sim curs 11.pdf

Upload: madalina-balan

Post on 14-Jan-2016

60 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

  • 1

    CURS 11 Cuprins 2.11. Plumbul, staniul i aliajele lor

    2.11.1. Plumbul i staniu 2.11.2. Aliaje pe baz de plumb i staniu

    2.11.2.1. Aliaje de lipit 2.11.2.2. Aliaje antifriciune 2.11.2.3. Aliaje tipografice 2.11.2.4. Aliaje pentru acumulatoare, armturi i cabluri

    electrotehnice 2.11.2.5. Aliaje uor fuzibile

    2.12. Nichelul i aliaje de nichel 2.12.1. Nichelul 2.12.2. Aliaje cu baz de nichel

    2.12.2.1. Aliaje Ni Cu 2.12.2.2. Aliaje Ni-Fe 2.12.2.3. Aliaje Ni-Cr i Ni-Cr-Fe 2.12.2.4. Aliaje complexe pe baz de Ni durificabile structural 2.12.2.5. Aliaje complexe pe baz de Ni utilizate n tehnica

    dentar 2.13. Cromul i aliajele pe baz de crom

  • 2

    2.11. Plumbul, staniul i aliajele lor

    2.11.1. Plumbul i staniu Plumbul i staniu fac parte din grupa materialelor neferoase, caracterizate printr-o

    temperatur de topire sczut, duritate mic i o bun sensibilitate la coroziune. Ambele metale sunt situate n grupa a IV-a a sistemului periodic, cu numerele atomice 50 i 82, avnd greutile atomice de 118,70 respectiv 207,27.

    Staniu prezint dou modificri alotropice: - staniul alb, stabil la temperaturi mai mari de 13,2 C i - staniu cenuiu, stabil sub temperatura de 13,2 C. Trecerea staniului n staniu se accelereaz cu mrirea puritii acestuia, deoarece elementele nsoitoare (Bi, Sb, Pb, Cd, etc.) au o aciune invers.

    Caracteristicile fizice, mecanice i tehnologice sunt prezentate n tabelul 2.48.

    Tab.2.24. Caracteristicile fizice, mecanice i tehnologice ale plumbului i staniului. Staniu Caracteristici UM Starea Plumb

    Greutatea spec. (la 20 C) Kg/dm3 - 5,85 7,2984 11,3915 Ttop. sau Ttransf. C - 13,2 231,9 327,4

    Contracia la solidif. sau la transformare % - -27 2,7 3,5

    Tfierb. la pres. atm. C - - 2270 1744 Tfierb. n vid C - - 1440 982

    Cld. spec. la 0 C Cal/gC - - 0,0541 0,0305 Coef. de dilat. lin. 10-6/C - - 23 29,5

    Cond. term. la 20 C Cal/cm sC - - 0,157 0,083

    Rm MPa T D R

    - 19-21

    17 12

    11-13 15

    11,2 Rc MPa T - 12 5

    Ar % T D R

    - 35-60

    37 80-90

    30-40 -

    60-70

    Duritatea HB MPa T D R

    - 49-52

    54 52

    32-45 30-48

    -

    Tturnare C - - 350-400 445-480 Contracia la turnare % - - 2,8 3,5

    Trecistalizare C - - 10-25 15-20 Not: T turnat; D deformat; R recopt;

    Staniul este un material foarte sensibil n condiii obinuite (cu toate c este atacat de

    bazele i acizii tari), deoarece nu reacioneaz cu apa dulce, de mare, acizi organici, produse alimentare, se oxideaz lent chiar n prezena umiditii i se dizolv greu n acizii diluai.

  • 3

    Oxidarea metalului nu se intensific la temperaturi mai mari de 150 C, cnd formeaz la suprafa un strat protector de oxid, compact i rezistent.

    Plumbul i staniul au o larg ntrebuinare n tehnic, mai ales sub form de aliaje uor fuzibile, aliaje antifriciune i aliaje de lipit. Aceste dou metale sunt componenii principali de aliere a cuprului, att pentru obinerea alamelor speciale, ct i a bronzurilor cu staniu sau plumb.

    Proprietile chimice ale plumbului prezint unele contraste. Astfel, el rezist mai bine dect Fe, Zn sau Sn, la aciunea acizilor sulfuric i clorhidric concentrai, dar se dizolv n acid acetic diluat, precum i n ali acizi organici, care nu au aproape nici un efect asupra metalelor enumerate mai sus. De asemenea, este stabil n apele reziduale, dar aerul umed l distruge. Ca i n cazul staniului, stabilitatea sa la coroziune este influenat direct de puritate.

    O parte important din consumul total de staniu se utilizeaz pentru cositorirea tabelelor, fabricarea foielor de staniu i a tuburilor n industria chimic i n scopul cositoririi electronice. n afar de acesta, staniu este un elementul principal al aliajelor decorative, iar plumbul reprezint elementul de baz pentru aliajele tip babbit. Plumbul se consum, n cantiti mari, la fabricarea alicelor i gloanelor.

    2.11.2. Aliaje pe baz de plumb i staniu 2.11.2.1. Aliaje de lipit. Sistemul Sn-Pb (2.132.) prezint o diagram de echilibru cu

    solubilitate limitat, care formeaz un eutectic (61,9% Sn + 38,1% Pb cu temperatura de topire 183 C) i dou soluii solide: - 19,2% Sn la temperatura de 183 C i 1,9% Sn la temperatura mediului ambiant; - 2,5% Pb la temperatura eutecticului i 0,4% Pb la temperatura mediului ambiant. Aliajele cu structur monofazic sunt moi i posed un interval de solidificare ridicat i din acest motiv sunt utilizate la lipirea materialelor care nu sunt supuse la solidificri mari. Aliajele cu structura au proprietatea de a lipi n bune condiiuni majoritatea oelurilor i aliajelor de cupru. Au temperatura sczut de topire, o bun stabilitate la coroziune i datorit coninutului sczut n Pb nu sunt toxice, motiv pentru care sunt utilizate n industria alimentar i n aparatura medical.

    Cadmiul micoreaz temperatura de topire a aliajelor Sn-Pb, deoarece poate s apr n sistem eutecticul ternar, cu compoziia 50% Sn, 32% Pb i 10% Cd, avnd temperatura de topire de 145 C. Totodat, acest element mbuntete caracteristicile mecanice, tensiunea superficial i nlocuiete staniul. Conform cercetrilor experimentale, un procent de cadmiu confer materialului aceleai proprieti ca 3 5% Sn.

    Fig.2.132. Diagrama de echilibru a sistemului de aliaje Sn-Pb.

  • 4

    Un grup de aliaje mai diferit este cel pe baza sistemului Pb-Sn-Bi, utilizat pentru mbinarea sticlei cu alam, la seringile medicale. n ultimul timp sunt utilizate aliajele pe baza sistemului Sn-Pb-In, ultimul pn la 25%, mbuntindu-se rezistena la coroziune n ageni bifazici. Dac procentul de In se mrete la 40%, aderena pe sticl devine perfect. Dintre aliajele de lipit pe baz de Sn i Pb, cele mai importante sunt prezentate n tabelul 2.25.

    Tab.2.25. Aliaje de lipit pe baz de Sn i Pb.

    Marca Compoziia chimic n % Proprieti Utilizri

    LUMINIUM 55 Sn; 1 Pb; 33 Zn; 10 Al; 1 Cu - Lipire Al i aliaje, Zn, Cu, unele bronzuri i

    alame

    BURGESS 72 Sn; 0,5 Pb; 24,5 Zn; 3 Al - Idem

    CROWN 63 Sn; 4 Pb; 18 Zn; 13 Al; 2 Cu - Al, Cu i aliaje

    STERLING 61 Sn; 9 Pb; 16 Zn; 11 Al; 3 Cu - Zn, Al, Cu i aliaje

    GRIMN 55 Sn; 25 Pb; 20 Zn - Lipire Al cu Cu

    - 5961 Sn; 0,20,8 Sb; rest Pb Ttop=183 C Lipire n electronic i electrotehnic

    -

    6070 Sn; 3040 Zn cu adaosuri 320 Al; 220

    Cd; 520 Pb; 210 Cu; 0,31 Mg

    - Al i aliaje

    - 92 Pb; 2,5 Ag; 3,5 Sn - Lipituri n electronic,

    electrotehnic i radiotehnic

    - 6272 Sn; 58 Pb; 58 Al;

    1822 Zn; 0,53 Cu; 0,22 Cd

    - Lipire conductori

    - 3841 Pb; 4,56 Sb; 913 Bi; 3942 Sn; 1,52,5 Cu Tsolid=180 200 C Lipire aliaje de Cu i Al

    ULTRALLOY 48,5 Sn; 48,5 Zn; 2 Cu; 0,6 Si; 0,03 Ag - Al i aliaje

    INDALLOY I 50 In; 50 Sn Ttop=117 C

    Lipire metal-sticl, metal-ceramic, electrotehnic i

    electronic AJAX

    HONEST SOLDER

    50 Sn; 50 Pb - Lipire n

    electrotehnic i electronic

    INDALLOY 7 50 In; 50 Pb Ttop=217 C

    Lipire metal-ceramic sau sticl, n

    electrotehnic i electronic

    2.11.2.2. Aliaje antifriciune. Aliajele antifriciune pe baz de Sn i Pb sunt

    considerate printre cele mai bune materiale pentru lagre, fiind caracterizate prin: temperatur sczut de topire i proprieti bune de turnare, rezisten ridicat la frecare i compresiune la

  • 5

    presiuni mari i viteze mari, stabilitate nalt la coroziune n diferite substane folosite pentru ungere, conductibilitate termic suficient, aderen corespunztoare la pereii lagrului, rezisten mare la uzur, precum i o uoar prelucrare prin achiere. De asemenea, posed o mare plasticitate i o duritate suficient pentru a asigura valori mici coeficienilor de frecare, avnd o structur heterogen, alctuit dintr-o baz moale (metal pur, soluie solid sau eutectic) n care se gsesc distribuii compui intermetalici duri.

    Dezavantajul cel mai important al acestor materiale l reprezint proprietile mecanice foarte sczute, ceea ce implic folosirea unui suport din font, oel, alam sau bronz, pentru turnarea compoziiilor de lagr.

    Aliajele antifriciune pot fi mprite, convenional, n trei grupe: - aliaj pe baz de staniu; - aliaj pe baz de plumb; - aliaje pe baz de staniu i plumb.

    Compoziia chimic, proprietile mecanice i fizice ale aliajelor antifriciune sunt prezentate n tabelele 2.26. i 2.27. Domeniile de utilizare, recomandate pentru aceste aliaje sunt date n tabelul 2.28.

    Tab.2.26. Aliaje antifriciune. Compoziie chimic.

    Compoziia chimic, % Marca aliaj Sn Sb Cu Pb Al Mg Alte elem. Imp. max

    Y-Sn89 88 90 7 8 3 4 - - - - 0,20 Y-Sn83 82 84 10 12 5,5 6,5 - - - - 0,25 Y-Sn80 79 81 11 13 5 7 1 3 - - - 0,25

    Y-PbSn10 95 12 14,5 16,5 0,5 1,5 Rest - - - 0,25 Y-PbSn6Sb6 5,5 6,5 5,5 6,5 - Rest - - - 0,30

    Y-PbSn6Cd 5,5 6,5 16 18 - Rest - -

    0,7 0,8 As; 0,8

    0,9 Cd; 0,8 1,1 Ni

    0,25

    Y-PbSn5 4,0 5,5 9 12 0,3 0,6 Rest - - - 0,25

    Tab.2.27. Principalele caracteristici ale aliajelor antifriciune.

    Marca aliajului HB [MPa] Rcompr. [MPa]

    Tturn. [C]

    Masa specific [kg/m3]

    Y-Sn89 - - 424 7390 Y-Sn83 250 320 - 500 550 7500 7700 Y-Sn80 240 320 - 400 500 7600 7800

    Y-PbSn10 230 320 135 400 450 9600 9800 Y-PbSn6Sb6 160 180 - 400 450 - Y-PbSn6Cd 220 310 125 400 450 9700 9900

    Y-PbSn5 - - 400 450 - Y-Pb98 300 390 165 500 600 10500 Y-AlSb5 250 280 630 670 >800 2800

  • 6

    Tab.2.28. Domenii de utilizare ale aliajelor antifriciune. Marca aliajului Domenii de utilizare recomandate

    Y-Sn89 Turnare n lagre

    Y-Sn83 Cuzineii la turbine cu abur, la turbocompresare, motoare Diesel cu vitez mare i la unele tipuri de locomotive de mare vitez

    Y-Sn80 Maini cu abur staionare i marine, electromotoare i generatoare

    Y-PbSn10 Cuzinei la biele i osii la unele tipuri de locomotive de mare vitez, vagoane pentru trafic internaional i intern

    Y-PbSn6Sb6 Cuzinei subiri la autocamioane Y-PbSn6Cd Maini cu turaia pn la 500 rot/min.

    Y-PbSn5 Cuzinei la vagoane de marf i de cltori

    Y-Pb98 Cuzinei la vagonete, vagoane i locomotive de marf i pentru axe de la 300 la 400 rot/min.

    Y-AlSb5 Cuzinei pentru motoare Diesel, motoare de autovehicule i tractoare Prezena stibiului n aliajele de staniu i plumb contribuie la durificarea lor,

    conferindu-le proprieti de antifriciune. Diagrama SnSb (2.133.) este cu miscibilitate parial n stare solid i trei

    transformri peritectice la 425 C, 325 C i 246 C. Se formeaz faza intermetalic SnSb (faza ), avnd domeniul de existen ntre 42-57%. Faza format prin reacia peritectic la 425 C:

    Sb %65Sb %90 SnSbC425

    )Sb(Sb %50L +o

    sufer la temperatura de 320 C un proces de ordonare:

    Fig.2.133. Diagrama de echilibru a sistemului Sn-Sb.

    Structura fazei , stabil la temperaturi joase, sub 320 C, este cubic, prezena

    acestei faze producnd durificarea structural a aliajelor cu baz de staniu.

    C320o

  • 7

    Solubilitatea stibiului n staniu este de maximum 10,5% la 246 C, ajungnd la 2,2%

    Sb la temperatura mediului ambiant. Datorit acestui fapt aliajele din acest sistem conin ntre 318% Sb, pentru a se evita o cretere excesiv a duritii i fragilitii lor.

    Adaosurile de cupru n aliajele de Sn-Sb contribuie la mbuntirea proprietilor de antifriciune prin formarea de noi faze intermetalice (Cu3Sn, Cu2Sb), eliminnd aproape integral separarea compusului SnSb, prin licuaie i contribuind la o distribuie mai fin i uniform a acestuia. Aliajele Sn-Sb-Cu sunt cele mai bune materiale antifriciune i se utilizeaz pentru executarea lagrelor mainilor unelte, a motoarelor de avioane, turbinelor, locomotivelor precum i pentru lagrele mainilor utilizate n metalurgie, minerit i prepararea minereurilor.

    Materialele antifriciune pe baz de plumb se mpart n dou mari grupe: aliaje Pb-Sb, Pb-Sb-Sn, Pb-Sb-Sn-Cu i aliajele plumbului cu metalele alcaline i alcalino-pmntoase.

    Aliajele Pb-Sb au o compoziie apropiat de a eutecticului (fig.2.134.), cu mici adaosuri de cupru. n aceste materiale metalice cristalele de stibiu () i particulele compusului intermetalic Cu2Sb constituie componenii duri, iar eutecticul, care conine n compoziia sa 87% Pb i 13% Sb, ndeplinete rolul de mas moale.

    Fig.2.134. Diagrama de echilibru a sistemului Pb-Sb.

    Aceste aliaje se folosesc rar n tehnic din cauza tendinei mari de segregare,

    rezistenei reduse la temperaturi ridicate i proprietilor mecanice sczute. Cea mai mare duritate a plumbului ns se poate realiza prin alierea cu metale alcaline

    i alcalino-pmntoase: litiu, calciul, bariu i magneziu. Creterea duritii se datoreaz formrii unor compui intermetalici de tipul Pb3Ca, PbCa, Pb3Na, PbNa2, PbLi, Pb3Ba, PbMg2 etc. care n stare dispers durific masa metalic.

    Aceste materiale posed bune proprieti anticorosive, cu condiia meninerii n limite bine stabilite a coninuturilor de sodiu, bariu i n special magneziu, sunt mai puin fragile dect celelalte aliaje antifriciune pe baz de plumb, fiind recomandate pentru confecionarea lagrelor, bucelor i cuzineilor de alunecare ale motoarelor, vagoanelor, locomotivelor, mainilor, cu condiia ca temperatura n timpul funcionrii s nu depeasc 150 C.

    Pentru a reduce costul de producie al aliajelor antifriciune, o parte a staniului se nlocuiete cu plumb, care nu formeaz compui intermetalici cu stibiu i cuprul, principalii componeni ai materialului metalic. Conform diagramei de echilibru (fig.2.135.), n sistemul Pb-Sn-Sb apare eutecticul ternar cu temperatura de topire de 239 C, avnd urmtoarea compoziie: 4% Sn, 12% Sb, rest Pb. Ca urmare, aliajele pe baza acestui sistem au o structur alctuit din cristale primare de faz (SnSb) i eutectic.

  • 8

    Fig.2.135. Diagrama de echilibru a sistemului Pb-Sn-Sb.

    Adaosurile de cadmiu, nichel i arsen formeaz n aliaj noi combinaii intermetalice

    dure, care permit micorarea coninutului de stibiu, mbuntind n acelai timp proprietile de antifriciune. O aciune similar are i cuprul, care n plus reduce tendina de segregare a fazei SnSb n timpul solidificrii. Prezena telurului n cantiti mici durific vizibil masa aliajului i are capacitatea cea mai mare de a reduce rezistena lui.

    Aceste materiale, n special cele cu adaosuri de telur, cadmiu, nichel i arsen, sunt nlocuitoare excelente ale aliajelor antifriciune bogate n staniu i se recomand s se utilizeze la executarea lagrelor mainilor-unelte, la motoare cu combustie intern, motoare de automobile, pompe, ascensoare etc.

    2.11.2.3. Aliaje tipografice. Ca materiale metalice tipografice se utilizeaz mai ales

    aliajele pe baz de plumb cu adaosuri de Sb, Sn, Cu i As. Sunt n general aliaje de compoziie eutectic, ce asigur fluiditatea optim la turnare. n funcie de destinaiile lor, aliajele tipografice se mpart n aliaje pentru maini de cules i pentru turnarea literelor, avnd urmtoarele proprieti: - duritate i rezisten la uzur ridicat, astfel nct dup utilizri repetate, caracterele tipografice s nu devin nucleare; - fluiditate bun la supranclzire i o temperatur joas de topire (sub 300 C), avnd n vedere c aliajul trebuie s fie retopit de mai multe ori, fr pierderi nsemnate; - capacitate foarte bun de umplere a formei, pentru a reda cu fidelitate toate detaliile literelor; - contracie ct mai mic la solidificare i o compactitate suficient; - stabilitate mare la coroziune fa de substanele cu care vin n contact; - caracteristici mecanice medii, pentru a nu suporta deformri n timpul funcionrii.

    Calitile, compoziia chimic i densitatea celor mai importante aliaje tipografice pe baz de plumb sunt prezentate n tabelul 2.29.

    Stibiul principalul elemente de aliere mrete duritatea i rezistena, coboar temperatura de topire i micoreaz contracia la turnare.

    Staniul mrete duritatea, rezistena mecanic i tenacitatea. De asemenea, coboar temperatura de topire i mbuntete fluiditatea. Aliajele tipografice cu un coninut ridicat de Sn sunt utilizate pentru executarea caracterelor mici.

  • 9

    Tab.2.29. Aliaje tipografice. Temperaturi, C Marca aliajului Compoziia chimic [%] Topire Turnare

    Utilizri

    S PbSn4Sb15 S 4/15

    14,515,5 Sb 3,54,5 Sn

    Pb rest 285325 345 375 Stereotipuri plane

    S PbSn7Sb16 S 7/16

    15,516,5 Sb 6,57,5 Sn

    Pb rest 265275 305 315 Stereotipuri curbe

    L PbSn5Sb12 L 5/12

    11,512,5 Sb 4,55,5 Sn 830,5 Pb

    230245 265 295 Litere linotip, intertip i tipograf

    M12 830,5 Pb 120,3 Sb 50,5 Sn

    - 310 330 Litere corp 1472, respectiv 1214

    M14 810,5 Pb 140,3 Sb 50,5 Sn

    - 320 330Litere corp 1472 de cas, litere corp

    126 menotip M16/1

    790,5 Pb 160,3 Sb 50,5 Sn

    - 340 360Litere corp 1214

    de cas, 610 monotip

    M16/2 770,5 Pb 160,3 Sb 70,5 Sn

    - 340 360 Litere corp 24 monotip

    M18 770,5 Pb 180,3 Sb 50,5 Sn

    - 360 390 Litere corp 610 de cas

    M20 750,5 Pb 200,3 Sb 20,5 Sn

    - 370 390 Litere corp 24 de cas Bismutul n cantiti de pn la 1,5% mrete fluiditatea, afineaz structura i mrete

    durata de utilizare. Cuprul contribuie la formarea unei structuri mai fine i mpiedic apariia segregrilor.

    Se adaug n special la aliajele folosite la mainile de cules. Arsenul se introduce ca nlocuitor al Sn i contribuie la mbuntirea rezistenei i a

    duritii, iar Cd micoreaz temperatura de topire i mrete capacitatea de umectare. Zincul, aluminiul i sulful sunt considerate impuriti duntoare, deoarece nrutesc

    apreciabil proprietile de turnare, mresc granulaia i provoac apariia fragilitii. 2.11.2.4. Aliaje pentru acumulatoare, armturi i cabluri electrotehnice. Aliajele

    plumbului cu staniu i arsen, cunoscute sub denumirea de plumb tare, sunt destinate confecionrii plcilor pentru acumulatoare, acoperirea tablei de oel folosit n instalaiile de ventilare a vaporilor i gazelor care conin acizi. Aceste aliaje i menin timp ndelungat luciul metalic, au o temperatur joas de topire i proprieti foarte bune de turnare. Tot n acest scop pot fi utilizate i aliajele Pb-Ca, a cror duritate se mrete n prezena bariului, magneziului i staniului. Magneziul ndeplinete i rolul de dezoxidant, iar staniul elimin pericolul de coroziune intercristalin. Plcile se toarn n forme metalice orizontale sau

  • 10

    verticale, pe instalaii automate, avnd suprafaa interioar acoperit cu un start de negru de fum i sunt pudrate cu praf de talc.

    Aliajele plumbului pentru nveliul cablurilor de nalt tensiune, telefonie, telegrafie subteran sau submarine, au temperatura de topire relativ joas, plasticitatea ridicat, pentru a putea fi trase n tuburi i evi, o foarte bun rezisten la ndoiri repetate, precum i posibiliti uoare de lipire, avnd n compoziia lor stibiu, staniu, telur, etc.

    Aliajele eutectice cu Ag, Ba, Ca i Al sunt destinate fabricrii anozilor la electroliza metalelor neferoase, iar cele cu arsen pentru turnarea alicelor.

    Compoziia, proprietile i domeniile de utilizare ale aliajelor pentru acumulatoare, armturi i cabluri electrotehnice sunt date n tabelele 2.30. i 2.31.

    Tab.2.30. Aliaje pentru acumulatoare.

    Impuriti, n 10-3 [%] Marca Pb+Sn [%] Ag Cu As Sn Zn Fe Bi Pb-Sb A 99,96 6 1 5 2 2 4 1 Pb-Sb B 99,95 1 8 5 2 2 4 2

    Tab.2.31. Aliaje pentru armturi de cabluri.

    Compoziia chimic, [%] Sn Sb Cu Te Cd Pb

    Tt [C]

    Rm [MPa]

    A [%] HB

    - - - - - 99,99 327 15 52 44 - 0,5 - - - Rest 324 19 49 57 - - 0,06 - - Rest 327 14 67 46 - - - 0,06 - Rest 327 18 48 58 2 - - - - Rest 324 21 56 61 - 0,5 - - 0,25 Rest - 21 41 60 2.11.2.5. Aliaje uor fuzibile. Aceste aliaje conin n compoziia lor, n afar de

    plumb i alte elemente de aliere cum ar fi: Sn, Bi, Cd, In, Hg, etc., avnd temperatura de topire sub 200 C i chiar negativ, fiind destinate confecionrii siguranelor, a modelelor pentru proteze, rcirea reactorilor nucleari, lipituri ntre piese ceramice i metalice, sticl, etc. Bismutul ca element principal de aliere are proprietatea de a-i mri volumul n timpul solidificrii, permind obinerea unor materiale metalice cu valoarea contraciei apropiat de zero. Astfel de aliaje cu peste 50% Bi i mresc volumul n timpul solidificrii sau dup cteva ore de la desfurarea acestui proces. Dac acest coninut variaz ntre 35 i 50% Bi, n timpul solidificrii are loc o contracie a volumului care, n final, este compensat printr-o cretere a volumului dup terminarea solidificrii.

    Compoziia, temperatura de topire i domeniile de utilizare sunt date n tabelul 2.32. 2.12. Nichelul i aliaje de nichel 2.12.1. Nichelul Nichelul este nrudit cu fierul, fiind un metal de tranziie din aceeai grup a

    sistemului periodic, dar totodat face trecerea spre metalele stabile, respectiv cuprul, cu care se aseamn n multe privine.

    Cunoscnd, n ultimii ani, o cretere important a produciei, nichelul are largi utilizri n diferite domenii, fiind ntrebuinat pentru acoperiri galvanice, pentru realizarea unor aliaje

  • 11

    Tab.2.32. Aliaje uor fuzibile.

    Denumirea Compoziia chimic

    Intervalul de solidificare sau temperatura de

    topire, n C

    Utilizri

    Metal Arcets

    50 60% Bi 12 45% Pb 6 38% Sn

    96 100 Lipirea metalelor cu sticl sau ceramic, confecio-narea siguranelor, lipituri n electrotehnic

    Metal Orion

    42% Bi, 42% Pb, 16% Sn

    108 Confecionarea siguran-elor, modele uor fuzibile, lipituri n electronic

    Aliaj Hespers

    44% Bi; 26% Pb; 25% Sn; 6% Cd 75

    Modele uor fuzibile, proteze dentare, sigurane

    Aliaj anatomic

    42,9% Bi; 21% Pb; 9,97% Sn; 5,09% Cd; 18,3% Zn; 2,8% Hg;

    38 Mulaj anatomice

    Aliaj Lipovitz

    44,7% Bi; 22,6% Pb; 19,1% In; 8,3% Sn;

    5,3% Cd 47,2 Modele proteze dentare

    DALTON Fuzibil Alloy

    25% Pb; 15% Sn; 60% Bi 92

    Lipirea metalului pe sticl, sigurane

    DARCET Fuzibil Alloy

    25% Pb; 25% Sn; 50% Bi 88 Lipituri n electrotehnic

    LICHTENBERG Fuzibil Alloy

    50% Bi; 20% Sn; 30% Pb 75

    Sigurane, lipituri n electrotehnic

    MOLYNEAOX Fuzibil Alloy

    41,5% Bi; 16,7% Sn; 25% Pb; 16,7% Cd 60 n stomatologie

    NEWTON Fuzibil Alloy

    50% Bi; 18,75% Sn; 31,25% Pb 95 Sigurane

    - 66% Sn; 34% Bi 168 Lipirea compuilor semiconductori

    - 32% Pb; 49,8% Sn; 18,2% Cd 145 Lipire metal-ceramic

    - 30% Pb; 52% Sn; 5% Bi; 13% Cd 130 Lipituri n mecanica fin

    Indaloy 11 5% In, rest % Pb 230 Lipituri n electronic CERROMA +

    RRIS 28,5% Pb; 1,5% Sn 9%

    Sb; rest % Bi - Utilizat n construcia de

    maini pentru lipit

    -

    60 64% Bi; 17 21% Sn; 17 21% In; 58 62% Bi; 21 25% Sn;

    4 8% In; 9 13% Pb

    - Pentru reactori nucleari

    - 44 52% Sn; 36 34% Bi; 2 12% In

    135 150 Lipire metal-ceramic, metal-sticl

  • 12

    pe baz de nichel cu proprieti speciale anticorosive, termice, electrice etc. Nichelul are proprieti feromagnetice, cu punctul Curie, la temperatura de 368 C, peste care devine paramagnetic. Posed o stare alotropic -Ni, stabil doar la temperaturi nalte, cu reea cristalin n sistem hexagonal i una -Ni, stabil la temperatura ordinar, cristaliznd n sistemul cubic cu fee centrate. Transformarea polimorfic

    se produce n vid, la temperatura de 250 C. Cele mai importante proprieti fizice, tehnologice i mecanice ale nichelului sunt:

    temperatura de topire: 1455 C; temperatura de fierbere: 2730 C; cldura latent de topire: 1400 cal/g; cldura specific, la 20 C: 0,112 cal/Cg; conductibilitatea termic la 20 100 C: 13,710-6; densitatea: 8900 kg/m3; rezistivitatea la 20 C: 0,082 0,092 mm2/m; coeficientul de temperatur al rezistivitii: 0,0052 0,0069; modulul de elasticitate: 210000 MPa; limita de curgere: 600 700 MPa; rezistena la rupere la traciune: 750 900 MPa; alungirea relativ (recopt): 35 45%; reziliena: 17 18 daJ/mm2; duritatea Brinell, ecruisat: 1900 2100 MPa; duritatea Brinell, recopt: 700 900 MPa; duritatea Brinell, turnat: 600 700 MPa; rezistena la oboseal la 107 cicluri: 280 300 MPa; temperatura de turnare: 1550 1650 C; temperatura de prelucrare la cald: 1140 1250 C; temperatura de recoacere: 700 800 C; temperatura de recristalizare: 300 C; contracia liniar la turnare: 1%; numrul atomic: Z = 28; masa atomic: M = 58,7; structura cristalin: CFC (a = 0,3520 nm).

    Proprieti chimice. Nichelul, din punct de vedere chimic, este un element puin activ. La temperatur obinuit aerul, apa sau mpreun, nu au nici o aciune asupra lui. Acizii organici reacioneaz cu acesta numai dup un contact ndelungat. Acidul azotic l dizolv uor, iar acidul sulfuric i clorhidric mai greu. Srurile alcaline, att topite, ct i n soluie apoas, nu reacioneaz cu nichelul. Peste 500 C nichelul se oxideaz uor n aer i descompune apa, punnd n libertate hidrogenul. Pulberea de Ni, obinut prin distilarea amalgamului sau pe cale electrolitic, este slab piroforic. Nichelul industrial conine ntotdeauna Co ( 0,5%), Cu ( 0,1%), Fe i Si ( 0,25%). Dup AFNOR exist dou mrci de Ni industrial prezentate n tabelul 2.33.

    Tab.2.33. Mrci de Ni industrial (dup AFNOR). Simbol Denumire uzual Compoziie chimic, %

    Ni 01 Nichel Ni + Co = 99,5%; C < 0,12 Ni 02 Nichel fr carbon Ni + Co = 99,5%; C < 0,02

    2.12.2. Aliaje cu baz de nichel Aliajele cu baz de nichel se pot clasifica, dup diferite criterii i anume :

    a) Funcie de principalul element de aliere: - aliaje: Ni Cu; Ni Mn; Ni Cr; Ni Fe; Ni Mo; Ni Si; Ni Be. b) n funcie de tipul de proprieti speciale ale aliajelor: - aliaje cu rezistivitate electric mare; - aliaje cu for termoelectromotoare ridicat; - aliaje cu coeficient de temperatur al rezistivitii foarte mare; - aliaje cu proprieti magnetice; - aliaje cu dilatare termic foarte redus; - aliaje cu refractaritate i rezisten la temperaturi ridicate; - aliaje cu rezisten mare la coroziune i oxidare.

    CFCC250 NiNi

    o

  • 13

    c) Funcie de domeniul de utilizare al aliajelor: - aliaje pentru industria constructoare de maini; - aliaje pentru industria electrotehnic; - aliaje termorezistente (refractare). 2.12.2.1. Aliaje Ni Cu. Nichelul i cuprul fiind izomorfe (reea cubic cu fee

    centrate) i avnd raze atomice de dimensiuni apropiate, se aliaz n orice proporie, formnd o serie continu de soluii solide.

    La temperatura de 368 C punctul Curie pentru nichelul pur n sistemul Ni Cu, apare o transformare magnetic n stare solid ce evolueaz negativ la scderea temperaturii, la 0 C punctul Curie fiind corespunztor unei concentraii de 31,5% Cu.

    Rezistena mecanic, rezistena la coroziune i rezistivitatea electric a Ni cresc la mrirea coninutului de Cu, rezistena mecanic atingnd un maximum de 30 40% Cu, iar rezistivitatea electric la 50% Cu. Creterea proprietilor de rezisten mecanic ale Ni, la creterea coninutului este nsoit de micorarea plasticitii, aceasta rmnnd foarte bun pentru orice coninut de Cu.

    Cele mai importante aliaje ale Ni cu Cu sunt aliajele de tip monel, care conin: 67 70% Ni, 26 30% Cu i mici proporii de fier i mangan; dup laminare i recoacere au: Rm = 460 600 MPa, Rpo,2 = 140 210 MPa, A5 = 35 53% i Z = 65 67%. Structura lor este monofazic, format din soluia solid , celelalte elemente de aliere (Fe, Mn), trec n soluia solid pe care o durific. Aliajele de tip monel au rezistena la coroziune apropiat de a Ni i se pot poliza i lustrui foarte uor, sunt mai ieftine dect Ni i au proprieti mecanice mai bune dect acesta, fiind utilizate la fabricarea pieselor de maini care lucreaz n medii corozive (pompe, turbine, aparate chimice etc.) i la obiecte de menaj. Aliajele ternare Ni-Cu-Zn sunt cunoscute sub denumirea de alpaca, neusilber i argentan. Aliajele tip alpaca au compoziia plasat n limitele 5-35% Ni, 13 45% Zn i Cu-rest. Aceste aliaje au o bun rezisten la coroziune i sunt uor prelucrabile prin deformare plastic. Pentru a mbunti proprietile de prelucrare prin achiere la aliajele de tip neusilber se adaug mici coninuturi de plumb, devenind excelente materiale pentru confecionarea de piese de mare precizie pentru mecanica fin, ceasornicrie i aparatur de laborator.

    Aliajele de turnare Ni-Cu-Al denumite i cunial pot fi durificate structural prin tratament termic, n urma cruia se descompune soluia solid suprasaturat, formndu-se structuri eterogene cu precipitri de faze (NiAl) i (NiAl2), fin dispersate n masa metalic de baz. Acest fenomen duce la mrirea rezistenei mecanice i a duritii aliajelor.

    Aliajele de turnare Ni-Cu-Mn se ntrebuineaz n special sub form de srm pentru rezistene, reostate, poteniometre, elemente de compensare i termo-elemente. Aceste aliaje, dintre care cel mai reprezentativ este constantul (40% Ni, 35% Cu) sunt caracterizate prin excelente proprieti electrice.

    2.12.2.2. Aliaje Ni-Fe. Fierul este izomorf cu Ni i formeaz o serie continu de

    soluii solide. n domeniul de concentraie cu 20-50% Fe la temperaturi sub 506 C, datorit unui fenomen de ordonare, apare o suprastructur de Ni3Fe.

    Temperatura transformrii magnetice (punctul Curie) crete progresiv de la 368 C (la Ni) sub forma unei curbe cu maximum la 32 36 %Fe (612 C) i care scade treptat pn la aliajele cu 50% Fe (la 400 C), apoi urmrete linia de stabilitate a fierului .

    Aliajele Ni-Fe se mpart n: aliaje cu proprieti magnetice speciale, aliaje cu proprieti termice speciale i aliaje cu proprieti elastice speciale.

    Din grupa aliajelor cu proprieti magnetice speciale fac parte aliajele de tip permalloy (78,5% Ni, rest Fe) i aliajele de tip perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co), utilizate n electronic, automatizri, etc.

  • 14

    Dintre aliajele cu proprieti termice speciale fac parte: invarul, superinvarul, kovarul i platinitul. Invarul (35 37% Ni, 0,3% C, rest Fe) i superinvarul (31% Ni, 4 6% Co, rest Fe) sunt caracterizate printr-un coeficient de dilatare foarte mic i constant la creterea temperaturii, fiind utilizate pentru fabricarea instrumentelor de msur, instrumente pentru observaii geodezice, etaloane pentru msurarea lungimii, piese de ceasornicrie, etc. Kovarul (28% Ni, 18% Co, 54% Fe) i platinitul (42 48% Ni, max.0,3% C, rest Fe) au coeficientul de dilatare egal cu al sticlei i al platinei. Sunt utilizate sub form de fire, nlocuind platina, la sudare cu sticl pentru confecionarea becurilor.

    Dintre aliajele cu proprieti elastice speciale se menioneaz elinvarul (33% Ni, 4 5% Cr, 1 3% W, Mn, Si i C, cte 0,5 2% fiecare) care are modulul de elasticitate constant de la 0 la 40 C. Este utilizat pentru fabricarea instrumentelor de precizie, a diapazoanelor pentru etaloane de frecven, a resoartelor pentru ceasuri, etc.

    2.12.2.3. Aliaje Ni-Cr i Ni-Cr-Fe. Aliajele Ni-Cr i Ni-Cr-Fe sunt aliaje refractare.

    Rezistena la oxidare a acestor aliaje este dat de coninutul de Cr. Peste 20% Cr, prelucrarea aliajelor Ni-Cr este foarte dificil.

    Din sistemul binar Ni-Cr sunt utilizate aliajele cu aproximativ 15 20% Cr numite cromo-nicheluri; din aceast categorie face parte aliajul cromel A (80% Ni, 20% Cr). Din sistemul ternar Ni-Cr-Fe mai utilizate sunt aliajele cu 50 70% Ni, 10 30% Cr i 10 30% Fe numite cromo-nicheluri cu fier: nicromul (60% Ni, 16% Cr, 24% Fe), inconelul (80% Ni, 14% Cr, 6% Fe), etc. Cromo-nichelurile cu fier sunt mai ieftine dect cromo-nichelurile binare, dar sunt mai puin stabile la oxidare la temperaturi ridicate, neputnd fi utilizate la temperaturi mai nalte de 900 C. Sunt folosite pentru confecionare rezistenelor electrice, a cutiilor de cementare i recoacere i ca materiale pentru fabricarea diferitelor repere pentru cuptoare de nclzire.

    Cromo-nichelurile conin adaosuri de Al, Si, Mn, W, C, Mo i Cu. 2.12.2.4. Aliaje complexe pe baz de Ni durificabile structural. Acestea sunt aliaje

    ale Ni cu elemente ca Mn, Be, Al, Si, Ti i Mo care formeaz combinaii ce precipit provocnd efecte de durificare. Durificarea se realizeaz printr-o clire (T = 800 1200 C, rcire n ap), urmat de o revenire la 600 800 C. Durificare poate fi obinut i prin revenire aplicat dup deformarea plastic la rece sau la cald. Principalele grupe de aliaje din aceast categorie sunt: aliaje de tip monel, inconel, hastelloy, nimonic, udimet etc.

    Aliajele complexe tip monel sunt formate, ca i aliajele binare, din Ni i Cu la care se adaug cca. 3% Al i uneori cca. 4% Si. Din aceast grup fac parte aliajele: monel K500 (63 70% Ni, max. 3% Fe, 3% Al, 0,5% Ti, 1% Mn, 1% Si, rest Cu), monel S (67 70% Ni, max. 3% Fe, 3 4% Si, 1,2 1,5% Mn, rest Cu), etc.

    Aliajele complexe tip inconel conin fa de aliajele ternare cca. 2% Ti. n practic sunt utilizate urmtoarele aliaje: inconel W (75% Ni, 15% Cr, 7% Fe, 2,5% Ti, rest Mn, Si, Al), inconel X (73% Ni, 15% Cr, 7% Fe, 2,3% Ti, 0,8% Nb+Ta, 0,9% Al, rest Mn, Si, etc.).

    Aliaje hastelloy sunt aliaje complexe Ni-Fe-Mo care pot conine Cr, W, etc. Dintre acestea se pot meniona Hastelloy A (56% Ni, 22% Fe, 22% Mo), Hastelloy C (53% Ni, 17% Cr, 6% Fe, 19% Mo, 5% W), etc.

    Aliajele tip nimonic sunt aliaje complexe pe baz de Ni, care conin Cr, Fe, Ti, Al i uneori Co i Mo; nimonic 90 (10 12% Cr, 15 21% Co, 2 2,8% Ti, 0,8 1,2% Al, 1% Fe, 0,1% C, rest Ni) i nimonic 100 (10 12% Cr, 18 22% Co, 4,5 5,5% Mo, 1 2% Ti, 4 6% Al, 2% Fe, 0,3% C, rest Ni).

    Aliajele udimet sunt aliaje complexe Ni-Cr-Co-Fe-Mo-Ti-Al care conin i alte

  • 15

    elemente cum ar fi C, Mn, Si, B, etc. Se menioneaz udimet 600 (49% Ni, 18% Cr, 16% Co, 4% Fe, 3% Ti, 4% Al, restul B, C, Mn, Si) i udimet 700 (50% Ni, 15% Cr, 19% Co, 1% Fe, 5% Mo, 3,5% Ti, 4,2% Al, 0,1% B, restul C, Mn, Si).

    Aliajele complexe pe baz de Ni durificabile sunt caracterizate prin: proprieti mecanice ridicate, refractaritate mare, rezisten la coroziune foarte bun i au o larg utilizare n industria naval i aerospaial.

    2.12.2.5. Aliaje complexe pe baz de Ni utilizate n tehnica dentar. Din aceast

    clas se menioneaz: chromanit N (24% Cr, 8% Fe, 2,3% Si, 0,8% Mn, 0,01% C, rest Ni); platinel (16% Cr, 16% Mo, 6% Fe, 4% Ti, 2% Co, restul Ni); phenix (14,8% Cr, 5,1% Si, 3,8% Mo, 1% Fe, 0,45% B, 0,08% C, 0,06% Mn, 0,02% Al, restul Ni), .a.

    2.13. Cromul i aliajele pe baz de crom

    Reprezentnd elementul principal de aliere n oelurile de construcie de nalt

    rezisten, cromul se obine prin metoda aluminotermic i silicotermic sau prin electroliz (97 98,5% puritate), iar cel de nalt puritate prin rafinare electrolitic sau termic. Face parte din grupa a VI-a a sistemului lui Mendeleev, cu numrul de ordine 24 i masa atomic 51,996 proprietile sale fiind apropiate de ale molibdenului i wolframului. n stare compact, cromul are o culoare alb-argintie i prezint dou transformri alotropice i . Forma cristalizeaz n sistemul cubic cu volum centrat, avnd parametrul reelei a = 2,884 , iar forma , stabil la temperaturi ridicate, are structura hexagonal compact. Proprieti fizice: densitatea la 20 C: 7100kg/m3; duritatea (Mohs): 5; temperatura de topire: 1903 C; temperatura de fierbere: 2199 C; cldura latent de topire: 3,2 3,64 KJ/mol; cldura latent de fierbere: 76,635 KJ/mol; cldura specific: (0,106 0,114).10-3 KJ/gC; conductibilitatea termic: 0,212 0,154 J/cmsC; coeficientul de dilatare liniar: (8,8 10)10-6; conductibilitatea termic: 0,212 0,154 J/cms; conductibilitatea electric: 12,8 145 cm; rezistena la rupere la traciune: 422 619 MPa; limita de curgere: 354 548 MPa; alungirea la rupere: 11 63%. Proprieti chimice: n condiii obinuite, cromul este stabil n aer, ap i fa de numeroi ageni chimici. La temperaturi ridicate descompune vaporii de ap cu degajare de hidrogen i formare de oxizi.

    Se combin cu multe elemente formnd compui chimici (hidruri, boruri, siliciuri etc.). Procesele de oxidare ncep ntre 500 i 900 C i se intensific peste 1200 C.

    Microaliat cu titan, ytriu, zirconiu, vanadiu etc., cromul capt noi proprieti cum ar fi: rezisten la temperaturi ridicate, rezisten la coroziune i oxidare n atmosfer, n vapori de acid azotic cu alte gaze corozive, avnd n acelai timp proprieti mecanice foarte bune (R = 300 1000 MPa, A = 5 20%), fiind utilizat n industria chimic, aeronautic i n alte domenii speciale. Aceste materiale pot fi deformate plastic la cald, obinndu-se table i diverse profile a cror calitate se mbuntete foarte mult prin plecare cu oeluri inoxidabile.

    Aliajele Cr-Ni sunt asemntoare, din punct de vedere al proprietilor, cu aliajele nicrom. Adaosurile de vanadiu, titan, wolfram le mbuntesc proprietile mecanice i le mresc stabilitatea la temperaturi ridicate.

    Aliajele Cr-Fe au o structur tipic de soluie solid, dac au un coninut n Fe ntre 0 i 30%. Prezena Fe asigur rezistene mecanice la temperaturi ridicate i o bun stabilitate. Adaosurile de Mo asigur un raport optim ntre duritate i ductilitate, cnd compoziia chimic este 60% Cr, rest Fe + Mo i raportul Fe/Mo = 7/1, cu limitarea coninutului de C < 0,05 i de Si < 0,05%.

  • 16

    Bibliografie

    1. Bncescu, N., Dulucheanu, C., Materiale i tehnologii, vol.I, Editura Didactic i Pedagogic, R.A., Bucureti, 2004. 2. Bibu, M., Metalografia aliajelor feroase i neferoase, Editura Universitii Lucian Blaga, Sibiu, 2000. 3. Bolundu, I.L. tiina i ingineria materialelor, Editura Tehnic Info, Chiinu, 2010. 4. Colan, H., s.a., Studiul metalelor, E.D.P., Bucureti, 1968. 5. Gdea, S., Protopopescu, M., Aliaje neferoase, Editura Tehnic, Bucureti, 1965. 6. Gdea, S., Geru, N., s.a., Metalografie, E.D.P., Bucureti, 1974. 7. Geru, N., Metalurgie fizic, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1981.

    8. Geru, N., s.a., Materiale metalice. Structur, proprieti, utilizri, Editura Tehnic, Bucureti, 1985. 9. Gramaticu, M., Bncescu, N., Dulucheanu, C., Metalografia metalelor i aliajelor neferoase, Universitatea tefan cel Mare Suceava, 1994. 10. Protopopescu, H., Metalografie i tratamente termice, E.D.P., Bucureti, 1983. 11. Rdulescu, M., Studiul metalelor, E.D.P., Bucureti, 1982. 12. erban, V.A., Rdu, A., tiina i ingineria materialelor, Editura Politehnica, Timioara, 2012. 13. ontea, S., s.a., Metale i aliaje neferoase de turntorie, Editura Scrisul romnesc, Craiova, 1981. 14. Truculescu M., Huiu, Gh., Materialotehnica. Metale i aliaje neferoase, (vol.IV), Editura Politehnica, Timioara, 2009. 15. * * *, Tratat de tiina i ingineria materialelor metalice, vol.3. Metale. Aliaje. Materiale speciale. Materiale compozite, AGIR, Bucureti, 2009.