materialelor sub acţiunea gravitaţiei, temperaturii, a câmpurilor magnetice şi electrice etc.

1. Greutatea specifică [γ] se defineşte ca fiind greutatea unităţii de volum

γ=G/V [N/m3].2. Temperatura de topire. [t oC] sau [T oK] este temperatura la care un metal pur,

sub acţiunea căldurii, la presiunea atmosferică, trece din stare solidă în stare lichidă. În cazul aliajelor topirea se produce într-un interval de temperaturi limitat inferior de punctul solidus şi superior de punctul lichidus. În funcţie de temperatura de topire materialele se împart în: materiale uşor fuzibile care se topesc la temperaturi sub 300-400oC şi materiale greu fuzibile care se topesc la temperaturi ridicate peste 1200oC.

3. Dilatarea termică este proprietatea materialelor de a-şi mări volumul când sunt încălzite. Mărimea fizică ce caracterizează această proprietate este coeficientul de dilatare termică liniară [αo] reprezentând cantitatea cu care se dilată în lungime 1cm dintr-un corp atunci când I se ridică temperatura cu 1oC. αo=Δl/loΔt în care:

lo – lungimea iniţială,Δl – variaţia lungimii la creşterea Δt a temperaturii.Lungimea totală a corpului dilatat va fi: l=lo+Δl=lo(1+ αoΔt). 4. Conductibilitatea termică [λ] este proprietatea materialelor de a permite

trecerea căldurii prin propagare. Ea se exprimă prin cantitatea de căldură care se transmite în timp de o secundă printr-o bară cu secţiunea de 1cm2 pe o distanţă de 1cm. λ [j/cm s oC].

5. Conductibilitatea electrică este proprietatea materialelor de a permite trecerea curentului electric. În opoziţie cu conductibilitatea este rezistivitatea.

6. Magnetismul este proprietatea unor materiale de a atrage alte materiale. Se cunosc materiale magnetice sau feromagnetice Fe, Ni, Co, etc. şi materiale nemagnetice Al, Mn, etc.



27


7. Alte proprietăţi fizice ale materialelor în legătură cu lumina pot fi amintite: culoarea, opacitatea, luciul metalic etc.

Proprietăţile chimice exprimă capacitatea materialelor de a rezista la acţiunea diferitelor substanţe chimice sau a agenţilor atmosferici cât şi a temperaturilor înalte.

1. Rezistenţa la coroziune este proprietatea materialelor de a rezista la acţiunea substanţelor chimice sau a agenţilor atmosferici Stabilitatea chimică a materialelor în condiţiile specifice de lucru ale utilajelor determină durata de viaţă a acestora.

2. Refractaritatea este proprietatea materialelor de a-şi menţine rezistenţa mecanică la temperaturi înalte şi de a nu forma la suprafaţă straturi de oxizi sau alţi compuşi metalici în atmosfere agresive.

Proprietăţile mecanice indică modul de comportare a materialelor sub acţiunea diferitelor forţe exterioare la care sunt supuse.

1. Rezistenţa la rupere este proprietatea materialelor de a se opune acţiunii forţelor care tind să le distrugă integritatea. În funcţie de tipul solicitărilor la care sunt supuse materialele, rezistenţa la rupere poate fi: rezistenţa la întindere, rezistenţa la compresiune, rezistenţa la încovoiere, rezistenţa la torsiune, rezistenţa la forfecare.

2. Elasticitatea este proprietatea materialelor de a se deforma sub acţiunea forţelor exterioare şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după încetarea acţiunii forţelor exterioare. Materialele sunt total elastice până la un anumit grad de solicitare numit limită de elasticitate. O dată cu încetarea acţiunii forţei care a produs deformarea are loc revenirea elastică şi eliberarea unei cantităţi de energie mai mică decât cea care a produs deformarea fenomen cunoscut sub denumirea de histerezis mecanic.

3. Plasticitatea este proprietatea materialelor de a se deforma sub acţiunea sarcinilor exterioare fără a-şi modifica volumul, fără a mai reveni la forma iniţială după încetarea acţiunii forţelor care au produs deformarea şi totodată fără a-şi distruge integritatea. Din punct de vedere a plasticităţii materialele sunt mai uşor deformabile sau mai greu deformabile dar există şi şi materiale care nu se pot deforma plastic (ex. fonta, sticla etc.) care îşi distrug integritatea se sparg la solicitări exterioare. O dată cu creşterea temperaturii materialele îşi pot mări proprietăţile de plasticitate.

4. Tenacitatea este proprietatea materialelor de a rezista la solicitările exterioare şi de a se deforma mult înainte de rupere.

5. Fragilitatea este proprietatea materialelor de a se rupe brusc su acţiunea solicitărilor exterioare, fără a suferi deformaţii plastice prealabile. Proprietatea prezintă o importanţă deosebită la alegerea materialelor pentru execuţia unor piese supuse la solicitări dinamice.

6. Fluajul este proprietatea materialelor de a se deforma lent şi continuu în timp sub acţiunea unor sarcini constante. Proprietatea este dependentă de temperatură. Cu cât temperatura este mai ridicată, mărimea sarcinilor suportate de materiale până la



28


apariţia deformaţiilor în timp este mai mică. Cu această proprietate se caracterizează oţelurile refractare şi în general aliajele care lucrează la temperaturi ridicate, sub sarcină.

7. Duritatea este proprietatea materialelor de a se opune pătrunderii în suprafaţa lor a unor corpuri dure care tind să le deformeze local suprafaţa. Proprietatea permite aprecierea rapidă a caracteristicilor de rezistenţă cât şi a altor proprietăţi.

8. Rezilienţa este proprietatea materialelor de a rezista la solicitări dinamice. Ea se măsoară prin energia consumată la ruperea prin şoc a unor epruvete de secţiune dată. Prin această proprietate se poate aprecia raportul dintre caracterul tenace şi fragil al ruperii. Proprietatea se determină petru materiale destinate unor repere importante supuse la solicitări dinamice.

9. Rezistenţa la oboseală este proprietatea materialelor de a rezista la solicitări variabile repetate ciclic. Proprietatea se măsoară prin efortul maxim admis pentru ca epruveta să nu se rupă după un număr teoretic infinit de cicluri. În practică se acceptă un număr determinat de cicluri respectiv: N=107 cicluri pentru oţeluri, N=5.107 cicluri pentru aliaje neferoase.

10. Rezistenţa la uzură este proprietatea materialelor de a rezista la acţiunea de distrugere a suprafeţelor lor prin frecare.

11. Ecruisarea este proprietatea materialelor de a-şi mări rezistenţa şi duritatea şi de a-şi micşora plasticitatea în urma deformării plastice la rece.

Proprietăţile tehnologice indică modul de comportare a materialelor atunci când acestea sunt supuse diferitelor procedee tehnologice de prelucrare.

A. Prelucrarea prin deformare plastică

1. Maleabilitatea este proprietatea materialelor de a putea fi prelucrate în foi subţiri.2. Ductibilitatea este proprietatea materialelor de a putea fi trase în fire subţiri.3. Forjabilitatea este proprietatea materialelor de a se prelucra prin deformare plastică

la cald, modificându-şi forma şi dimensiunile sub acţiunea unor forţe exterioare aplicate prin presare sau lovire, fără a-şi modifica volumul şi a-şi distruge integritatea.

B. Prelucrarea prin turnare

Capacitatea materialelor de a putea fi prelucrate prin turnare se apreciază pe baza următoarelor proprietăţi: fuzibilitatea, fluiditatea, contracţia la solidificare, segregaţia, absorbţia de gaze.



29


1. Fuzibilitatea este proprietatea materialelor de a se topi în condiţii tehnice rentabile. Ea depinde de doi factori esenţiali: temperatura de topire şi căldura specifică de topire. Pentru aliajele greu fuzibile nu întotdeauna este rentabilă prelucrarea prin turnare.

2. Fluiditatea este proprietatea materialelor în stare lichidă de a curge uşor şi a umple fidel cavităţile din formele de turnare. Proprietatea este dependentă şi de temperatura materialului în stare lichidă, vâscozitate şi tensiunea superficială a lichidului. Cu cât fluiditatea este mai bună, este mai uşoară turnarea pieselor cu pereţi subţiri. În ordinea crescătoare a fluidităţii materialele cel mai frecvent turnate sunt: oţelurile, fontele: albe, cenuşii, fosforoase, aliajele de cupru, aliajele de aluminiu.

3. Contracţia la solidificare este proprietatea materialelor de a-şi reduce volumul la trecerea din stare lichidă în stare solidă. Pentru un anume material valoarea contracţiei depinde de temperatura de turnare şi de dimensiunile pieselor turnate. Ca urmare a contracţiei în piesele turnate pot să apară defecte ca: retasuri – goluri de contracţie, tensiuni interne şi fisuri ca urmare a contracţiei împiedicate. Contracţia este volumică şi împiedicată în cazul pieselor de mare complexitate, mai rar în cazul pieselor simple contracţia este liniară şi liberă. Totuşi pentru apreciere se fac determinări ale contracţiei liniare ex.: fonta cenuşie 0,8-1,0 ; oţeluri 1,6-2,0 ; bronzuri cu staniu 1,4 ; bronzuri cu aluminiu 2,0-2,2 ; alame 1,8-2,0 ; aliaje Al-Si 1,0-1,2 ; aliaje Al-Cu 1,6.

4. Segregaţia este proprietatea materialelor de a prezenta după solidificare neomogenităţi chimice şi structurale. Neomogenitatea se manifestă atât micro cât şi macroscopic Ea apare ca urmare a separării constituenţilor cu puncte de solidificare diferite, datorită greutăţii specifice diferite dintre cristalele solidificate şi topitură, datorită unui interval mare al temperaturilor de solidificare. Prezenţa segregaţiei înrăutăţeşte proprietăţile pieselor turnate, evitarea ei se poate realiza prin răcire rapidă în intervalul temperaturilor de solidificare, iar înlăturarea segregaţiei, în cazul în care ea s-a produs se poate face prin tratament termic de recoacere de omogenizare.

5. Absorbţia de gaze este proprietatea materialelor în stare topită de a dizolva gaze. Absorbţia este mai accentuată dacă temperatura de turnare este mai ridicată şi conduce la apariţia în piesa turnată a incluziunilor de gaze sub formă de sufluri, porozităţi. Diminuarea absorbţiei de gaze se face prin turnare în vid.

C. Prelucrarea prin aşchiere

1.Prelucrabilitatea sau aşchiabilitatea este proprietatea materialelor de a putea fi prelucrate prin detaşare de aşchii cu ajutorul unor scule dotate cu muchii tăietoare (cuţite de strung, freze, burghie etc.) cu eforturi cât mai mici, asigurându-se o precizie dimensională ridicată şi o bună calitate a suprafeţelor.



30


D. Prelucrarea prin sudare

1.Sudabilitatea este proprietatea materialelor de a realiza îmbinări rezistente prin topire locală , cu sau fără material de adaos sau prin deformare plastică sub acţiunea unor forţe exterioare de presare cu sau fără încălzire locală a semifabricatelor. Sudabilitatea este o proprietate complexă care depinde de condiţiile metalurgice, constructive şi tehnologice ale procesului.

E. Prelucrarea termică

1.Călibilitatea este proprietatea materialelor de a-şi modifica structura şi implicit proprietăţile în urma încălzirii până la o anumită temperatură, menţinerii şi răcirii cu o anumită viteză până la temperatura mediului ambiant. Cunoaşterea acestei proprietăţi permite alegerea tratamentelor termice ce se pot aplica materialelor.

OŢELURI PENTRU STRUCTURI SUDATE

Formează 85% din ceea ce se sudează sub această denumire existând peste 500 mărci distincte iar ca elemente de aliere în afară de Fe şi de C, conţin doar acele elemente care sunt impuse de condiţiile de elaborare Si, Mn, Al etc

Prin oţeluri pentru structuri sudate se înteleg oţelurile care sunt folosite în structuri sudate solicitate mai ales mecanic şi exploatate într-un interval de temperatură - 500 C / +500 C.

COMPORTAREA LA SUDARE A OŢELURILOR CARBON

Comportarea la sudare a unui oţel carbon depinde preponderent de conţinutul în carbon ale acestuia în contextul în care toate caracteristicile fizico/mecanice ale acestuia sunt influenţate de acest lucru prin creşterea direct proporţională a caracteristicilor de tenacitate şi invers proporţională a caracteristicilor de plasticitate ale oţelului, (o creştere a conţinutului de carbon cu 0,1% putând să conducă la o creştere a rezistenţei la rupere de cca. 50N/mm2. )

Concomitent cu cresterea %C prezent în compoziţia chimică a unui oţel creşte şi tendinţa de formare a unor structuri fragile cu duritate mare în zona de influenţă termică,



31


(ZIT), a sudurii, care pot conduce la apariţia de microfisuri sau chiar fisuri în această zonă chiar în urma unor solicitări relativ scăzute.

În general se consideră că valoarea maxim acceptată a durităţii în ZIT pentru oţelurile carbon şi slab aliate este de 350 HV 5/10 , (duritatea pe care un oţel cu 0,22% C o are în cazul în care structura conţine în proporţie de 50% martensită), cu condiţia ca diferenţa de duritate dintre cele trei zone ale îmbinării sudate să fie de maxim 100 HV, iar în cazul oţelurilor mediu şi înalt aliate de maxim 150 HV.

HVmax ≤ 350 HV5/10

În concluzie se poate considera că oţelurile carbon cu un conţinut de C ≤ 0,22%, au în general proprietăţi de bună sudabilitate, spre diferenţa situaţiei în care un conţinut de C > 0,22% impune ca sudarea să se efectueze sub un anumit regim de preîncălzire, viteza de răcire să fie cât mai mică şi de cele mai multe ori să se efectueze un tratament termic de detensionare post sudare.

Valorile temperaturilor de preîncălzire funcţie de conţinutul de carbon al materialului şi de grosimea acestuia, sunt de regulă următoarele:

Nr. crt Conţinutul de carbon (%)

Temperatura de preîncălzire (0C) Tpr

Grosimea minimă (mm) smin

1 0,25 100 >502 0,35 100-250 103 0,45 150-300 54 0,6 300-400 5

Valorile limită ale compoziţiei chimice, respectiv mecanice şi grosime material pentru care se impune tratament termic după sudare, sunt de regulă următoarele:

Compoziţia chimică, % Rm minN/mm2

Grosime

Limită

Mm*

C Mn Si Cr Mo Ni V S+P

0,2 1,0 0,4 0,08 260 360,25 1,6 0,5 0,08 380 300,25 1,6 0,5 0,6 0,65 1 0,12 0,04 440 200,25 1,6 0,5 1,5 1,5 1 0,16 0,04 15

Obs. * valoarea peste care este necesar tratamentul termic de detensionare postsudare.



32


Comportarea la sudare a oţelurilor slab, mediu sau înalt aliate depinde de asemenea de influenţa elementelor de aliere prezente în compoziţia chimică a acestuia astfel:

Mn creşte proprietăţile de tenacitate ale oţelului, reduce proprietăţile de plasticitate, (un procent de Mn poate conduce la creşterea rezistenţei la rupere a materialului cu 120N/mm2 ), dar pe de altă parte Mn are rolul de dezoxidant în oţel şi de asemenea leagă S reducând pericolul de fisurare la cald (se recomnadă ca raportul prezent în compoziţia chimică a oţelului % Mn / % S >20).

Si este un element cu efect dezoxidant, influenţează mai puţin caracteristicile mecanice. Lipsa siliciului într-un oţel arată că oţelul nu a fost calmat.

P conduce la mărirea rezistenţei de rupere, înrăutăţeşte prelucrabilitatea materialului. Afectează fragilizarea la rece a oţelului. Este prezent în factorul de apreciere a sensibilităţii la fisurare la rece.

S accentuează rezistenţa la fisurare la cald. Sulful este activ în micşorarea rezistenţei la destrămare lamelară.

În cazul sudării oţelurilor carbon este recomandat să se limiteze concentraţia în sulf şi fosfor după relaţia:

% P + %S ≤ 0,05%N influenţează negativ rezistenţa la îmbătrânire, iar limitarea conţinutului de azot.

Poate fi obţinut prin aliere cu aluminiu Al care are un puternic efect dezoxidant.Al conferă oţelului o structură stabilă în timp şi de granulaţie fină.Cu îmbunătăţeşte rezistenţa oţelului la coroziune atmosferică dacă este prezent

în compoziţia chimică în proproţie de 0,15%, 0,2%.

Comportarea la sudare a oţelurilor slab, mediu sau înalt aliate depinde de asemenea de modul de elaborare al acestora, (oţeluri necalmate, oţeluri deformate plastic la rece sau oţeluri turnate), astfel:

Oţelurile necalmate se remarcă prin faptul că zona din apropierea suprafeţei este curată şi are proprietăţi plastice bune, neridicând probleme la sudare, în timp ce zona centrală este bogată în segregaţii şi are un conţinut ridicat de C, P, S sau Mn, iar neuniformitatea compoziţiei chimice a unui oţel necalmat poate influenţa proprietăţile fizico/mecanice ale materialului astfel:

Caracteristica mecanică

Conţinutul de element (%) care are acelaşi efect ca 0,1% C

P Mn Si Cr Cu NiLimita de curgere 0,2 0,5 0,4 0,55 0,45 0,8

Rezistenţa la rupere 0,15 0,8 0,7 0,9 1,0 1,3Alungirea 0,1 0,8 0,5 1,0 0,7 1,5



33


În cazul acestor tipuri de oţeluri se vor alege tehnologii de sudare care, pe cât posibil, să nu topească zona centrală, iar pătrunderea sudurii să fie cât mai mică. Dacă acest lucru este simplu de realizat la o sudură de colţ, în cazul sudurilor cap la cap nu se poate evita topirea zonei centrale cu segregaţii a materialului, iar în această situaţie se recomandă alegerea unor procedee care dau pătrunderi relativ mici (sudarea cu electrozi inveliţi SE), utilizarea unor materiale de adaos cu caracter bazic şi cu plasticitate ridicată, (electrozii cu inveliş bazic produc o pătrundere mică, au un conţinut mai înalt de Mn ce leagă S în zgură, elimină o parte din P şi produc un metal depus cu plasticitate înaltă şi cu rezistenţă bună la îmbătrânire), sau modificarea formei rostului de sudare în sensul reducerii coeficientului de participare a materialului de bază.

În cazul sudării oţelurilor deformate plastic la rece apar următoarele probleme:a) în zona sudurii (ZIT) se anihilează efectul deformării la rece asupra limitei de

curgere a materialului (prin recristalizare), deci are loc o scădere a acestei caracteristici mecanice

b) în porţiunile încălzite la temperaturi de 200 - 4000 C se produce îmbătrânirea prematură a materialului.Din aceste motive, la sudarea oţelurilor deformate plastic la rece se impune

obţinerea unui ZIT cât mai mic prin utilizarea unor procedee de sudare cu energie concentrată respectiv folosirea unor energii liniare de valoare redusă. În situaţia în care deformarea plastică la rece la care a fost supus materialul este > 5% se impune ca aceste oţeluri, înainte de sudare, să fie supuse unui tratament termic de normalizare pentru refacerea structurii cristaline şi înlăturarea tensiunilor interne de material.

Oţelurile turnate au o comportare la sudare mai slabă decât oţelurile laminate din următoarele cauze:

a) în general, au un conţinut mai ridicat de carbon şi de elemente de aliere;b) metalul este mai puţin compact şi prezintă numeroase goluri cauzate de

incluziunile de gaze din structura de turnare c) în mod obişnuit materialele turnate au grosimi ridicate, motiv pentru care, de regulă, sudarea oţelurilor elaborate în acest mod se face doar în scopul remanierii unor defecte de turnare.

PARAMETRII TEHNOLOGICI AI OPERAŢIILOR DE TRATAMENT TERMIC.

Orice tehnologie de tratament termic sau termochimic presupune cel puţin două operaţii de bază şi anume o operaţie de încălzire şi una de răcire a produsului cu parametrii termici şi temporali controlaţi.



34


Reprezentarea grafică a acestor operaţii poartă numele de ciclogramă. În practica industrială sunt folosite două tipuri de ciclograme:

carteziene polare

Cele mai uzuale sunt ciclogramele carteziene trasate în coordonate temperatură – timp.

Temperatura de încălzire în vederea tratamentului termic se stabileşte în funcţie de natura materialului şi de tipul tratamentului termic aplicat. Natura materialului se ia în considerare prin compoziţia chimică şi punctele critice la încălzire, iar tipul tratamentului termic prin condiţia impusă pentru structura ce trebuie să fie obţinută prin încălzire-răcire.



35


Poziţia punctelor critice la aceeaşi marcă de material este determinată la rândul ei, de compoziţia chimică a şarjei tratate, de viteza de încălzire realizată de regimul de încălzire ales şi de viteza de răcire. Prin tratament termic se înţelege o succesiune de operaţii de încălzire, menţinere şi răcire având drept scop modificarea controlată a structurii şi proprietăţii materialelor metalice. Dintre criteriile de clasificare, cel mai riguros este cel privind transformările în stare solidă care se desfăşoară în materialul metalic în timpul încălzirii şi răcirii, iar clasificarea după acest criteriu este:

Recoaceri fără transformari de fază în stare solidă Recoaceri cu transformări de fază în stare solidă Călirea Revenirea şi îmbătrânirea Tratamente termice combinate (termochimice)

După scopul urmărit şi locul ocupat în procesul de fabricaţie tratamentele termice se pot clasifica astfel:

— tratamente termice preliminare (primare sau intermediare) în care se includ diferite tipuri de recoacere. Aceste tratamente se aplica lingourilor, pieselor turnate, pieselor forjate, ansamblurilor sudate, laminatelor etc.; — tratamente termice finale sau secundare care cuprind operaţiile de călire si de revenire. De regulă se aplică diferitelor piese, după prelucrări mecanice.* Recoaceri fără transformari de fază în stare solidă: categorie de tratamente temice prin care materialul metalic al pieselor tratate, aflat într-o stare structurală nestabilă, produsă de diferitele prelucrări la care a fost supus anterior, este adus într-o stare stabilă, fără realizarea în acest scop a vreunei transformări de fază;* Recoaceri cu transformari de fază în stare solidă: categorie de tratamente temice ce constă din încălzirea materialului pieselor tratate deasupra unuia din punctele sale (critice) de transformare în stare solidă şi răcirea ulterioară cu viteză suficient de mică, pentru atingerea unei stări structurale de echilibru;* Călirea: este tratamentul termic ce constă din încălzirea materialului pieselor tratate desupra unuia din punctele sale (critice) de transformare în stare solidă sau deasupra temperaturii la care se produce dizolvarea în matricea structurală de bază a fazelor secundare şi răcirea ulterioară rapidă (cu viteză suficient de mare), pentru obţinerea unei stări structurale în afară de echilibru;* Revenirea: este tratamentul termic ce constă din încălzirea materialului pieselor călite la o temperatură inferioară punctului său (critic) minim de transformare în stare solidă sau temperaturii la care se produce dizolvarea în matricea structurală de bază a fazelor secundare şi răcirea ulterioară cu o viteză convenabilă pentru obţinerea unei stări structurale mai apropiate de echilibru;



36


* Tratamente termochimice: categorie de tratamente termice combinate ce se efectuează într-un mediu activ din punct de vedere chimic şi care au ca rezultat modificarea compoziţiei chimice, structurii şi proprietăţilor straturilor superficiale ale pieselor metalice tratate.

Recoacerea de recristalizare.

Prin deformarea plastică a materialului la temperaturi inferioare temperaturii de recristalizare specifică materialului metalic considerat, acesta trece într-o stare în afara de stării de echilibru structural si fizico-mecanic numită ecruisare. Prin recoacerea de recristalizare se urmareste eliminarea partială sau totală a starii de ecruisare a materialului, formarea unor graunţi noi nedeformaţi, si obţinerea plasticităţii si tenacitati iniţiale a materialului din starea sa de echilibru, iar concomitent se restabilesc si unele proprietati fizice dependente de gradul de tensionare al reţelei sale cristaline. Prin încălzirea la temperaturi mai ridicate se realizează o crestere a mobilitatii atomilor , a difuziunii si permite refacerea structurii. Procesul de formare de noi generaţii de grăunţi poliedri se numeşte recristalizare. Prin modificarea structurii cristaline datorită recristalizarii se produce şi modificarea corespunzătoare a caracteristicilor fizico-mecanice concomitent cu evolutia spre starea de echilibru a materialului. Pot exista şi unele materiale sau aliaje ale acestora care se abat de la acesta regulă cum ar fi bronzurile cu aluminiu.

Temperatura de recristalizare depinde de gradul de deformare plastică şi de gradul de ecruisare al materialului, iar cu cât acesta este mai mare cu atât recristalizarea va avea loc la temperaturi mai scăzute datorită instabilităţii sporite a structurii cristaline, motivată de gradul mare de fărâmiţare a grauntilor. Recoacerea de recristalizare se aplică produselor din otel sub forma de table, benzi, tevi, bare si sirme trase sau trefilate la rece, sau la piesele matriţate, ambutisate sau deformate plastic la rece, şi la piesele cu grad mare de prelucrare mecanică.

Temperatura de recristalizare a otelurilor este influenţată în mare măsura de continutul de carbon si de elemente de aliere al acestora. Astfel, oţelurile carbon structurale si slab aliate recristalizeaza la temperaturi de 400 - 500°C, oţelurile feritice Ia 550 - 650°C iar cele austenitice la 700 - 500°C.



37


Recoacerea de detensionare.

Acest tip de recoacere se produce fără transformări de fază, urmărindu-se preponderent reducerea tensiunilor interne din material induse după sudare, turnare sau deformare plastică la rece. Recoacerea de detensionare constă în încălzirea uniformă, cu viteză mică de aproximativ 50°C – 80°C / h, până la temperaturi de 500-575°C, menţinerea pe acest palier de temperatură o perioadă de timp care depinde de grosimea şi marca materialului, (usual 3min/mm, dar nu mai puţin de 30min ), urmată de răcirea cu viteze mici 30-50°C / h până la temperatura de 200°C -150°C şi continuată în aer liniştit.

Obiectivul recoacerii pentru detensionare îl constituie înlăturarea tensiunilor interne reziduale până la un nivel de mărime la care nu mai sunt periculoase efectele pe care le pot avea: fisurarea sau modificarea formei şi dimensiunilor produselor metalice din oţeluri, fonte sau aliaje neferoase, în timpul depozitării, prelucrării sau funcţionării, favorizarea proceselor de coroziune şi a fisurării sub acţiunea unor medii de lucru (fisurare sezonieră, rupere prin coroziune fisurantă sub tensiune, diminuarea rezistenţei la oboseală în medii corozive).

DEFECTE POSIBILE ALE PRODUSELOR DIN OTEL SUPUSE TRATAMENTELOR TERMICE

În cursul tratamentelor termice, care se aplică produselor din oţel, pot apărea oserie de discontinuităţi care pot fi clasificate în raport cu referenţialele specifice după mai multe criterii, astfel:a) după mărimea defectului:- discontinuităţi neadmise, defecte care duc la declararea piesei ca rebut;- discontinuităţi admise, nu duc la depasirea abaterilor prescrise prin documentaţie pentru piesa respectivă;- discontinuităţi remediabile, defecte care duc la depasirea abaterilor prescrise dar, prin diferite actiuni de remediere, abaterile pot fi aduse sub cele prescrise;b) dupa modul de punere in evidenţă:- discontinuităţi observabile vizual direct – acestea de obicei pot fi observate cu ochiul liber sau cu lupa, examinând suprafeţele accesibile ale piesei. Exemplu: fisurile, deformările, finisarea suprafeţei, nuanţa de culoare caracteristică, etc. În acest caz se poate determina: numărul defectelor, mărimea si forma lor, în urma curăţirii prealabile a suprafeţei piesei si a unei iluminări corespunzatoare;- discontinuităţi ascunse: de obicei sunt in interiorul cordonului de sudură sau pe suprafeţe neaccesibile ale piesei. Exemplu: fisurile, defecte de structură, neomogenitate a compozitiei chimice, etc.



38


Discontinuităţile ascunse pot fi puse în evidenţă prin examinări distructive (examinări metalografice microscopice), sau prin examinări nedistructive: radiatii penetrante, ultrasunete, pulberi magnetice, lichide penetrante, curenţi turbionari etc.c) dupa natura lor:- discontinuităţi fizice: fisuri , deformări, duritate locală scazută, etc.;- discontinuităţi chimice : abateri de la compoziţia chimică prescrisă, neomogenităţi ale compoziţiei chimice datorate proceselor de decarburare sau oxidare.- abateri de structură : apar ca urmare a unui tratament termic incorect executat (ex. granulaţie grosolană, sau structuri cristaline nepermise de tip Widmanstatten).d) dupa natura operaţiilor de tratament termic:- Defecte cauzate de procesele de încălzire şi menţinere:- fisurarea la încălzire: apare in cazul unei rate mari aplicate în cazul unui proces de încălzire a unor piese realizate din materiale cu difuzivitate termică redusă sau care prezintă o configuraţie geometrică complexă.În aceste cazuri fisurile sunt cauzate de tensiunile termice mari si pot duce la rebutarea piesei. Fisurile pot fi evitate prin încălzirea în trepte.- subîncălzirea: apare atunci când nu se respectă temperatura indicată în cadrul tratamentului termic respectiv. Ea duce la o structură necorespunzătoare si acest efect poate fi înlăturat printr-o noua încălzire corespunzătoare.- material ars: este un defect iremediabil ce constă în deteriorarea materialului în urma unei supraîncălziri si oxidări puternice. La microscop se observă oxidarea intercristalină şi o granulaţie grosolană.- decarburarea: este micşorarea conţinutului de carbon al piesei datorită unei durate prea lungi de încălzire într-o atmosferă bogată în: vapori de apă, oxigen, bioxid de carbon si hidrogen. În acest caz piesa prezintă la suprafaţă o structura feritică care poate fi remediată eventual prin carburare sau prin îndepărtarea stratului respectiv prin prelucrare mecanică.- structură grosolană, care poate fi determinată de o menţinere prea îndelungată la temperatura de palier, mai ales în cazul tratamentelor cu transformare de fază. - deformarea, care este cauzată fie de o încălzire realizată cu viteză mare, situaţie în care tensiunile termice depaşesc rezistenta materialului la temperatura respectivă, rezultând deformaţii remanente, fie cauzată de aşezarea pieselor în cuptor, situaţie în care acestea se pot deforma sub propria geutate.- supracarburarea : apare în situaţia tratamentelor termochimice de cementare cu carbon într-un mediu de carburare prea energic sau datorită unei menţineri în acest mediu o perioadă de timp prea mare. Efectul supracarburării se constată prin prezenţa în stratul carburat a unei mari cantităţi de cementită dură şi fragilă sub formă de reţea sau aciculară la limita graunţilor de perlită, care după tratamentul termic de călire conduce la fragilizarea stratului şi implicit la apariţia fisurilor.



39


- fragilizarea stratului nitrurat, care apare în situaţia tratamentelor termochimice de cementare cu azot, (tratamentul termochimic de nitrurare), în cazul suprasaturării cu azot a stratului nitrurat, din cauza unei durate prea mari de menţinere în mediul de nitrurare, sau din cauza unui grad de disociere prea mare a amoniacului. - Defecte cauzate de procesul de racire:- fisurarea, care este un defect care duce la rebutarea piesei. Ea este cauzată de tensiunile interne ce apar la răcire si care depaşesc rezistenţa la rupere a materialului.- deformarea, este un defect care poate apare şi la răcirea pieselor în situaţia unei răcirii neuniforme pe/în diferitele secţiuni ale piesei. În cazul pieselor simetrice, răcirea neuniformă pe o anumita secţiune se datorează de regulă modului de scufundare a piesei în mediul de racire.- petele moi, care reprezintă porţiuni pe suprafata piesei cu duritate redusă faţă de restul suprafetei şi care sunt datorate fie mediului de răcire care nu asigură o răcire uniformă , fie structurii locale a piesei.- fragilitatea de revenire: se manifesta prin valori scăzute ale rezilientei, şi apare de regulă la oţelurile slab aliate cu Cr, V, ( dar fără Mo ), atunci când răcirea după revenire înaltă se face prea lent în intervalul 500 – 400 °C. Evitarea acestui defect se face prin mărirea ratei de răcire în acest domeniu de temperaturi. e) după tipul tratamentului termic:- defecte care apar la călire: decarburarea si oxidarea, petele moi, fisurile,deformarea pieselor, etc;- defecte ce apar la revenire: fragilitatea la revenire, duritatea ridicată, duritateascazută, deformarea pieselor;- defecte ce apar la tratamentele termochimice: strat hipercementat, strat hipocementat, neuniformitatea stratului, deformarea piesei, sau în cazul nitrurării, fragilitatea stratului cementat datorită suprasaturării cu azot.

Fenomene posibile de deteriorare a materialelor metalice în exploatare

Cedările legate de coroziune

Coroziunea este un mecanism de degradare a unui material datorat interacţiunii sale cu mediul de lucru sau mediul înconjurător şi este urmare a unei reacţii electrochimice dintre material şi mediul de lucru sau mediul înconjurător. Având în vedere că reacţiile corozive sunt de natură electrochimică şi implicit depind de operarea celulelor electrochimice la suprafaţa metalului, în figura de mai jos se prezintă o schematizare a mai multor forme de coroziune, incluzând condiţiile de lucru sau cele externe, care produc coroziunea agresivă.



40


Coroziunea prin pitting

Printre cauzele coroziunii prin pitting se menţionează:● neomogenitatea locală a suprafeţei metalice;● pierderea locală a pasivităţii;● ruperea mecanică sau chimică a unui înveliş de oxid protector;● discontinuitatea învelişului organic;● coroziunea galvanică de la un catod relativ aflat la distanţă;● formarea unui ion metalic sau a unei celule de concentrare a oxigenului sub o depunere solidă (coroziunea în crevasă);Având în vedere că orice aliaj metalic este susceptibil la degradarea prin piting şi că acest proces de degradare se produce atunci când o arie a unei suprafeţe metalice devine anodică faţă de restul suprafeţei rezultă că pitingul pe suprafeţe curate reprezintă deobicei începutul întreruperii pasivizării sau întreruperea locală a protecţiei produse de inhibitor. Faza incipientă a acestui fenomen de degradare se semnalează atunci când ciupiturile sunt puţine şi separate larg de suprafeţe metalice care nu sunt corodate, iar cu cât ciupiturile sunt numeroase şi mai apropiate unele de celelalte, degradarea avansează mai rapid.

Coroziune prin pitting



41


Coroziunea fisurantă sub tensiune (SCC)

Coroziunea fisurantă sub tensiune, denumită şi coroziune fisurantă sub sarcină, este un tip de degradare iremediabilă a unui material metalic ca urmare a tensiunii la întindere statice coroborată cu acţiunea unui mediu corosiv. Acest tip de coroziune poate apare acolo unde se poate colecta apa de alimentare sau condensat de abur coroborat cu existenţa unor medii de lucru agresiv corozive precum mediile caustice, (în cazul sistemelor care în mod uzual folosesc metode de fosfatare convenţionale sau neconvenţionale de tratare a apei de alimentare), mediile care conţin soluţii apoase de cloruri şi în mod special mediile de lucru ce conţin amoniac sau H2S în soluţie apoasă. Fisurile produse de coroziunea fisurantă sub tensiune pot fi transcristaline sau intercristaline, în funcţie de natura materialului metalic, de starea elaborare şi tratament termic care dictează în mod implicit structura cristalină a acestuia şi de mediul de lucru, dar uzual aceste fisuri se dezvoltă în masa materialului metalic după un model similar cu dezvoltarea în pământ a rădăcinilor unui copac, devenind tot mai ramificate pe măsură ce fenomenul de degradare progresează.

Coroziune transcristalină Coroziune intercristalină Plecând de la aceste considerente şi ţinând seama că acest gen de fisuri sunt greu de evidenţiat la suprafaţa materialului, (mai ales în situaţia suprafeţelor oxidate sau chiar cu ţunder), şi nu în ultimul rând, că în cazul examinării nedistructive cu lichide penetrante multe din substanţele găsite în lichidele de penetrare specifice acestui tip de control sunt similare cu unele substanţe care provoacă chiar acest tip de coroziune, (şi prin urmare lichidele penetrante nu ar trebui să fie folosite fără să se considere efectele lor colaterale asupra analizei globale), rezultă că metoda de evidenţiere cea mai precisă a defectelor produse de acest tip de coroziune o reprezintă examinarea microscopică în secţiune

transversală a materialului.



42


Coroziune fisurantă sub tensiune la un oţel carbon de granulaţie fină în mediu de H2S umed Cedările de fluaj şi de rupere sub tensiune

Fluajul poate fi definit ca modificarea în dimensiune a unui material metalic sub acţiunea unei tensiuni aplicate la o temperatură mai mare de 0,4·Ts (unde Ts este punctul de topire – solidificare al materialului măsurat în scara absolută). Astfel, plumbul, staniul şi aluminiul super-pur se pot deforma la fluaj la temperatura camerei sau la puţin peste aceasta, în timp ce în cazul materialelor refractare, precum wolframul şi molibdenul sau a super-aliajelor pe bază de nichel, folosite la turbinele cu gaze sunt necesare temperaturi aproape de 1.000°C. În situația în care deformaţia de fluaj produce în mod constant modificări mari ale dimensiunii componentei aflate în serviciul continuu, se ajunge la situația inerentă în care se produce ruperea, iar acest tip de cedare este numit “rupere sub tensiune”.Cedările de fluaj şi de rupere sub tensiune sunt uşor de identificat, ele putând fi recunoscute prin ductilitatea locală şi multiplicarea fisurilor intercristaline şi prin examinarea optică a micro-secţiunilor, deoarece există în general o multiplicare a golurilor

de fluaj lângă ruperea principală, (figura de mai jos).



43


Fluajul materialelor metalice În mod obişnuit, procesul de deformare plastică a materialelor metalice începe când tensiunile create în acestea sub acţiunea solicitărilor mecanice la care sunt supuse, depăşesc limita lor de curgere, (deci implicit se depășește domeniul de deformații elasto / plastice), şi continuă sub o evoluţie monoton crescătoare în timp. Dacă solicitările mecanice aplicate acţionează timp îndelungat (zile, luni, ani), procesul de deformare plastică a materialelor metalice poate începe chiar dacă tensiunile create sub acţiunea acestora au intensităţi mai mici decât limita lor de curgere şi se continuă chiar dacă solicitările şi, ca urmare, tensiunile create de acestea, îşi menţin constantă intensitatea. Fenomenul de deformare lentă şi continuă în timp a unui material metalic sub acţiunea unor solicitări (tensiuni) mecanice constante se numeşte fluaj, iar ruperile produse datorită acestui fenomen se numesc ruperi prin fluaj. Unul din factorii principali care determină apariţia şi desfăşurarea fenomenului de fluaj este temperatura, fenomenul manifestându-se cu intensitate mare dacă materialul metalic solicitat mecanic are temperatura:

unde Ts reprezintă temperatura de solidificare - topire, iar Trp - temperatura de recristalizare primară ale materialului. Pentru un material metalic aflat la o anumită temperatură T = ct., în care o solicitare mecanică invariabilă generează tensiuni cu intensitatea σ = ct., comportarea la fluaj poate fi redată sintetic prin curba de fluaj, reprezentând variaţia deformaţiilor specifice ale materialului ε în funcţie de timp τ, ε = f(τ) şi prin curba de variaţie în timp a

vitezei de fluaj vf, vf = f’(τ).



44


Curba tipică de fluaj a materialelor metalice

Curbele de acest tip, pentru un material metalic, evidenţiază că fenomenul de fluaj are 4 etape de desfăşurare:

* În etapa iniţială (0), pe materialul metalic aflat la o temperatură constantă, (T=ct), şi pe care se aplică anumite solicitări mecanice care generează tensiunile σ =ct, . rezultă că materialul capătă o deformaţie specifică ε0, de natură elastică, elastoplastică sau incipient plastică, dacă tensiunile σ depăşesc limita de curgere a materialului la temperatura T. * În următoarea etapă (I), numită etapa fluajului primar sau etapa fluajului nestabilizat, are loc creşterea continuă a deformaţiei specifice ε, în condiţiile în care tensiunile mecanice produc deformarea plastică prin mecanismul deplasării dislocaţiilor în lungul planelor de alunecare ale cristalelor. * În următoarea etapă (II), numită etapa fluajului secundar sau etapa fluajului stabilizat, viteza de fluaj devine constantă (vf = ct.), principalele procese se desfăşoară la limitele cristalelor care alcătuiesc structura materialului, iar dislocaţiile deplasate prin alunecare sunt blocate la limitele acestor cristale, se acumulează în aceste zone şi generează microgoluri (microfisuri), care se unesc între ele şi îşi măresc astfel dimensiunile.

Datorită apariţiei şi creşterii microgolurilor intercristaline, de la un moment dat

viteza de fluaj începe să crească, procesul de deformare se accelerează progresiv şi se intră într-o nouă etapă (III), numită etapa fluajului terţiar sau etapa fluajului accelerat, care se încheie în momentul când se produce ruperea materialului (IV).



45


Influenţa tensiunilor şi a temperaturii asupra comportării la fluaj a materialelor metalice

Pentru determinarea comportării la fluaj a unui material metalic se foloseşte ca încercăre mecanică specială, încercarea la rupere prin fluaj, prin care se determină curbele de fluaj şi curbele de variaţie în timp a vitezei de fluaj în diferite condiţii de solicitare mecanică şi la diferite temperaturi iar în final se definesc două caracteristici mecanice capabile să reflecte comportarea la fluaj a materialului analizat, şi anume:

a) limita tehnică de fluaj : tensiunea mecanică de solicitare a materialului la temperatura T, corespunzătoare realizării unei deformaţii specifice prescrise ε, după o perioadă de timp prescrisă δ ; în mod obişnuit, valorile prescrise sunt ε = 1 % şi δ = 100000 ore iar limita tehnică de fluaj se notează:

b) rezistenţa tehnică de durată: tensiunea mecanică de solicitare a materialului la temperatura T , pentru care ruperea prin fluaj se înregistrează după o perioadă de timp prescrisă δ; în mod obişnuit, durata de solicitare până la rupere prescrisă este δ = 100000 ore şi rezistenţa tehnică de durată se notează:



46


La verificările tehnice în exploatare a echipamentelor sub presiune din domeniul ISCIR destinate lucrului în domeniul de temperaturi specific fluajului, (de regulă T > 440°C), deci exploatate în condiţii de temperatură ridicată trebuie avut în vedere atât pericolul apariţiei ruperii, cât şi cel al creşterii inadmisibile a deformaţiilor în timp datorită fenomenului de fluaj. De regulă în cazul acestor echipamente, în documentaţiile tehnice de proiectare se folosesc aşa numitele ‘’criterii de durabilitate limitată’’: “durata de exploatare la temperatura T, cu tensiunile de solicitare σ, nu trebuie să fie mai mare de…’’, iar acest lucru impune o cunoaştere integrală a caracteristicilor chimice şi fizico-mecanice a materialelor metalice, caracteristici pe baza cărora se pot determina, (construind experimental), curbele de comportament la fluaj, la diferite temperaturi, ale acestor materiale. O componentă solicitată la fluaj se va rupe (sparge) cu condiţia ca deformaţia ce se produce în timpul fluajului să nu diminueze sau chiar să înlăture tensiunea mecanică sub care a fost produsă deformația. Deşi datele durată în funcţie de extensie folosite la trasarea grafică a unei curbe de fluaj pot fi măsurate în timpul unui test de rupere sub tensiune, de fapt la derularea unui asemenea test de lungă durată se înregistrează doar tensiunea maxim admisibilă, temperatura, timpul remanent până la rupere şi alungirea totală la care se poate ajunge până la rupere, (tensiune - ductilitate la rupere). În funcţie natura aliajelor metalice, din punct de vedere macroscopic, ruperea sub tensiune poate fi avea aspect fragil sau ductil. Ruperea fragilă este intercristalină şi se produce fără (sau cu puţină) alungire sau gâtuire. Ruperea ductilă este transcristalină şi tipic este însoţită de alungire şi gâtuire distinctă. Ruperea la avarie a unei ţevi de cazan în urma lucrului la temperatură înaltă este arată în figura de mai jos, reprezentând un exemplu tipic de spargere cu buze groase. Fractografiile câtorva ruperi sub tensiune expun atât căi de rupere transcristaline cât şi intercristaline. În asemenea cazuri, uzual s-a constat că ruperile transcristaline s-au iniţiat de la fisuri intercristaline anterioare, care au redus aria secţiunii transversale şi astfel au condus la o valoare mărită a tensiunii.



47


(a) Vedere generală, țeavă de supraîncălzitor din oţel inoxidabil austenitic, (SA-213, grd TP321H, ASME-CODE ), care a cedat prin rupere sub tensiune (fluaj), exemplu tipic de spargere cu buze groase ce arată (rupere în profil gură de peşte). Grd mărire aprox. ½ ×.(b) Şlif metalografic, neatacat cu reactiv, aplicat zonei de ruptură marcată cu săgeţi la poziția (a), prin care sunt relevate fisuri transversale extinse. Grd mărire aprox. 4 ½ ×.(c) Şliful metalografic atacat electrolitic în HNO3 (acid nitric) de concentrație 60%, care arată natura intercristalină a fisurării. ). Grd mărire 100×

Ruperile / spargerile cu buze subţiri sunt în mod uzual cauzate de tensiuni interne de întindere care conduc la microdefecte transcristaline care se produc la ca urmare a încălzirii bruște a materialului metalic la o temperatură din intervalul 650º la 870 °C, iar caracteristicile macroscopice și microscopice a acestor tipuri de ruperi sub tracţiune la temperatură ridicată sunt specifice fiecărui tip de aliaj metalic în corelație cu temperatura la care s-a produs ruperea.



48


Rupere cu buze subţiri, (aspect de „cobră” ) la o ţeavă de cazan cu diametru exterior de 64 mm, grosime de perete 6,4 mm, fabricată din material de tip 1,25Cr-0,5Mo, (SA-213, grade T-11, ASME CODE), cauzată de o supraîncălzire rapidă, coroborată cu o îndoire laterală rezultată ca urmare a forței de reacție la eliberarea aburului. Supraîncălzirea prelungită uzual la temperaturi sub Ac1 (temperatura la care începe formarea austenitei) în oţelurile carbon şi slab aliate provoacă descompunerea perlitei în ferită şi carburi globulare, care slăbesc materialul ţevii prin formarea golurilor de-a lungul limitelor de grăunte (a) şi eventual separarea grăunţilor (b), conducând la o rupere sub tensiune (fluaj) a ţevii. Oţelurile inoxidabile austenitice pot expune în general trei tipuri de instabilitate metalurgică: formarea carburilor, precipitarea feritei şi formarea fazei σ. Toate cele trei tipuri de instabilitate metalurgică pot reduce durata de viaţă a componentelor fabricate din aceste oţeluri şi pot spori probabilitatea cedării la supraîncălzire prelungită.

Microstructuri metalogarfice la ţevi de cazan din oţel carbon supuse unei supraîncălziri prelungite sub linia Ac1.

(a) Goluri (negru) la limitele de grăunte şi globulizarea (alb, globular), caracteristice fluajului terţiar. Grd mărire 250×. (b) Separarea intercristalină (la limita grăunţilor) alăturată suprafeţei de rupere (sus). Grd mărire 50×.



49


MECANICA RUPERII

NOŢIUNI PRIVIND RUPEREA MATERIALELOR

Mecanismele fizice ale nucleaţiei şi propagării ruperii

Caracteristica cea mai importantă a materialelor metalice o reprezintă structuraacestora. Metalele cristalizează cel mai frecvent în următoarele tipuri de reţele: a)-cubică cu feţe centrate (CFC), b)-cubică cu volum centrat (CVC) sau c)-hexagonalcompactă (HC).

După particularităţile reţelei şi ale acţiunilor exterioare (solicitare, temperatură etc.) cristalele se pot deforma ca urmare a unuia dintre următoare procese: alunecare, maclare, pierderea stabilităţii.

• Alunecarea se desfăşoară în plane şi direcţii preferenţiale. În general, planele şi direcţiile de preferenţiale alunecare într-un cristal corespund acelora cu densitatea atomică cea mai mare.



50


Sistem de alunecare

O combinaţie între un plan şi o direcţie de alunecare formează un sistem de alunecare. Pentru un sistem de alunecare cu direcţia de alunecare X, cuprinsă înplanul cristalografic de alunecare cu normala N, componenta tangenţială τ indusăde tensiunea axială σ, în planul de alunecare şi după direcţia de alunecare, este:τ = σ cos φ·cos θ, unde φ şi θ sunt unghiurile făcute de tensiunile axiale σ cu normala la planul de alunecare şi, respectiv la direcţia de alunecare.

• Maclarea este, în general, caracteristică reţelelor CVC şi HC, fiind favorizată de scăderea temperaturii şi creşterea vitezei de deformare. Maclarea, ca mod de deformare a reţelei cristaline, constă în deplasarea unei părţi din reţea, astfe încât această parte să se plaseze în raport cu un plan – planul de maclare – într-o poziţie simetrică prin reflectare în oglindă.

• Pierderea stabilităţii apare la solicitarea de compresiune a cristalelor hexagonale după o direcţie paralelă cu planul bazal. O astfel de deformare se limitează numai la o regiune a cristalului, regiune care trece brusc într-o poziţie înclinată.



51


Zona deformată este cunoscută în literatura de specialitate sub denumirea debandă “kink”.

Pierderea stabilităţii benzilor de alunecare

Procesul care urmează după deformarea plastică este ruperea. La nivel microstructural se disting două moduri fundamentale de rupere: prin separare sau clivare şi prin forfecare. Ruperea prin separare sau clivare implică desfacerea legăturilor interatomice perpendicular pe planele cristalografice având legăturile cele mai slabe – plane deseparare sau clivare – sub acţiunea componentelor normale ale tensiunilor. Ruperea prin forfecare este localizată în planele favorabile alunecării, adică în planele de mare compactitate, fiind o consecinţă a ruperii legăturilor în aceste plane.În policristale planele de separare nu sunt întotdeauna perpendiculare pe direcţiatensiunii, astfel că la nivel microscopic suprafaţa ruptă nu este plană pe o distanţă mai mare de un grăunte, figura a. In unele metale şi aliaje, la nivel microscopic, anumiţi grăunţi favorabil orientaţi cedează prin clivare iar alţii prin forfecare, fig. b. În unele cazuri, la nivel macroscopic, suprafaţa ruptă poate să apară, cu o bună aproximaţie, perpendiculară pe direcţia tensiunii normale, figura c. În policristale, pe lîngă ruperea prin separare şi prin forfecare (transgranulară), seîntâlneşte şi ruperea intergranulară rezultată din cedarea limitelor grăunţilor. Cele două moduri structurale de rupere conferă suprafeţelor macroscopice de rupere aspecte diferite.Ruperea prin separare conferă un aspect lucios, pe când ruperea prin forfecare conferă un aspect fibros. Modurile structurale de rupere şi deci şi aspectele distincte care le caracterizează, pot să coexiste în funcţie de desfăşurarea mecanismului de rupere.



52


a b c

Din punct de vedere macroscopic este uzuală clasificarea ruperilor în ductile şi fragile. Ruperile ductile sunt precedate de o deformaţie plastică apreciabilă şi sunt asociate cu energie de rupere mare. Ruperile fragile sunt precedate de deformaţii plastice neglijabile, energia consumată în procesul de rupere fiind mică.

Ruperea materialelor metalice

Ruperea este fenomenul de fragmentare a unui material (unei piese) în două sau mai multe părţi sub acţiunea unei stări de tensiuni mecanice. Ruperile materialelor (pieselor) metalice se pot clasifica folosind mai multe criterii: a) modul cristalografic de rupere; b) aspectul ruperii; c) mărimea deformaţiilor plastice care preced ruperea. Utilizând primul criteriu (modul cristalografic de rupere), care consideră fenomenul de rupere la scară atomică, ruperile se încadrează în două categorii: ruperi prin clivaj (smulgere), produse prin acţiunea unor tensiuni mecanice normale σ şi ruperi prin forfecare, produse prin acţiunea unor tensiuni mecanice tangenţiale τ. Dacă se utilizează cel de-al doilea criteriu (aspectul ruperii), care consideră fenomenul de rupere la scară microscopică, ruperile se clasifică în două categorii:ruperi cu aspect cristalin - strălucitor şi ruperi cu aspect fibros. Dacă se foloseşe cel de-al treilea criteriu (mărimea deformaţiilor plastice care preced ruperea), care consideră fenomenul de rupere la scară macroscopică, ruperile se încadrează în două categorii: ruperi fragile, precedate de deformaţii plastice nesemnificative şi care se propagă cu viteze foarte mari şi ruperi ductile, caracterizate prin deformaţii plastice apreciabile produse înaintea şi în timpulrealizării fenomenelor de rupere.



53


Categoriile de clasificare a ruperilor materialelor (pieselor) metalice sunt net corelate; astfel, ruperile fragile se produc prin clivaj (smulgere), au propagare intercristalină (prin limitele cristalelor care alcătuiesc structura materialului) sau transcristalină (prin grăunţii cristalini care compun structura materialului) şi prezintă aspect cristalin - strălucitor, iar ruperile ductile se produc prin forfecare, au, de obicei, propagare transcristalină şi prezintă aspect fibros.

Comportarea fragilă sau ductilă la rupere nu este întotdeauna o însuşire intrinsecă a fiecărui material metalic (o însuşire dependentă numai de compoziţia chimică şi de caracteristicile structurale ale materialului). Comportarea la rupere poate fi influenţată esenţial de factorii ce descriu condiţiile solicitării mecanice care determină ruperea:

a) temperatura materialului în timpul solicitării;b) viteza de solicitare (viteza de aplicare a sarcinilor şi/sau viteza de deformare a materialului);c) gradul de triaxialitate al stărilor de tensiuni generate în materialul supus solicitării, dependent de complexitatea solicitării şi de prezenţa în material a concentratorilor de tensiuni.

Complexitatea unei solicitări mecanice este determinată de modul în care acţionează sarcinile (forţele) care o produc şi de tipul efectelor (simple sau combinate) de deformare realizate (întindere, compresiune, încovoiere, forfecare, torsiune etc.), iar concentratorii de tensiuni sunt discontinuităţi ale materialului (orificii, crestături, zgârieturi, incluziuni, fisuri etc.) care determină creşteri locale ale intensităţii tensiunilor generate de solicitările mecanice;

Procesul de rupere (fragilă sau ductilă) a unui material metalic are două etape de desfăşurare:a) iniţierea ruperii, constând din apariţia (germinarea) unor microfisuri (germeni sau nuclee de rupere) în materialul metalic solicitat mecanic;b) propagarea ruperii, constând din extinderea (creşterea) microfisurilor în materialul metalic supus solicitărilor mecanice.

Iniţirea ruperii este controlată (determinată), atât în cazul ruperii fragile, cât şi în cazul ruperii ductile, de tensiunile tangenţiale create (prin acţiunea solicitărilor mecanice) în lungul planelor de alunecare ale cristalelor materialului metalic. Aceste tensiuni realizează deplasarea dislocaţiilor în planele de alunecare, deplasare echivalentă iniţierii unui proces de deformare plastică a cristalelor. Deplasarea dislocaţiilor determină posibilitatea ca acestea să interacţioneze (cu alte dislocaţii întâlnite pe parcursul mişcării), să fie blocate (de dislocaţiile de acelaşi semn, de limitele de cristale sau de alte obstacole) şi să se acumuleze în jurul barierelor (obstacolelor) întâlnite. Astfel, acumularea dislocaţiilor de acelaşi semn în jurul unui obstacol este echivalentă cu apariţia unei microfisuri, deoarece determină creşterea locală importantă a distanţelor dintre atomi şi dispariţia forţelor de legătură interatomică (pierderea coeziunii interatomice).



54


Propagarea ruperii fragile este controlată (determinată) de tensiunile normale de întindere, cu direcţia de acţiune perpendiculară pe planul microfisurilor iniţiate în materialul metalic supus solicitărilor mecanice. Astfel, tensiunile normale de întindere tind să mărească distanţele dintre atomi în jurul microfisurilor iniţiate prin acumularea de dislocaţii şi să producă extinderea microfisurilor prin pierderea coeziunii între atomii de la vârful acestora; deoarece efectul (coeficientul) de concentrare a tensiunilor corespunzător microfisurilor sporeşte odată cu creşterea dimensiunilor acestora, procesul de propagare a ruperii este continuu accelerat şi se realizează cu viteză din ce în ce mai mare (ruperea fragilă are o propagare instabilă).

Trebuie remarcat că, dacă tensiunile normale pe planul microfisurilor iniţiate în materialul metalic sunt de compresiune, procesul de propagare a fisurilor este inhibat ( există tendinţa închidereii fisurilor) şi ruperea fragilă nu se produce.

Propagarea ruperii ductile este controlată (determinată) de tensiunile tangenţiale create în jurul microfisurilor iniţiate în materialul metalic supus solicitărilor mecanice. Sub acţiunea acestor tensiuni are loc deformarea plastică a materialului de la vârful microfisurilor, se produce rotunjirea microfisurilor (microfisurile se transformă în microgoluri, cu un efect scăzut de concentrare a tensiunilor) şi în materialul din jurul acestora apar noi microfisuri (prin mecanismul de deplasare prin alunecare şi acumulare a dislocaţiilor); ca urmare, procesul de propagare a ruperii ductile se desfăşoară stabil, cu un mare consum de energie pentru deformarea plastică, gâtuirea şi ruperea punţilor dintre microgolurile ce se crează continuu pe parcursul ruperii în materialul metalic supus solicitărilor mecanice.

Din cele prezentate anterior rezultă că ruperea fragilă este un fenomen greu de diagnosticat (prognozat), care se produce intempestiv , se propagă cu viteze foarte mari (instabil) şi poate avea urmări catastrofale, în timp ce ruperea ductilă este un fenomen uşor de detectat, care se produce stabil, după epuizarea capacităţii de deformare plastică a materialului metalic supus solicitărilor mecanice. Ca urmare, la proiectarea pieselor metalice destinate aplicaţiilor tehnice se pune condiţia ca materialul metalic ales pentru confecţionarea acestora să prezinte o comportare ductilă la rupere pe tot domeniul temperaturilor de exploatare (utilizare) a lor.

Oboseala materialelor metalice

Comportarea unui material metalic supus acţiunii unei solicitări variabile (ce generează în material tensiuni mecanice cu intensităţi variabile în timp) diferă esenţial de cea corespunzătoare acţiunii unor solicitări constante sau monoton crescătoare (ce generează în material tensiuni mecanice care nu-şi modifică intensitatea în timp sau care cresc continuu în intensitate pe măsură ce trece timpul), ruperea sa putându-se produce chiar dacă intensitatea tensiunilor mecanice generate în timpul solicitării este mai mică decât rezistenţa la tracţiune a materialului Rm.



55


Fenomenul de degradare a materialelor metalice sub acţiunea solicitărilor variabile se numeşte oboseală, iar ruperile produse datorită acestuia se numesc ruperi prin oboseală.

În mod obişnuit, solicitările variabile la care sunt supuse piesele din materiale metalice au caracter periodic (ciclic) şi, ca urmare, orice solicitare variabilă se poate caracteriza complet printr-un ciclu al solicitării.

Curbele de durabilitate la oboseală şi/sau rezistenţa la oboseală corespunzătoare unui material metalic se determină experimental prin încercări mecanice speciale, cum ar fi încercarea la oboseală prin încovoiere rotativă, reglementată prin STAS 5878.

Procesul de degradare prin oboseală a unui material metalic (unei piese metalice) are trei stadii de desfăşurare:a) iniţierea unei fisuri;b) propagarea lentă (într-un număr mare de cicluri) şi continuă a fisurii, până când secţiunea transversală nefisurată (secţiunea portantă) a piesei devine insuficientă pentru preluarea solicitărilor;c) ruperea bruscă a secţiunii transversale nefisurate în stadiile anterioare.

Existenţa acestor trei stadii a fost evidenţiată prin cercetarea aspectului suprafeţelor de rupere prin oboseală ale materialelor (pieselor) metalice, care prezintă întotdeauna trei zone caracteristice:

a) zona de iniţiere a unei fisuri (care se poate evidenţia numai pe cale microscopică);b) zona de propagare a fisurii, cu aspect neted – lucios (vizibilă cu ochiul liber);c) zona de rupere finală (bruscă), cu aspect cristalin sau fibros (vizibilă cu ochiul liber).

Mecanismul procesului de degradare prin oboseală a unui material metalic (unei piese metalice) poate fi descris sintetic astfel:

* deformaţiile produse de către solicitările variabile au caracter eterogen, în anumite zone ale materialului (piesei), situate de obicei la suprafaţă, cum ar fi zonele cu cristalele orientate favorabil în raport cu sarcinile aplicate sau zonele cu concentratori de tensiuni macroscopici (zgârieturi, crestături, orificii etc.) sau microscopici (impurităţi, faze fragile etc.), producându-se deformaţii plastice, în timp ce în celelalte zone deformaţiile sunt numai de natură elastică;

* fenomenul de ecruisare ce afectează zonele cu deformaţii plastice conduce, după un anumit număr de cicluri de solicitare, la epuizarea capacităţii de deformare a materialului şi la iniţierea unei fisuri;



56


* procesul de deformare plastică localizat în zona din jurul vârfului fisurii iniţiate (care acţionează ca un puternic concentrator de tensiuni) conduce la realizarea condiţiilor extinderii (propagării) acesteia;

* după un anumit număr de cicluri, tensiunile generate de solicitarea mecanică în secţiunea nefisurată a materialului (piesei) ating nivelul rezistenţei la tracţiune Rm şi materialul se rupe brusc.

Piesele şi construcţiile tehnice care urmează a fi supuse în exploatare unor solicitări variabile se proiectează ţinând seama de necesitate evitării pericolului ruperii lor prin oboseală.

Examinări distructive

Se împart în următoarele categorii:

a) Analize metalografice (macro, micro, defectoscopie);

b) Analize chimice (calitative/semicantitative, calitative/cantitative);

c) Încercări mecanice (încercare la tracţiune, încercare de încovoiere la şoc,

încercarea de duritate, încercarea pentru determinarea rezistenţei tehnice de durată,

încercarea la fluaj, şi altele);

d) Încercări tehnologice (încercare la îndoire pe dorn, încercare de aplatisare,

încercare la rupere tehnologică, încercare la compresiune, şi altele);

e) Măsurări de eforturi sub acţiunea sarcinilor de încărcare ( măsurători tensometrice).

Analize metalografice (macro, micro, defectoscopie);

- Examinare distructivă care are drept scop evidenţierea structurii metalografice specifice unei anumite stări de tratament termic a unui material metalic, a eventualelor defecte induse în material în urma unor procese de prelucrare mecanică sau termică, precum şi verificarea respectării cerinţelor tehnice al unui procedeu de sudare, (rezultat dintr-o procedură aprobată), prin care a fost realizată o îmbinare sudată a două materiale metalice.

- Se derulează pe probe metalografice în laborator sau ‘’in situ’’, prin şlefuirea şi atacarea cu un anumit tip de reactiv chimic a suprafeţei de analizat.

- Este denumită şi analiză metaloscopică şi poate fi macroscopică sau microscopică, după cum se referă la analiza macro sau micro a structurii.

- Macrostructură – structura metalului sau a aliajului care se poate observa cu ochiul liber sau la un grad mic de mărire, max. 50:1.



57


- Microstructură - structura metalului sau a aliajului care se poate observa prin intermediul microscopului la un grad mare de mărire, min. 50:1, uzual 100:1, fie în laborator sau ‘’in situ’’, direct pe o anumită componentă a echipamentului, pe probe metalografice sau pe replici metalografice.

- Replică metalografică - lac transparent, nitroceluloză sau material plastic, având sau nu un suport, folosit pentru punerea în evidenţă, prin preluarea detaliilor topografice ale suprafeţei, a structurii metalografice.

A B C

A – Pregătirea suprafeţei pentru examinare prin intermediul unei replici metalograficeB – Suportul unei replici metalograficeC – Principiul de efectuare al unei replici metalografice



58


D E F D – Aplicarea unui suport de replică metalografică ‘’in situ’’E – Microscop portabil pentru analiza metalografică ‘’in situ’’F – Microstructură cristalină a unui oţel inoxidabil austenitic la un grd. de mărire 100:1



59


Microfisură într-un oţel tip 14 MoV 63 la un grd. de mărire 500:1

1. Punerea în evidenţă a microstructurii

Proba lustruită, spălată şi uscată este în general introdusă/imersată în reactivul care pune în evidenţă structura. În cazuri speciale se va proceda invers, depunându-se reactivul (reactiv cu acţiune rapidă) pe suprafaţa lustruită a probei, folosindu-se în acest scop vată sau hârtie de filtru îmbibată cu reactiv. În mod normal proba se consideră atacată când suprafaţa lustruită şi-a pierdut luciul metalic.

Se recomandă scoaterea din când în când a probei în cursul punerii în evidenţă a structurii prin atac cu reactiv, spălarea şi apoi cercetarea la microscop, în scopul determinării exacte a momentului când structura prezintă caracteristicile urmărite.

Se recomandă utilizarea reactivilor în concentraţie slabă, deci un timp de punere în evidenţă a structurii mai îndelungat, în scopul obţinerii unei structuri mai bine conturate (contraste mai puternice). După punerea în evidenţă a structurii prin atac cu reactivi, probele se spală şi se supun analizei microscopice.

2. Extragerea şi interpretarea replicilor metalografice



60


Replicile metalografice sunt folosite pentru examinarea structurii metalografice, putând fi folosite ‘’in situ’’, în zone cu acces dificil din diferite locaţii. Obţinerea suprafeţelor plane se realizează folosind în acest scop aparatură portabilă.

În condiţiile în care şlefuirea este realizată folosind un polizor electrolitic, polizarea cu hârtie abrazivă se execută până la granulaţia 800 (oţeluri aliate) / 1200 (oţeluri mediu şi slab aliate).

Lustruirea finală se poate executa folosind unul din următoarele procedee: - lustruire electrolitică folosind o microcelulă de lustruire;- lustruire mecanică cu seturi progresive de hârtie abrazivă şi finalizare cu pastă de

pulbere de diamant. După lustruire suprafaţa este degresată cu acetonă sau alcool, spălată şi uscată. Punerea în evidenţă a structurii se realizează prin atac cu reactivul adecvat . Suportul replicii metalografice se va aplica pe o suprafaţă uscată şi lipsită de impurităţi (în principal, de praf). În funcţie de materialul replicii (lac sau folie) aplicarea va respecta următoarele condiţii:

-pentru lac: - lacul nu va fi agitat înainte de aplicare pentru a nu da naştere la bule de

aer;- aplicarea se face cu o spatulă din material plastic sau cauciuc pentru a se

forma un strat subţire de grosime uniformă;- lacul se lasă să se usuce timp de 60 ... 90 minute, protejat contra

impurificării.- pentru folie:

- se aplică pe suprafaţa de analizat o bucată de material plastic, cu o compoziţie şi dimensiune (lungime, lăţime şi grosime) adecvate, activată în solventul caracteristic;

- se lasă să se usuce timp de 15...20 minute, presat şi protejat contra impurificării.

Replica trebuie desprinsă de pe suprafaţă ridicând-o de o margine, cât mai uniform posibil, la un unghi care să nu depăşească 80o. Mişcarea trebuie să fie continuă, fără smulgere, şi se va evita lăsarea de amprente digitale pe replică în timpul operaţiei.

Replica metalografică va fi montată pe o lamelă de sticlă, cu faţa corespunzătoare suprafeţei în sus, în scopul obţinerii unei bune planeităţi (pentru examinarea la microscop) şi a posibilităţiii de conservare/arhivare (într-o bancă de replici) departe de lumină şi căldură.

Examinarea replicii metalografice se va efectua, ţinând cont de faptul că, pentru examinarea în lumină reflectată, replica trebuie să fie fixată pe o oglindă/placă metalică având o suprafaţă reflectantă bună sau să fie prevăzută cu strat reflectant depus (aluminiu, de exemplu).



61


Scara etalon 1- 8 a mărimii grăuntelui cristalin



62


Zonele de tranziţie cristalină la o sudură cap la cap



63


Analiza metalografică microscopică a unui semifabricat metalurgic deformat la cald din oţel carbon cu 0,2% carbon în care se evidenţiază o structură ferito perlitică, mărime de

grăunte cristalin 4, mărire x 200

Analiza metalografică microscopică a unui semifabricat metalurgic deformat la cald din oţel carbon cu 0,36% carbon în care se evidenţiază o structură ferito perlitică, cu un

procent mai mare de perlită, mărime de grăunte cristalin 5-6, mărire x 200



64


Analiza metalografică microscopică a unui semifabricat metalurgic deformat la cald şi tratat termic, din oţel carbon cu 0,36% carbon în care se evidenţiază o structură ferito perlitică, cu tendinţa de globulizare a perlitei, mărime de grăunte cristalin 6-7, mărire x

200

Analiza metalografică microscopică a unui semifabricat metalurgic deformat la cald şi tratat termic pentru înbunătăţire, din oţel carbon cu 0,36% carbon în care se evidenţiază o structură ferito perlitică, cu tendinţa de transformare a perlitei în lamele de bainită, mărime

de grăunte cristalin 6-7, mărire x 200



65


Analiza metalografică microscopică a unui semifabricat metalurgic deformat la cald şi tratat termic pentru normalizare, din oţel carbon cu 0,15% carbon în care se evidenţiază o

structură ferito perlitică fină, mărime de grăunte cristalin 8, mărire x 200

Analiza metalografică macroscopică a secţiunii transversale a unei suduri cap la cap efectuată longitudinal la închiderea unei virole executate din tablă deformată la cald pe

valţ



66


Analiza metalografică microscopică în secţiune transversală a unui semifabricat metalurgic deformat la cald din oţel carbon cu 0,15% carbon în care se evidenţiază o structură ferito perlitică dispusă în benzi orientate în sensul de laminare, mărime de

grăunte cristalin 7-8, mărire x 200

Analize chimice

1. Analize chimice calitative/semicantitative.

Pot fi efectuate în condiţii de laborator sau ‘’in situ’’pentru identificarea doar a grupei de oţel din care este confecţionată o anumită componentă a unui echipament sub presiune, determinarea fiind bazată pe semnalarea prezenţei unor anumite elemente de aliere specifice materialelor metalice şi aliajelor acestora, (crom, molibden, vanadium, mangan, nichel ,wolfram, ş.a.).

Se efectuează prin utilizarea unor aparate denumite în mod generic ‘’stiloscop’’, sau ‘’metascop’’, (de aici şi fel de fel de denumiri eronate de genul‚ ’’ stiloscopare’’, ‘’probă stiloscopică’’ ‚’’analiză stiloscopică’’, ş.a.m.d). Prin stiloscopie se înţelege un domeniu al spectroscopiei optice în spectrul vizibil, care valorifică proprietatea unui aparat spectral, (stiloscopul), de a descompune o radiaţie electromagnetică într-un spectru de linii reprezentand imagini ale fantei de intrare formate de diferitele radiaţii monocromatice ale luminii incidente, iar stiloscopul este un aparat spectral cu prismă destinat observării directe a spectrelor de linii, folosind ca receptor ochiul. Linia spectrală reprezintă imaginea fantei de intrare a unui aparat spectral obţinută cu o radiaţie monocromatică, după ce lumina a străbătut sistemul de dispersie, (prisma), aparatului, iar dispersia reprezintă fenomenul de descompunere spaţială a unei radiaţii în radiaţiile monocromatice componente.



67


Determinările fiind semicantitative, se impune existenţa unui set de etaloane/mostre pentru compararea spectrelor de linii obţinute la determinarea calitativă cu intensitatea relativă a acestora. Determinarea exactă a poziţiilor liniilor spectrale permite extragerea valorii lungimii de undă din curba de dispersie a aparatului şi identificarea fiecărui element de aliere prin intermediul unor tabele speciale cu linii spectrale.

Stiloscop (aparat utilizat în domeniul spectral pentru determinări chimice calitativ/ semicantitative)

1. Analiza calitativ / cantitativă prin metode clasice de laborator

Tip de analiza care este bazată pe măsurarea unei proprietăţi corelate direct sau indirect cu cantitatea de constituent ce trebuie determinată dintr-o probă. Metodele de analiză sunt calitativă şi cantitativă şi se bazează pe reacţii chimice de tip oxido-reducere. Metodele de analiză chimice sunt:

- gravimetrice (bazate pe determinarea greutăţii precipitatelor formate în reacţie)- volumetrice (bazate pe determinarea volumului de reactiv consumat)- colorimetrice (bazate pe determinarea vizuală de absorbţie)- de analiză a gazelor (bazate pe determinarea variaţiei volumului amestecului

gazos) Metodele de analiză fizico - chimice se bazează pe studiul caracteristicilor fizice ale reacţiilor chimice din punct de vedere al fenomenelor calorice, electrice, cinetice sau fotochimice, adică legătura dintre compoziţia chimică şi unul dintre aceste fenomene. Pentru a proceda la o analizăcalitativ / cantitativă, trebuie urmate o serie de etape: 1. Alegerea unei probe; 2. Pregătirea şi prepararea probei; 3. Stabilirea procedeului analitic în funcţie de metoda chimică aleasă: 4. Evaluarea şi interpretarea rezultatelor – se bazează pentru o cât mai mare exactitate a

rezultatelor pe utilizarea etaloanelor standard.

1. Analiza calitativ / cantitativă prin metode de analiză spectrală



68


Tip de analiza chimică calitativ / cantitativă care este bazată pe metoda de spectroscopie de emisie. Sunt cunoscute trei procedee de spectroscopie de emisie prin care pot fi observate tranziţiile electronice , şi anume: • emisia în flacără, în care se pulverizează o soluţie, are loc vaporizarea solventului, apoi sarea este vaporizată şi disociată în atomi şi unii atomi sunt excitaţi de flacără şi aceştia emit radiaţia caracteristică speciei; • emisia în plasmă, utilizează un tip special de sursă de temperatură înaltă; plasma este

produsă prin cuplarea inductivă sau capacitivă a unui gaz ionizabil cu câmpul magnetic al unei surse de radiofrecvenţă sau câmpul electric al unei surse de microunde; diferenţa faţă de emisia în flacără este că temperatura nu depinde de un proces de combustie şi este mult mai înaltă, ceea ce face ca randamentul procesului de excitaţie să fie mult mai mare;

• emisia în arc, reprezintă cea mai uzuală metodă şi foloseşte o sursă de înaltă tensiune şi doi electrozi; proba solidă se aşează pe electrodul inferior şi se generează arcul electric; pentru separarea radiaţiilor emise după lungimea de undă se poate folosi o prismă iar pentru detecţie se poate folosi un sistem cu fotodiode sau o placă fotografică, rezultatele fiind stocate în memoria computerului din dotarea aparatului; spectrul este format din linii şi benzi; identificarea elementelor prezente se face prin compararea cu un spectru etalon, iar analiza cantitativă corespunzătoare unui metal cu multe linii şi benzi de emisie se face măsurând intensitatea liniilor spectrale.

În mod uzual pentru pentru etaloanele de bază se foloseşte cuprul sau fierul;

Compararea spectrului probei cu spectrul etalonului



69


Quantovac - (aparat utilizat în domeniul spectral pentru determinări chimice calitativ/cantitative)

Amprente ale arcului electric dezvoltat cu ocazia analizei spectrale pe diferite tipuri de probe metalice

Încercări mecanice

Încercările mecanice se realizează cu scopul de a determina modul de comportare a materialelor, prin evaluări calitativ cantitative, la acţiunea unor sarcini exterioare aplicate static (creşterea efortului de solicitare se face lent şi continuu de la zero la valoarea maximă), sau dinamic (creşterea efortului este instantanee). S-a acceptat ca valoare limită la delimitarea solicitărilor statice de cele dinamice o viteză de creştere a efortului de 1N/mm2sec.

1. Încercarea la tracţiune a materialelor metalice



70


Încercarea la tracţiune este una din cele mai importante încercări mecanice. Aceasta permite aprecierea caracteristicilor de rezistenţă, plasticitate cât şi a caracterului ruperii materialelor. Încercarea constă în ruperea sub acţiunea unei forţe de tracţiune a unei epruvete de formă caracteristică şi înregistrarea curbei de variaţie a forţei F cu deformaţia l .Epruveta cilindrică cu capete de prindere este forma cea mai utilizată pentru toate tipurile de materiale. În cazul tablelor şi benzilor se recomandă şi utilizarea epruvetelor plate cu capete de prindere. Pentru anumite tipuri de materiale ca: sârme, oţel beton , profile uşoare , benzi înguste etc. se pot realiza epruvete şi fără capete de prindere. Pentru a evidenţia particularităţile comportării materialelor metalice policristaline solicitate mecanic se foloseşte (ca încercare de referinţă) încercarea la tracţiune. Condiţiile şi modul de realizare a încercării la tracţiune şi caracteristicile mecanice care se pot determina prin această încercare sunt reglementate prin standardul SR EN 10002. Încercarea la tracţiune se execută pe epruvete confecţionate din materialul metalic care se cercetează, având forma şi dimensiunile reglementate prin standardul SR EN 10002.

Epruvete pentru încercarea la tracţiune



71


Epruvetele folosite în mod obişnuit au configuraţia prezentată în figura de mai sus şi au o porţiune centrală, cu secţiunea circulară (epruvete rotunde) sau dreptunghiulară (epruvete plate), calibrată (cu dimensiuni precise) şi două capetede prindere (pe maşina cu care se realizează încercarea), cu diverse configuraţii(cilindrice, conice, cilindrice filetate, plate, plate cu orificii pentru bolţuri etc.). Pe porţiunea calibrată a epruvetelor se trasează (înainte de încercare) două repere la distanţa L0; de regulă, distanţa (lungimea) iniţială între repere L0 se alege în funcţie de aria secţiunii transversale iniţiale a porţiunii calibrate S0, utilizând relaţia:

iar epruvetele astfel dimensionate se numesc epruvete proporţionale (de obicei, k=5,65, ceea ce este echivalent, pentru epruvetele rotunde, cu L0=5d0). În timpul încercării la tracţiune, pe direcţia axei longitudinale a unei epruvete realizate conform prescripţiilor anterior prezentate, se aplică o forţă de tracţiune F, crescătoare ca intensitate, care produce deformarea progresivă şi, în final, ruperea epruvetei. Maşina folosită pentru realizarea încercării la tracţiune este prevăzută cu dispozitivele necesare pentru a măsura şi/sau înregistra (pe toată durata încercării) intensitatea forţei aplicate F şi deformaţiile liniare (lungirile sau extensiile) produse epruvetei:

Unde ‘’L’’ este distanţa (lungimea) între reperele epruvetei la aplicarea forţei de tracţiune cu intensitatea F. Prin măsurarea secvenţială sau înregistrarea continuă a valorilor mărimilor F şi ∆L, se poate construi curba dependenţei F= g(∆L), numită diagrama încercării la tracţiune (DIT) sau diagrama forţă - alungire (extensie), iar în funcţie de relaţiile şi reprezentând în coordonate rectangulare variaţia tensiunii convenţionale

în funcţie de alungirea specifică

sau în funcţie de alungirea procentuală

se obţine curba caracteristică convenţională la tracţiune(CCCT) sau curba caracteristică tensiune-deformaţie specifică a materialului cercetat. CCCT are în mod obişnuit una din configuraţiile prezentate mai jos:



72


Cu ajutorul curbei CCCT (construită pe baza încercării la tracţiune) se pot evidenţia particularităţile comportării oricărui material metalic solicitat mecanic şi se pot defini o serie de caracteristici mecanice, folosite drept caracteristici de referinţă la proiectarea pieselor din materialul respectiv. La începutul încercării la tracţiune curba CCCT este liniară (are configuraţia unei drepte care trece prin originea sistemului de coordonate), fapt ce indică existenţa unei proporţionalităţi stricte între mărimile σ şi ε şi, deci, o comportare elastică a materialului supus încercării. Pe măsură ce creşte intensitatea forţei de tracţiune F, materialul supus încercării începe să sufere deformaţii plastice, dependenţa dintre σ şi ε nu maieste liniară şi configuraţia curbei CCCT se modifică. La unele materiale metalice începutul procesului de deformare plastică este caracterizat printr-o curgere a materialului (deformare plastică fără ecruisare) şi pe curba CCCT se înregistrează un palier; tensiunea la care se produce creşterea deformaţiilor specifice ale materialului fără a se mări intensitatea solicitării (tensiunea la care are loc fenomenul de curgere sau tensiunea corespunzătoare palierului înregistrat pe curba CCCT) este denumită limită de curgere aparentă şi notată Re. Multe materiale metalice nu manifestă un fenomen de curgere aparentă,iar curba CCCT nu prezintă variaţii bruşte ale pantei la instaurarea procesului de deformare plastică, ci numai modificări continue, care evidenţiază creşterea ponderii deformaţiilor plastice şi apariţia fenomenului de ecruisare.

La astfel de materiale se poate defini :

Limita de curgere convenţională (notată Rp), ca fiind tensiunea la care alungirea specifică neproporţională atinge o valoare prescrisă, şi care se notează Rp0,2 în cazul în care este determinată pentru o alungire procentuală neproporţională ε = 0,2 %.



73


Limita de alungire remanentă (notată Rr), ca fiind tensiunea corespunzătoare unei alungiri specifice remanente, , şi care se notează Rr 0,2 în cazul în care este determinată pentru o alungire procentuală neproporţională ε = 0,2 %.

Limita de extensie convenţională (notată Rr), ca fiind tensiunea la care alungirea specifică totală atinge o valoare prescrisă, şi se notează Rt 0,5 atunci când se determină pentru o alungire procentuală totală ε = 0,5 %

Mărind tensiunile de solicitare peste limita de curgere, are loc deformarea plastică uniformă a porţiunii calibrate a epruvetei. La o anumită valoare a forţei de solicitare la tracţiune, într-o zonă oarecare a porţiunii calibrate se produce gâtuirea epruvetei (micşorarea secţiunii transversale a epruvetei datorită deformării plastice excesive). Solicitând în continuare epruveta, gâtuirea se accentuează şi, la epuizarea capacităţii de deformare plastică a materialului, survine ruperea acesteia.

Tensiunea corespunzătoare forţei maxime de solicitare a epruvetei înainte de rupere, (Fmax), se numeşte rezistenţă la tracţiune (sau rezistenţă la rupere) şi se notează Rm, fiind definită de relaţia:

Alungirea procentuală după rupere (sau alungirea la rupere) A:

Coeficientul de gâtuire (numit şi gâtuire sau stricţiune şi exprimat în %) Z:

Din analiza curbei CCCT se pot trage concluziile legate de tenacitatea unui material (sau capacitatea de deformare plastică a unui material înainte de rupere), şi corespunde ariei de sub porţiunea neliniară a curbei CCCT (aria domeniului BCDE, aproximativ egală cu aria domeniului OCDE) şi este direct proporţională cu limita de curgere, cu alungirea procentuală după rupere şi cu diferenţa (sau raportul) dintre rezistenţa la tracţiune şi limita de curgere corespunzătoare materialului.

În realitate ruperea epruvetei se produce în punctul D . Efortul convenţional corespunzător punctului D este mai mic ca urmare a raportării forţei la secţiunea iniţială So. După depăşirea maximului curbei, epruveta suferă o puternică deformare localizată, o gâtuire care conduce la reducerea pronunţată a secţiunii. În aceste condiţii efortul real are o valoare mult mai ridicată . Valoarea efortului real nu prezintă interes practic in



74


caracterizarea materialului iniţial deoarece acesta rezultă în urma unei deformări plastice la rece puternice care este însoţită de fenomenul de ecruisare şi care modifică esenţial caracteristicile.

Practic în urma încercării la tracţiune se determină două mărimi specifice tenacităţii materialului (rezistenţa la curgere şi rezistenţa la rupere) şi două mărimi specifice plasticităţii materialului (Alungirea procentuală după rupere şi Coeficientul de gâtuire)

Analiza zonei de rupere a epruvetelor permite aprecierea caracterului ruperii, astfel ruperea poate fi: a) con-cupă pentru materiale tenace, b) con-con pentru materiale plastice şi c) fractură pentru materialele fragile. Aspectele de rupere sunt prezentate in figura următoare:

Aspectele ruperii la tracţiune.

Din analiza curbei CCCT se pot trage concluziile legate de tenacitatea unui material (sau capacitatea de deformare plastică a unui material înainte de rupere), şi corespunde ariei de sub porţiunea neliniară a curbei CCCT (aria domeniului BCDE, aproximativ egală cu aria domeniului OCDE) şi este direct proporţională cu limita de curgere, cu alungirea procentuală după rupere şi cu diferenţa (sau raportul) dintre rezistenţa la tracţiune şi limita de curgere corespunzătoare materialului.

A B



75

a b c


C D

A – Extensometru mecanicB – Momentul C din curba CCCT, corespunzător limitei de curgere aparentă Re C – Exemplu de rupere fragilăD – Efectul prezenţei concentratorilor de tensiuni în probele solicitate mecanic.



76


Maşini (prese hidraulice) utilizate la încercări mecanice şi încercări tehnologice A B



77


A – Instalaţie de încercări mecanice de scurtă durată la temperaturi ridicate. (Instalaţie de curgere la cald pentru materiale şi temperaturi cu corelaţia proprietăţi-temperatură garantată prin specificaţiile de material )

B – Instalaţie de încercări mecanice şi determinări de lungă durată la temperaturi din domeniul de fluaj. (Instalaţie de fluaj pentru materiale şi temperaturi din domeniul de fluaj cu corelaţia proprietăţi-temperatură indicată în specificaţiile de material )

2. Încercarea la încovoiere prin şoc a materialelor metalice

Pentru a evidenţia particularităţile comportării la rupere a materialelor metalice la diferite temperaturi se foloseşte (ca încercare de referinţă) încercarea la încovoiere prin şoc. Condiţiile şi modul de realizare a încercării la încovoiere prin şoc şi caracteristicile mecanice care se pot determina prin această încercare sunt reglementate prin standardul SR EN 10045.

Încercarea la încovoiere prin şoc permite aprecierea tenacităţii materialelor , a caracterului ruperii cât şi a raportului dintre caracterul tenace şi fragil al ruperii. Încercarea constă în ruperea la o solicitare de încovoiere prin şoc, prin aplicarea unei singure lovituri cu ciocanul - pendul Charpy, a unei epruvete prismatice cu secţiune pătrată sau dreptunghiulară, prevăzută cu un concentrator de tensiuni mecanice sub forma unei



78


crestături şi măsurarea energiei consumate pentru rupere. Schema încercării este următoarea:

Schema încercării la încovoiere prin şoc.

Încercarea la încovoiere prin şoc se execută pe epruvete confecţionate din materialul metalic care se cercetează, având configuraţia şi dimensiunile în conformitate cu prescripţiile SR EN 10045. Epruvetele standardizate au forma unor prisme pătrate drepte, cu lungimea (înălţimea) de 55 mm şi latura bazei de 10 mm şi sunt prevăzute pe una din feţele laterale cu o crestătură centrală (un concentrator de tensiuni mecanice); în funcţie de forma crestăturii, epruvetele pot fi:

a) cu crestătură în formă de V, la care crestătura are adâncimea de 2 mm, unghiul de deschidere de 45º şi raza de rotunjire la vârf de 0,25 mm;b) cu crestătură în formă de U (sau cu crestătură în formă de gaură de cheie), la care crestătura are adâncimea de 5 mm şi raza la vârf de 1 mm.

Pentru efectuarea încercării la încovoiere prin şoc se utilizează o maşină numită ciocan - pendul Charpy.



79


Înainte de realizarea încercării, pendulul este ridicat într-o poziţie de lansare, căreia îi corespunde o energie (potenţială) a pendulului, numită energie nominală, W0; în mod obişnuit W0 = 300 J, existând posibilitatea modificării acestei valori (care depinde de masa plăcii de lovire şi de înălţimea la care este ridicat pendulul) prin schimbarea plăcii de lovire a pendulului.

Epruveta care urmează a fi supusă încercării se aşează liber pe reazemele amplasate pe batiul (corpul) maşinii. Pentru efectuarea încercării se permite căderea pendulului din poziţia de lansare, ciocanul loveşte epruveta pe faţa opusă crestăturii şi produce ruperea acesteia (dintr-o singură lovitură), pe cadranul maşinii înregistrându-se valoarea energiei consumate (absorbite) pentru ruperea epruvetei Wr , deoarece în timpul căderii energia potenţială a pendulului se transformă în energie cinetică, la impactul cu epruveta viteza ciocanului este vp = 5,0...5,5 m/s şi solicitarea care produce ruperea epruvetei este dinamică (încovoiere prin şoc).



80


Epruvete pentru încercarea la încovoiere prin şoc

Încercarea prezintă două variante : Încercarea de rezilienţă KCU şi încercarea pentru determinarea energiei de rupere prin şoc KV.

Încercarea de rezilienţă sau încercarea pentru determinarea energiei specifice de rupere prin şoc KCU se realizează pe epruvete cu crestătură în forma literei U cu dimensiunile prezentate in figura următoare:

Epruveta pentru încercarea de rezilienţă KCU.Rezilienţa KCU este definită prin raportul dintre energia consumată la ruperea

epruvetei W şi secţiunea epruvetei în zona crestăturii So.



81

bo=10: 7,5: 5 mmao=10 mmho=2: 3: 5 mm

55A

A

= =

bo

ao

ho

r=1

Secţiunea AA


Încercarea de rezilienţă se realizează la temperatura standard 20oC. Notarea completă cuprinde simbolul KCU urmat de trei indici care reprezintă Wo energia de lovire a ciocanului pendul Charpy , bo lăţimea epruvetei, ho adâncimea crestăturii KCUWo bo ho . În cazul în care încercarea se realizează pe un ciocan pendul cu energie din şirul valorilor standardizate (Wo=100 J, 150 J, 300 J) şi lăţimea epruvetei este bo=10mm (valoare considerată nominală, celelalte valori se utilizează în cazul materialelor subţiri) rezilienţa se notează cu KCUho indicele reprezentând doar adâncimea crestăturii. Exemplu:KCU300/

5/ 2 ; KCU3 Încercarea pentru determinarea energiei de rupere prin şoc KV se realizează pe epruvete cu crestătură în forma literei V cu dimensiunile prezentate in figura următoare:

Epruveta pentru determinarea energiei de rupere prin şoc KV

Energia de rupere prin şoc KV este definită prin energia consumată la ruperea la încovoiere prin şoc a epruvetei. . Încercarea se realizează la temperaturi scăzute de la 0oC până la –60oC fiind o încercare mult mai severă decât rezilienţa, fiind utilizată la caracterizarea materialelor mai pretenţioase.Notarea completă cuprinde simbolul KV urmat de doi indici care reprezintă Wo energia de lovire a ciocanului pendul Charpy , bo lăţimea epruvetei KVWo bo . În cazul în care încercarea se realizează pe un ciocan pendul cu energie din şirul valorilor standardizate (Wo=100 J, 150 J, 300 J) şi lăţimea epruvetei este bo=10mm (valoare considerată nominală, celelalte valori se utilizează în cazul materialelor subţiri) rezilienţa se notează cu KV fără nici un indice. Exemplu:KV300/ 5 ; KV.

Schema de principiu a ciocanului pendul Charpy.



82

45o

55A

A

= =bo

ao

ho

r=0,25

bo=10: 7,5: 5 mmao=10 mmho=2 mm

Pendul

Epruvetă

Ho

Go

H1

Scală0

00000

Wo

W

W1

Wo=GoHo W1=GoH1

W=Wo-W1= Go(Ho-H1)

Wo


Analiza secţiunii de rupere a epruvetei permite determinarea şi a altor indici care permit aprecierea tenacităţii şi a caracterului ruperii.

- Contracţia transversală

În timpul încovoierii fibra întinsă din zona crestăturii se îngustează iar fibra exterioară comprimată se lăţeşte.

Aspectul secţiunii de rupereCu cât contracţia transversală este mai mare tenacitatea materialului este mai

mare, tenacitatea fiind proprietatea materialelor de a rezista la acţiunea forţelor exterioare care tind să-i distrugă integritatea şi de a se rupe numai după deformaţii plastice prealabile vizibile.

O analiză atentă a aspectului suprafeţei de rupere evidenţiază existenţa spre interior a unei suprafeţe mai rugoase cu fibre smulse , suprafaţă rezultată ca urmare a ruperii fragile fără deformare numită şi zona de cristalinitate. Prin măsurarea dimensiunilor acestei zone cu formă aproximativ dreptunghiulară rezultă suprafaţa de rupere fragilă, unde .

Înspre exterior aspectul suprafeţei este mai fin, mat, casură tip porţelan rezultat al ruperii după deformare . Această suprafaţă este denumită şi suprafaţă de rupere ductilă Sd. Evaluarea acestei suprafeţe se face prin diferenţa dintre suprafaţa iniţială So şi suprafaţa de rupere fragilă Sf. , adică .

Se definesc noţiunile de cristalinitate şi fibrozitate.Cristalinitatea Cr care se referă la caracterul fragil al ruperii este definită ca raportul

dintre secţiunea de rupere fragilă şi secţiunea iniţială, adică

Fibrozitatea Fb care se referă la caracterul tenace al ruperii este definită ca raportul

dintre secţiunea de rupere ductilă şi secţiunea iniţială, adică

Compararea valorilor calculate ale cristalinităţii şi fibrozităţii permite aprecierea caracterului predominant al ruperii prin relaţia Fb+Cr=100%



83

bo b1

SfSd

af

bf

ao

ho


Având în vedere că valorile energiei de rupere (sau ale rezilienţei) determinate prin încercarea la încovoiere prin şoc a unor epruvete dintr-un anumit material sunt în directă corelaţie cu comportarea la rupere a materialului se pot concluziona următoarele:

- dacă materialul prezintă o comportare fragilă la rupere (rupere cu aspect cristalin - strălucitor), valorile energiei de rupere (sau rezilienţei) sunt scăzute.

- dacă materialul prezintă o comportare ductilă la rupere (rupere cu aspect fibros), valorile energiei de rupere (sau rezilienţei) sunt ridicate (se consumă energie atât pentru realizarea suprafeţelor de rupere, cât şi pentru deformarea plastică apreciabilă a materialului înainte de rupere).

Ciocan Charpy Detaliu pendul-probă-bacuri (reazeme)

Duritatea materialelor metalice

Duritatea este proprietatea materialelor de a se opune pătrunderii în suprafaţa lor a unor corpuri dure care tind să le deformeze suprafaţa.Încercările de duritate constau în general în apăsarea pe suprafaţa probei de încercat a unui corp dur, un penetrator cu geometrie cunoscută cu o forţă determinată şi un timp determinat şi măsurarea unei dimensiuni caracteristice a amprentei.



84


În funcţie de modul de aplicare a forţei încercările pot fi: statice dacă forţa se aplică lent, cu viteză mică; dinamice dacă forţa de apăsare se aplică violent, cu viteză mare, prin lovire.

Principalele tipuri de încercare a durităţii şi unele criteriile de alegere a acestora sunt prezentate în tabelul următor:

Încercări staticeSimbo

lUM Penetrator Duritatea

materialelorBrinell HB daN/mm2 Bilă de oţel Mică şi medieVickers HV daN/mm2 Vârf de piramidă

din diamantMică, medie, mare

Rockwell HR uHR Bilă din CM sau con din diamant

Medie şi mare

Încercări dinamiceSimbo

lUM Penetrator Duritatea

materialelorPoldy HB daN/mm2 Bilă din oţel Mică şi medieShorre HS uHS Cap sferic din oţel Toate durităţile

Încercarea de duritate Brinell

Încercarea constă în apăsarea unei bile din oţel de rulment pe suprafaţa probei de încercat cu o forţă determinată şi un timp determinat şi măsurarea diametrului amprentei care este o calotă sferică.

Încercarea este reglementată prin standardul SR EN 10003-1 şi reprezintă metoda de determinare a durităţii materialelor metalice prin utilizarea unui penetrator de formă sferică (bilă) confecţionat din oţel sau din carburi metalice.

Aparatul pentru încercarea Brinell este dotat cu bile cu diametrul de 2,5; 5; 10mm şi permite selectarea unor forţe de apăsare în intervalul 187.5-3000 daN pentru sarcini mari şi respectiv bile cu diametrul de 1; 2; 2,5mm pentru sarcini mici sub 187,5 daN. Alegerea diametrului bilei se face în funcţie de mărimea durităţii şi grosimea materialului. Pentru durităţi mari şi grosimi mici este indicată utilizarea unor bile cu diametre mici.

Schema şi condiţiile încercării sunt prezentate în figura următoare:



85


Forţa de apăsare se determină din considerente de similitudine în funcţie de diametrul D şi constanta de similitudine a materialului K.

Orientativ constanta de similitudine poate avea următoarele valori :

- pentru oţel şi fontă 30 - pentru cupru şi aliaje de cupru 15-10 - pentru aluminiu şi aliajele sale 5 - pentru metale şi aliaje moi 2,5-1

Timpul de apăsare se alege de asemenea în funcţie de material. La materialele mai moi timpii de apăsare sunt mai mari deoarece acestea au o deformare mai mare şi deci necesită un timp mai mare pentru o cedare completă.

- pentru oţel şi fontă 10-15 sec - pentru cupru şi aliaje de cupru 27-33 sec - pentru aluminiu şi aliajele sale 27-33 sec - pentru metale şi aliaje moi 60-120 sec

Duritatea Brinell se exprimă prin raportul dintre forţa de apăsare şi suprafaţa amprentei care este o calotă sferică şi se calculează cu relaţia:



86


Simbolizarea durităţii Brinell este HBD/F/t în care indicii se referă la D - diametrul penetratorului, F - forţa de apăsare, t - timpul de apăsare. Pentru ca încercarea să fie corectă este necesară alegerea corectă a parametrilor şi o pregătire a suprafeţei prin aşchiere sau polizare pentru asigurarea unei măsurări precise. Măsurarea amprentei se realizează cu lupa Brinell cu precizia de măsurare de 0,01mm. Principiul de măsurare este similar cu al şublerului. În cadrul lucrării de laborator se vor efectua câteva încercări de duritate pe materiale diferite : oţel, alamă şi duraluminiu. Pentru aceste materiale se vor alege şi calcula parametrii regimului de încercare, se va echipa şi regla aparatul pentru încercările de duritate, se vor efectua încercările, se vor măsura amprentele, se vor calcula valorile durităţilor. Durităţile se vor nota ţinând cont de exemplul de notare menţionat anterior.

Ex. Oţel D=5, K=30, t=15sec. F=750daN , de unde HB5/750/15= Alamă D=10, K=10 , t=30sec. F=1000daN, de unde HB10/1000/30= Duraluminiu D=10, K=5, t=30sec. F=500daN, de unde HB10/500/30=

Încercarea de duritate Poldy:

Metoda se aplică pentru măsurarea durităţii pieselor mari, deoarece prezintă avantajul utilizării unui aparat simplu, uşor, portabil ceeace elimină necesitatea prelevării unui eşantion din piesă. Este varianta dinamică a încercării Brinell aplicându-se pa materiale cu duritate mică şi medie ca: oţeluri, fonte, aliaje neferoase în stare turnată, forjată, netratată sau tratată termic. Metoda este comparativă şi constă în apăsarea prin lovire cu o forţă dinamică F a unei bile de oţel de rulment cu diametrul D= 10mm , simultan pe piesa de încercat şi pe o bară etalon cu duritate cunoscută HBe. Se obţin astfel două amprente cărora li se măsoară diametrul de pe etalon şi dp pe piesă. Schema încercării este prezentată în figura următoare:



87

Etalon HBe

Piesă HBp

D

F

de

dp


Schema încercării de duritate Poldy.

Cunoscând duritatea etalonului, duritatea piesei HBp se poate determina

pornind de la legea similitudinii

sau prin aproximaţie şi simplificare

Precizia determinării durităţii este mai mare cu cât durităţile etalonului şi piesei sunt mai apropiate. De aceea în practică atunci când se doreşte controlul unui lot de piese se confecţionează un etalon cu duritatea egală cu duritatea nominală a lotului. Prin încercarea de duritate Poldy se apreciază abaterea durităţii pieselor de la valoarea nominală şi dacă acestea se încadrează în limitele de toleranţă. În cadrul lucrării de laborator se va determina duritatea unei piese din oţel comparativ cu un etalon existent în dotarea laboratorului de încercări utilizându-se un dispozitiv cunoscut sub denumirea de ciocanul Poldy. Suprafaţa de încercat a piesei se va curăţa prin polizare sau prin aşchiere. Lovirea se va efectua cu un ciocan de 500g iar măsurarea cu lupa Brinell. Duritatea Poldy calculată se va compara cu valoarea durităţii determinată prin metoda Brinell.

Încercarea de duritate Vickers:

Încercarea Vickers este o metodă universală de determinare a durităţii, reglementată prin STAS 492/1 (aflat în concordanţă cu standardele internaţionale ISO 409/1 şi ISO 6507/1), aplicabilă tuturor categoriilor de materiale de la foarte moi până la foarte dure, de la groase până la foarte subţiri, inclusiv straturi pe suprafeţe, elemente de structură faze şi constituenţi etc.Încercarea constă în apăsarea unui penetrator piramidal drept confecţionat din diamant, având unghiul diedru al feţelor opuse de 136º şi unghiul dintre muchiile opuse de 148º, cu o forţă determinată şi un timp determinat şi măsurarea diagonalelor amprentei. Schema şi unele condiţii ale încercării sunt prezentate în figura de mai jos.Duritatea Vickers HV se exprimă prin raportul dintre forţa de apăsare F şi suprafaţa amprentei A care este un vârf de piramidă drept cu baza pătrat şi se calculează cu relaţia:



88


.

Forţa de apăsare se alege în funcţie de mărimea durităţii şi grosimea materialelor, sarcini mai mici pentru materiale mai subţiri şi durităţi mai mici. Aparatele pentru încercarea Vickers permit selectarea unor forţe de apăsare de 20, 30, 50, 100 Kgf respectiv 196,1 ; 294,2 ; 490,3 ; 980,7 N în cazul încercării cu sarcini mari.

Schema încercării Vickers

Există şi aparate Vickers cu sarcini mici 5, 10 Kgf respectiv 49,3 ; 98,6 N şi aparate cu microsarcini între 0,001 şi 0,200Kgf respectiv 0,0098 şi 1,96N. Aparatele cu microsarcini permit vizualizarea suprafeţei, alegerea zonei de încercare, aplicarea amprentei şi măsurarea acesteia sub microscop cu o mărire de 100 ori. Timpul de apăsare se alege în funcţie de material. La materialele mai moi timpii de apăsare sunt mai mari deoarece acestea au o deformare mai mare şi deci necesită un timp mai mare pentru o cedare completă.- pentru materiale cu duritate mare, oţeluri şi fonte cu sau fără tratamente termice aplicate 10-15 sec- pentru materiale cu duritate medie cupru şi aliaje de cupru, aluminiu şi aliajele sale 27-33 sec- pentru metale şi aliaje moi 60-120 sec Suprafaţa de încercat a probei trebuie lustruită ca la probele metalografice şi chiar atacate pentru evidenţierea structurii atunci când este cazul. Aceasta asigură alături de mărirea la microscop a imaginii o precizie ridicată a măsurării şi deci a determinării durităţii.



89

F

d1

d2

min

.1,5

d

min.2,5d min.2,5d

136o


Notarea durităţii se va face cu simbolul HVF/t urmată de doi indici care reprezintă valorile forţei şi a timpului de apăsare.

Condiţiile normale (standard) de determinare a durităţii Vickers corespund aplicării unei forţe F = 30 kgf (294 N), o durată de timp de 10...15 s;

Aparate de microduritate /duritate Vickers



90


Încercarea de duritate Rockwell.

Spre deosebire de celelalte metode prezentate anterior la care duritatea este determinată ca raport între forţa aplicată şi suprafaţa amprentei în cadrul încercării Rockwell duritatea se determină pe baza adâncimii amprentei în raport cu un plan de măsurare ales convenţional.Este reglementată prin STAS 493 ( aflat în conformitate cu standardul internaţional ISO 6508), şi reprezintă metodă de determinare a durităţii materialelor metalice prin utilizarea unui penetrator de formă conică confecţionat din diamant, având unghiul la vârf de 120º , o sferă (bilă) din oţel cu diametrul de 1,5875 mm, sau o sferă (bilă) din oţel cu diametrul de 3,175 mm.

Încercarea se aplică în cazul pieselor cu duritate medie utilizând ca penetrator o bilă din carburi metalice cu diametrul d=1,5875mm şi cu duritate mare utilizând ca penetrator un con de diamant cu unghiul la vârf de 120o . Fiind vorba de materiale cu durităţi medii şi mari, timpul de apăsare a suprasarcinii este în toate cazurile 10, 15 sec. Pentru ca rezultatul măsurătorii să nu fie viciat de deformaţia în ansamblu a piesei, grosimea acesteia trebuie să fie mai mare de 8 ori adâncimea amprentei.

Încercarea se execută în trei faze prezentate în figura următoare:

Fazele încercării Rockwell



91

Fo Fo+F1 Fo

t1 t2 t3

Faza I Faza II Faza III

Ee

HR

Ceas comparator

Penetrator

Piesă

Suprafaţa de

referinţă


În faza I piesa de încercat se aduce în contact cu penetratorul. Pentru asigurarea unui contact în condiţii identice la toate încercările penetratorul se apasă pe piesă cu o sarcină iniţială Fo . Sub acţiunea acestei sarcini penetratorul pătrunde puţin în material la adâncimea t1, depăşind nivelul micro asperităţilor. De subliniat este şi faptul că suprafaţa piesei trebuie rectificată fin în zona de încercat pentru a asigura precizie măsurării. Vârful penetratorului materializează suprafaţa de referinţă. În faza II asupra penetratorului se mai aplică o suprasarcină F1 sub acţiunea căreia penetratorul pătrunde mai adânc în piesă producând o deformaţie plastică şi elastică a materialului t2=tplastic+telastic. Acul ceasului comparator se roteşte în sens invers acelor de ceas indicând mărimea pătrunderii. În faza III se îndepărtează suprasarcina F1, penetratorul rămânând în continuare apăsat de sarcina iniţială Fo. În aceste condiţii penetratorul se ridică puţin rămânând în piesă la adâncimea t3 corespunzătoare deformaţiilor plastice produse în material de suprasarcina F1. Acul ceasului comparator indică această ridicare printr-o rotire a acului în sensul acelor de ceas. Diferenţa între poziţia penetratorului în faza I şi faza III notată cu e caracterizează duritatea piesei. Duritatea Rockwell se exprimă sub forma HR=E-e, în care E este o constantă. În practică valoarea durităţii HR se citeşte direct la ceasul comparator care este etalonat în unităţi Rockwell având scale specifice celor două variante cu penetrator con de diamant şi respectiv cu penetrator bilă din carburi metalice.Există şi se utilizează mai multe scări de duritate Rockwell . Cele mai utilizate şi în acelaşi timp reprezentative sunt prezentate în tabelul de mai jos în care se indică şi principalii parametri pentru aceste variante de încercare.Scara

durităţii

Rockwell

Penetrator Sarcin

a Fo

Kgf

daN

Suprasarcin

a Fo+F1

Kgf

daN

Constanta

E

mm

Unitatea

Rockwell

HR

mm

Domenil de

aplicare

HRC Con de

diamant

120o

10

98,7

150

1471

0,2 0,002 30-60HRC

materiale cu

duritate mare

HRB Bilă din

carburi

metalice

d=1,8544

10

98,7

100

987

0,2 0,002 54-100HRB

materiale cu

duritate medie

HRT Bilă din 3 15 0,1 0.001 Duritate



92


carburi

metalice

d=1,8544

29,42 30

45

superficială medie,

probe cu g=0,25-

0,70mm

HRN Con de

diamant

120o

3

29,42

15

30

45

0,1 0.001 Duritate

superficială mare,

probe cu g=0,15-

0,70mm

Duritatea Rockwell pe scările HRN şi HRT se mai numeşte şi duritate superficială sau Super Rockwell şi este destinată punerii în evidenţă a durităţii straturilor superficiale sau a pieselor subţiri. În cadrul şedinţei de laborator se va analiza modul de construcţie şi funcţionare a aparatelor de duritate evidenţiindu-se cele trei faze ale încercării. De asemenea se vor efectua încercări pe diferite materiale alegându-se variantele de încercare în funcţie de caracteristicile acestora înregistrându-se valorile durităţilor. Notarea durităţilor se realizează precizând valoarea citirii la ceasul comparator după faza III şi scara încercării Exemplu: 62HRC, 89HRB.

Încercarea de duritate Shorre.

Determinarea durităţii se realizează pe baza reculului elastic al unui corp dur cu cap sferic care loveşte suprafaţa piesei de încercat prin cădere liberă de la o înălţime stabilită. Încercarea se recomandă pentru determinarea durităţii pieselor pe suprafaţa cărora nu se acceptă formarea unor amprente, a pieselor dure şi fragile care la apăsarea cu penetratoare se sparg, a pieselor foarte fierbinţi caz în care contactul îndelungat al penetratorului cu piesa poate deteriora penetratorul etc. Măsurarea durităţii se realizează în unităţi Shorre HS care au în vedere mărimea reculului elastic în mm. Se vor face încercări comparative pe materiale diferite cu durităţi cunoscute.

Încercări tehnologice

Cele mai uzuale încercări tehnologice sunt

•Încercarea la îndoire •Încercarea la aplatizare



93


•Încercarea la lărgire •Încercarea la lărgire a inelelor •Încercarea de rupere

şi au drept scop evaluarea calitativă a comportamentului probelor prelevate din diferite materiale metalice sub acţiunea unor sarcini exterioare aplicate static (creşterea efortului de solicitare se face lent şi continuu de la zero la valoarea maximă). Încercarea la îndoire Încercarea la îndoire se execută în scopul determinării capacităţii de deformare la rece şi a verificării calităţii produselor în ceea ce priveşte absenţa defectelor de suprafaţă.Încercarea la îndoire se derulează cu respectarea SR EN ISO 7438 şi constă în deformarea prin încovoiere într-un sens a unei epruvete cu secţiune dreptunghiulară, rotundă sau poligonală în vederea aprecierii aspectului acesteia în partea întinsă a zonei îndoite. Îndoirea se poate face într-o matriţă cu profilul corespunzător unghiului de îndoire, cu un dorn cilindric şi două role sau între două suprafeţe plane.

1 – starea iniţială a epruvetei; 2 – starea deformată a epruvetei; 3 – matriţă; 4 – sculă de încovoiere.

1 – starea iniţială a epruvetei; 2 – starea deformată a epruvetei; 3 – role; 4 – dorn cilindric



94


1 – starea iniţială a epruvetei; 2 – starea deformată a epruvetei; 3 – mandrine; 4 – cală.

Îndoirea epruvetelor între două suprafeţe plane se execută prin apăsarea directă asupra capetelor epruvetei, care în prealabil a fost îndoită la cel puţin 120˚. Unghiul de îndoire la care apar fisuri pe suprafaţa îndoită a epruvetei este unghiul de îndoire limită.În urma încercărilor la îndoire în matriţă şi cu dorn cilindric şi role se apreciază deformabilitatea tablelor pe baza aspectului suprafeţelor îndoite.

Aspectul suprafeţei îndoite depinde de direcţia de îndoire în raport cu direcţia de laminare a tablei. Astfel dacă îndoirea se realizează perpendicular pe direcţia de laminare fisurile apar la un unghi de îndoire mai mic decât în cazul în care îndoirea se realizează pe direcţia de laminare a tablei.Încercarea la îndoire alternantă constă din îndoirea repetată a unei epruvete într-un singur plan, la un unghi de 90˚ într-un sens şi apoi la 90˚ în sens opus, în vederea determinării numărului de îndoiri până la rupere. Se practică în cazul tablelor de grosime sub 3 mm.

Măsurări de eforturi sub acţiunea sarcinilor de încărcare( măsurători tensometrice).



95


Metodă de determinare prin intermediul unor traductoare speciale, a eforturilor unitare dintr-un material, componentă a unui echipament sau echipament, aflate sub acţiunea unor tensiuni (eforturi, forţe), generate de mediul / parametrii de lucru.

Traductoarele pot fi:- pentru forţe, cu elemente sensibile termorezistente - pentru forţe, cu elemente sensibile piezoelectrice - pentru presiune, cu elemente sensibile elastice

Traductoare pentru forte cu elemente sensibile tensorezistente

Sunt elemente tensorezistive care sunt cnoscute sub numele de mărci tensometrice si constau dintr-o structură metalica rezistiva sau semiconductoare care isi schimbă valoarea rezistenţei sub actiunea unei forţe aplicate, fiind de dimensiuni foarte mici. Acest tip de mărci tensometrice, (elemente sensibile tensorezistente), permit determinarea “punctuala” a eforturilor unitare, şi sunt genul de traductoare cu cea mai mare arie de utilizare la echipamentele sub presiune, (cu precădere la cele care operează la valori mari de presiune şi temperaturi din domeniul de fluaj). În timpul procesului tehnologic, sub acţiunea forţelor aplicate ca rezultat al acestuia, în cadrul unor asemenea tipuri de traductoaere, (mărci tensometrice), au loc următorele lanţuri de transformări:

F CE l MT R A Ue, sau Ie Forţa aplicată materialului metalic din care este fabricată o componentă a unui echipament sub presiune, F, acest material având comportament elastic, CE, ( a se observa prima zonă din curba caracteristică tensiune-deformaţie specifică a materialului respectiv, CCCT), produce o deformaţie liniară a acestuia, l, care are drept efect asupra mărcii tensometrice, MT, o variaţie a valorii rezistenţei, (fiind vorba despre mărci tensometrice tenso rezistive), R, variaţie care e preluată prin intermediul unor circuite de intrare tipice un adaptor, A, şi transformată in semnal calibrat de iesire de tip tensiune, Ue, sau intensitate, Ie, a curentului. Cele mai utilizate tipuri de mărci tensometrice de tip tensorezistiv sunt:– cu fir metalic, care se obţin prin bobinarea in plan a unui fir metalic, rezistiv, pe un suport izolant, fie o hârtie specială , fie material plastic, iar rigidizarea bobinajului se realizează cu o răşină sintetică adecvata. Firul metalic rezistiv poate avea diametre în domeniul D 0,02... 0,05 mm, valoarea rezistenţei nominale este în domeniul R0 = 50... 100W, iar ca materiale se folosesc cele din gama aliajelor de tip Cr – Ni, sau Cr – Ni – W, deci materiale cu o valoare a rezistivităţii δ, mare. R0 = δxl / s

– cu folie corodată, care se obţin prin depunerea electro-chimică a materialului metalic rezistiv pe un suport izolant, urmată de indepărtarea anumitor porţiuni ale acestuia prin procedee similare realizării cablajelor imprimate din electronică, în final rezultând performanţe şi caracteristici similare mărcilor cu fir matalic;



96


– cu semiconductoare, - care se obţin prin intermediul unor monocristale de Si de tip n sau p, dispuse pe aceleasi suporturi izolante, iar spre deosebire de mărcile tensometrice au avantajul dimensional, fiind mai mici, dar şi dezavantajul unor caracteristici electrice neliniare, deci imprecizii la măsurare. La toate aceste categorii de traductoare tensorezistive relaţiile de funcţionare se bazează pe caracteristicile fizico mecanice ale materialului metalic, şi sunt:F = A , în care A este suprafaţa la care se aplică forţa F, este efortul unitar, definit în legea lui Hooke prin relaţia = E, (E = modulul de elasticitate, iar =deformaţia specifică medie liniară)

Ţinând seama că traductorul tensorezistiv, (marca tensometrică), trebuie şi se monteaza pe direcţia de acţiune vectorială a forţei, rezultă că =l / l, şi reprezintă chiar deformaţia specifică longitudinală.

Traductoare pentru forte cu elemente sensibile piezoelectrice

Funcţionarea acestui tip de traductoare se bazeaza pe proprietatea unor cristale cu structură anizotropă, (cuarţ, titanat de bariu, ş.a.), de a se polariza (fenomen de apariţie a unei sarcini electrice) sub acţiunea unei forte dinamice.

Traductoare de presiune cu elemente sensibile elastice

Funcţionarea acestui tip de traductoare se bazeaza pe deformarea elementului sensibil elastic sub acţiunea presiunii de măsurat, efectul fiid apariţia unei forţe reactive de semn contrar din partea elementului sensibil elastic, iar la echilibru, deformaţia (deplasarea) elastică a capătului liber a elementului sensibil conduce la determinarea valorii presiunii aplicate.



97

seminar stiintific materiale

Documents