1

CURS 8 Cuprins 2.6. Cuprul i aliaje cu baza de cupru 2.6.1. Cuprul 2.6.2. Alame (aliaje Cu-Zn)

2.6.2.1. Alame obinuite 2.6.2.2. Alame speciale

2.6.3. Bronzuri 2.6.3.1. Bronzuri cu staniu (aliaje Cu-Sn) 2.6.3.2. Bronzuri cu aluminiu (aliaje Cu-Al) 2.6.3.3. Bronzuri cu plumb (aliaje Cu-Pb) 2.6.3.4. Bronzuri cu beriliu (aliaje Cu-Be). 2.6.3.5. Bronzuri cu siliciu (aliaje Cu-Si). 2.6.3.6. Bronzuri cu mangan (aliaje Cu-Mn) 2.6.3.7. Bronzuri cu crom (aliaje Cu-Cr) 2.6.3.8. Bronzuri cu argint (aliaje Cu-Ag) 2.6.3.9. Bronzuri cu zirconiu (aliaje Cu-Zr) 2.6.3.10. Bronzuri cu nichel (aliaje Cu-Ni)

2.6.4. Simbolizarea mrcilor i produselor cu coninut de cupru

2

2.6. Cuprul i aliaje cu baza de cupru 2.6.1. Cuprul Cuprul este un metal neferos folosit n tehnic (electrotehnic, termotehnic etc.) mai ales sub form de produse laminate, presate, trefilate i mai puin sub form de piese turnate.

Are densitatea 8,96 g/cm3 i cristalizeaz ntr-o reea CFC, cu parametrul a = 3,6078 A la 20 C; nu prezint polimorfism i se topete la 1083 C. Dup argint, cuprul este metalul cu cea mai mare conductivitate termic i electric, fiind considerat ca etalon pentru conductoarele electrice. Cuprul este maleabil i ductibil la rece, dar se ecruiseaz prin deformare. Proprietile fizico-chimice depind de gradul de puritate i starea metalului (brut din turnare, recopt, ecruisat, recristalizat). Astfel, rezistena la rupere a cuprului laminat i recopt este Rm = 200250 MPa, iar duritatea Brinell este HB = 3550 daN/mm2. Prin deformare plastic la rece cuprul se ecruiseaz i caracteristicile de rezisten cresc la Rm = 400500 MPa i HB = 100120 daN/mm2; plasticitatea scade foarte mult, de la A = 40% la A = 12%. Cuprul ecruisat devine din nou moale n urma unui tratament termic de recoacere la 600800 C. Cuprul pur are temperatura de recristalizare de 220 C. Cuprul tehnic are intervalul de temperaturi de turnare 11501250 C, contracia de turnare 2,1%, intervalul de temperaturi pentru deformare la cald 9001050 C i temperaturile de recoacere 400700 C. Cuprul prezint o bun stabilitate la coroziune atmosferic. Aerul umed care conine CO2 l atac la suprafa, metalul acoperindu-se cu un strat verzui de carbonat bazic [CuCO3Cu(CH)2]. La temperaturi nalte reacioneaz cu oxigenul, formnd Cu2O pelicul de culoare neagr. Cuprul este atacat de acidul sulfuric i azotic i de amoniac la cald. Cuprul produs pentru utilizare n industrie, numit i cupru tehnic, este cupru rafinat chimic, termic sau electrolitic i are o puritate de 97,5%...99,85% Cu. El conine i o serie de impuriti; unele i sunt avantajoase (Fe, Ni, P, As, Si, Mn) deoarece i ridic caracteristicile de rezisten; altele (S, Se, Bi, O, Te, Pb), care coboar aceste caracteristici sunt considerate dezavantajoase. Cele mai duntoare sunt bismutul i plumbul deoarece formeaz eutectice uor fuzibile care se aeaz n jurul grunilor de cupru i acesta devine fragil la cald. La coninuturi mai mari de bismut sau plumb cuprul este fragil i la rece.

Cuprul prezint o structur poliedric. Prin deformare plastic la rece, apare o orientare a grunilor n direcia curgerii. Dac dup ecruisare se aplic recoacerea de recristalizare, structura capt din nou aspect poliedric cu numeroi gruni maclai. Mrimea grunilor depinde de gradul de deformare, temperatura de recoacere i durata de meninere la recoacere.

Datorit proprietilor sale speciale, cuprul are numeroase utilizri. Astfel, datorit conductivitii electrice foarte bune, circa 50% din producia mondial de cupru este folosit n energetic, electrotehnic i electronic. Avnd i o conductibilitate termic foarte bun, este utilizat la realizarea schimbtoarelor de cldur i a instalaiilor criogenice, precum i a benzilor de radiatoare. Se mai folosete n industria chimic, alimentar i de armament, n galvanoplastie, precum i la fabricarea aliajelor (alame i bronzuri).

2.6.2. Alame (aliaje Cu-Zn) Aliajele de cupru a cror element principal de aliere este zincul se numesc alame. Aceste aliaje se clasific dup mai multe criterii: - dup numrul de faze: - alame monofazice ;

3

- alame bifazice ( + ); - dup modul de prelucrare: - alame pentru deformare plastic; - alame pentru turntorie; - dup compoziie: - alame obinuite (Cu-Zn); - alame speciale (Cu-Zn-elemente de aliere). 2.6.2.1. Alame obinuite; sunt aliaje Cu-Zn cu cel puin 55% Cu. Coninuturi de 5862% Cu se folosesc doar la alamele pentru lipit. Din diagrama de echilibru Cu-Zn (fig.2.110.) se constat c pn la 37% Zn structura este format din faza ; aceasta este o soluie solid de substituie a zincului n cupru, cu reea CFC. La temperatura ordinar, limita de solubilitate este de 39% Zn; ea nu se modific prin nclzire pn la 454 C, ns apoi scade la 32,5% Zn, la temperatura peritectic de 903 C.

Fig.2.110. Diagrama de echilibru Cu-Zn.

Alamele monofazice (coninutul de Zn mai mic de 32,5%)n stare brut din turnare, prezint o structur alctuit din soluie de solid , neomogen, care la microscop are un aspect dendritic. Dac alama turnat se supune unui tratament de recoacere de omogenizare, segregaia dendritic se elimin, obinndu-se o structur poliedric omogen. Prin deformare plastic la rece, apare o orientare a grunilor n direcia curgerii; grunii au dimensiuni mai mici, prezentnd macle de deformare. Dac, dup deformarea plastic la rece se aplic recoacerea de recristalizare, se obine o structur cu gruni echiaxiali, cu macle de recoacere cu dimensiuni mai mari i bine conturate. Mrimea grunilor alamelor recristalizate depinde de gradul de deformare, temperatura i durata de meninere la recoacere.

Alamele cu 210% Zn, foarte puternice i stabile la coroziune, sunt denumite tombac rou, iar cele cu 1020% Zn, foarte rezistente la coroziune, cu culoare aurie sunt denumite

4

tombac galben (utilizate la confecionarea ornamentelor i imitaiilor de bijuterii); alamele cu 30% Zn au cea mai bun plasticitate la rece.

Alamele cu 37% Zn, care n starea turnat conine i o cantitate mic de faz , se deformeaz la rece dup tratamentul termic de recoacere. Alamele cu coninut de zinc ntre 39,0 i 49% au structura bifazic ( + ); ele sunt dure i fragile i pot fi prelucrate prin deformare plastic doar la cald. Dimensiunile i forma grunilor depind de viteza de rcire; la viteze mari de rcire grunii au forme neregulate, n timp ce dup rcire lente, grunii devin echiaxiali.

Alamele cu coninut mai mare de zinc se folosesc pentru lipit. Alama cu 49% Zn are structura monofazic, alctuit numai din cristale de soluie solid pe baza compusului CuZn, . Alamele cu 5860% Zn, au structura bifazic, +, ele se utilizeaz la lipirea alamelor cu 6065% Cu. Alamele monofazice sunt utilizate la fabricarea tuburilor flexibile, a evilor pentru serpentine i radiatoare, a diverselor piese pentru electrotehnic i electronic; alamele bifazice se folosesc n special pentru obinerea unor piese prin turnare (armturi, carcase, elemente de garnituri etc.) sau prin achiere (uruburi, roi dinate etc.). 2.6.2.2. Alame speciale; sunt aliaje Cu-Zn care conin anumite elemente de aliere (Sn, Mn, Al, Ni, Si, Fe, Pb) n proporii de 0,55%, adugate special n timpul elaborrii, n scopul de a mbunti caracteristicile mecanice, tehnologice i de exploatare. Ca elemente de aliere sunt utilizate: - staniul (max. 4%); mrete rezistena la rupere fr a reduce plasticitatea, mbuntete rezistena la coroziune, turnabilitatea i crete densitatea; - manganul (max. 5%); mrete rezistena la rupere, la fluaj i la coroziune, mbuntete limita de elasticitate; - aluminiul (0,5 7%); mrete refractaritatea, rezistena la rupere, limita de curgere, duritatea, greutatea specific i mbuntete rezistena la coroziune i oxidare, ns determin creterea fragilitii; contribuie la obinerea de piese turnate dense i fr pori; - nichelul (max. 14%); mrete rezistena la rupere, la uzur, elasticitatea, alungirea, refractaritatea i rezistena la coroziune; - fierul (0,4 3,5%); provoac finisarea granulaiei structurii, mrete tenacitatea i achiabilitatea; - siliciul (0,3 4,5%); mrete rezistena la rupere i duritatea fr reducerea plasticitii, mbuntete sudabilitatea, turnabilitatea i rezistena la coroziune; - plumbul (2 4%); mbuntete prelucrabilitatea prin achiere, caracteristicile de antifriciune, deformabilitatea la rece, dar produce fragilitatea la cald. Deoarece coninutul n elemente secundare de aliere este relativ mic (sub 10%), structura alamelor speciale este alctuit din aceeai constitueni structurali; numai n anumite cazuri apar i ali constitueni. De aceea, n practic se consider c o parte din zinc este nlocuit printr-un alt element de aliere, care are un anumit coeficient de echivalen K, aceasta simboliznd efectul de 1% element de aliere echivalent cu K% Zn. n tabelul 2.14. sunt prezentai coeficienii de echivalen K ai principalelor elemente de aliere.

Tab.2.14. Coeficienii de echivalen K. Elementul de aliere Si Al Sn Mg Pb Cd Fe Mn Ni

K 10 6 2 2 1 1 0,9 0,5 -1,3

5

Echivalentul de zinc al elementelor de aliere servete pentru calcularea titlului fictiv al alamei care determin structura, dup relaia:

100CKZn%Cu%

CKZn%Zn n

1ii

n

1ii

.echiv ++

+=

, [%] (2.55.)

n care: %Zn i %Cu se nlocuiete cu coninuturile reale de Zn i Cu ale alamei, determinate prin analize chimice; Ki coeficientul de echivalen; Ci coninutul procentual al elementelor de aliere. Spre exemplu, alama cu 35% Zn, 2% Mn, 1,5% Fe, 1% Al i 1% Ni, are titlul fictiv:

La un asemenea coninut de zinc, structura alamei devine bifazic ( + ); rezistena mecanic crete, dar plasticitatea scade mult, nefiind posibil deformarea la rece. a) alama cu aluminiu are rezisten la rupere i duritate bune; aluminiul confer refractaritate i rezisten la coroziune i la oxidare la cald, se toarn uor i poate fi durificat prin tratament termic. Se utilizeaz la realizarea armturilor, bucelor, lagrelor, precum i a pieselor ce lucreaz n mediul marin. b) alama cu mangan are caracteristici mecanice bune, este rezistent la coroziune (n apa de mare, abur supranclzit i cloruri) i se prelucreaz foarte bine la cald i la rece. Se folosete la piese antifriciune, piese pentru nave (armturi, elice) i la piese ce lucreaz la presiuni mari. c) alama cu fier are caracteristici mecanice bune, fierul contribuind la mbuntirea prelucrabilitii prin achiere; se utilizeaz n construcii navale. d) alama cu siliciu este rezistent la coroziunea atmosferic i a apei de mare, se toarn uor i se sudeaz bine. Se folosete pentru armturi, roi dinate i piese ce lucreaz n mediul marin, precum i pentru buce i lagre turnate. e) alama cu nichel are proprieti mecanice foarte bune, este rezistent la coroziune (n mediul ambiant, n apa de mare i n prezena bacteriilor) i se prelucreaz bine prin deformare plastic la cald i la rece. Nichelul confer alamei o culoare frumoas i proprietatea dea se lustrui bine. Ea se utilizeaz la confecionarea pieselor care lucreaz n medii corozive, precum i a unor bunuri de consum (tacmuri, chei pentru locuine, piese de ochelari, fermoare). f) alama cu plumb are proprieti de antifriciune, se prelucreaz uor prin achiere, se toarn i se deformeaz plastic la cald. Se mai numete alam pentru automate, prelucrndu-se pe maini-unelte automate i se folosete n special la realizarea lagrelor cu presiune specific mare. g) alama cu staniu este rezistent la rupere i la coroziune i are duritate mare, dar alungirea la rupere este mic. Se utilizeaz la fabricarea pieselor navale i a evilor de condensatoare.

% 100)3,1(1619,05,15,02355,59

)3,1(1619,05,15,0235Znechiv. +++++++++=

41,4% (%) 10055,10105,42Znechiv. ==

6

2.6.3. Bronzuri Aliajele cuprului cu o serie de elemente ca staniu, aluminiu, mangan, beriliu, plumb, nichel etc. poart numele de bronzuri. Aliajele Cu-Sn se numesc bronzuri obinuite, iar cele care au n componen celelalte elemente se numesc bronzuri speciale. 2.6.3.1. Bronzuri cu staniu (aliaje Cu-Sn). Bronzurile cu staniu se studiaz cu ajutorul diagramei de echilibru Cu-Sn (fig.2.111.). Pn la 14% Sn bronzurile au structura format din soluia solid de substituie a staniului n cupru (bronzuri monofazice ). In stare turnat structura are un aspect dendritic, adic soluia solid este neomogen; n stare recoapt structura este format din gruni poliedrici de soluie solid . Bronzurile cu peste 14% Sn sunt bifazice i prezint n structur pe lng soluia solid i amestecul mecanic ( + ); faza (dur i fragil) din eutectic este un compus electronic Cu31Sn8 de concentraie electronic 21/13.

Fig.2.111. Diagrama de echilibru Cu-Sn.

In practic nu se folosesc bronzuri cu coninut mai mare de 25% Sn din cauza fragilitii provocate de prezena fazei . Bronzurile cu staniu se clasific n: - bronzuri monofazice i bronzuri bifazice + ( + ); - bronzuri deformabile i bronzuri de turntorie; - bronzuri binare (aliaje Cu-Sn) i bronzuri complexe (aliate), care pe lng staniu mai au i alte elemente de aliere (nichel, zinc, plumb, fosfor) cu scopul de a le mbunti proprietile (nichelul intr n soluie mrind duritatea i rezistena la temperaturile ambiant i nalte; zincul ptrunde n soluia solid mbuntind turnabilitatea; plumbul este insolubil, pn la 2% nu altereaz proprietile mecanice, dar mrete achiabilitatea i

7

compactitatea pieselor turnate; fosforul la peste 0,3% crete rezistena i mbuntete turnabilitatea). Bronzurile cu staniu sunt fluide, au o contracie redus, dar prezint o puternic tendin de formare a segregaiilor, datorit intervalului mare de solidificare; cele cu coninut ridicat de staniu (bifazice) se toarn foarte bine. De asemenea, bronzurile au proprieti antifriciune, rezisten la coroziune atmosferic, sunt puin sensibile la supranclzire i nu genereaz scntei la lovire. Bronzurile monofazice sunt plastice i se pot prelucra bine prin deformare plastic. Bronzurile bifazice care prezint transformarea eutectoid pot fi clite analog oelurilor; ele se nclzesc peste 600 C, apoi se rcesc rapid. Se obine o structur cu caracter acicular asemntor celui prezentat de martensit n oeluri.

In prezent, utilizarea bronzurilor cu staniu este limitat datorit caracterului deficitar al staniului i apariiei bronzurilor speciale (aliaje Cu-Al, Cu-Si etc.). 2.6.3.2. Bronzuri cu aluminiu (aliaje Cu-Al). Bronzurile cu aluminiu sunt aliaje Cu-Al cu un coninut pn la 15% Al, care pot conine i alte adaosuri (fier, siliciu, plumb, mangan, nichel etc.) n scopul mbuntirii anumitor caracteristici fizico-chimice. Au o utilizare destul de larg, n special cele cu un coninut de 4 9% Al. Bronzurile cu aluminiu prezint o diagram de echilibru asemntoare cu cea a sistemului Cu-Sn (fig.2.112.) Aliajele Cu-Al cu pn la 9,8% Al au structura format din soluia solid (soluie solid de substituie de aluminiu n cupru, cu reea CFC); la coninuturi de peste 9,8% Al n structura acestor bronzuri, pe lng soluia solid , apare i amestecul mecanic eutectoid ( + 2) dur i fragil.

Fig.2.112. Diagrama de echilibru Cu-Al.

Bronzurile cu aluminiu se clasific n: - bronzuri cu aluminiu deformabile (monofazice ); - bronzuri cu aluminiu de turntorie (bifazice + 2). Bronzurile cu aluminiu sunt rezistente la uzare, iar la coroziune au o rezisten de nou ori mai mare dect a celor cu staniu; prezint ns caliti antifriciune slabe. Rezistena

8

mecanic crete cu coninutul de aluminiu de la 260 MPa pentru 4% Al la 500 600 MPa pentru 10% Al; au o duritate Brinell de 100 150 daN/mm2 i o alungire pn la 30%. Bronzurile monofazice sunt foarte plastice, prezint o fluiditate mare i formeaz o retasur concentrat; au o foarte bun conductibilitate electric i termic. Principalul dezavantaj al bronzurilor cu aluminiu const n faptul c n stare topit se oxideaz uor impurificndu-se cu Al2O3; alte dezavantaje ale acestor aliaje: au o contracie mare (pn la 3%), sunt instabilitate la aciunea aburului supranclzit i se lipesc extrem de greu. Bronzurile cu aluminiu sunt cele mai bune nlocuitoare ale bronzurilor cu staniu. Prin aliere cu nichel, fier, mangan sau plumb domeniul de utilizare a bronzurilor cu aluminiu este mult mrit. Fierul mbuntete rezistena, duritatea, refractaritatea i rezistena la coroziune fr a reduce ns fluiditatea. Adaosurile de mangan ridic refractaritatea i rezistena la coroziune, dar scad fluiditatea la turnare. Nichelul mbuntete rezistena mecanic, refractaritatea i rezistena la coroziune, iar plumbul mrete capacitatea de prelucrare prin achiere. 2.6.3.3. Bronzuri cu plumb (aliaje Cu-Pb). Bronzurile cu plumb au o diagram de echilibru cu solubilitate parial n stare lichid i insolubilitate total n stare solid (fig.2.113.). La temperatura ambiant structura aliajelor Cu-Pb este format din gruni de cupru n care sunt incluse particule de plumb, repartizate neregulat.

Fig.2.113. Diagrama de echilibru Cu-Pb.

Bronzurile cu plumb folosite n construcia de maini au 25 35% Pb; ele prezint proprieti antifriciune foarte bune i sunt utilizate la confecionarea lagrelor. Datorit rezistenei mecanice sczute (Rm = 60 MPa), aceste aliaje sunt turnate pe un suport din font sau oel prenclzit, la care ader prin difuzie. Elemente de aliere ca staniul (3 10%), nichelul (1 8%), zincul (max. 5%), fierul i aluminiu mbuntesc proprietile de turnare. 2.6.3.4. Bronzuri cu beriliu (aliaje Cu-Be). Bronzurile cu beriliu au devenit n ultimii ani foarte importante pentru tehnic datorit proprietilor deosebite de rezisten, duritate, elasticitate, rezisten la oboseal i la uzur. Sunt utilizate pentru lagre speciale,

9

pentru piese supuse la uzur, pentru piese de ceasornice nemagnetice, pentru arcuri i n special pentru scule care nu produc scntei la lovire folosite n industria chimic, petrochimic i minier. Beriliul prezint o solubilitate limitat n cupru i variabil cu temperatura; aceasta scade de la 2,1% Be la 864 C, la 0,2% Be la temperatura ambiant (fig.2.114.).

Fig.2.114. Diagrama de echilibru Cu-Be.

In practic sunt utilizate doar bronzurile cu pn la 4% Be, deoarece la concentraii mai mari aliajele devin fragile. Bronzurile cu un coninut de beriliu sub 2,75% pot fi durificate prin precipitare (clire pentru punere n soluie de la 800 C, deformare plastic la rece i mbtrnire artificial la 300 350 C). Se obin astfel caracteristici mecanice ridicate: Rm = 1500 MPa, HB = 300 400 daN/mm2, A = 2 3 %. In stare turnat, bronzurile cu beriliu industriale au o structur dendritic (soluie solid de beriliu n cupru cu reea CFC) cu separri interdendritice de eutectoid (+). Dup recoacere, structura este alctuit din soluie solid omogen i separaii de faz (compus electronic CuBe) dur, la limitele grunilor; dup durificare, microstructura este format din precipitate fine de compus CuBe uniform distribuite n soluia solid . Pentru reducerea costului acestor aliaje se substituie beriliu, care este scump i deficitar, cu o serie de elemente de aliere: mangan, nichel, cobalt, titan etc. Manganul se utilizeaz pentru reducerea coninutului de beriliu de la 2,0 2,5% la 1,2 1,5%, fr s scad proprietile mecanice. Bronzurile cu beriliu laminabile conin 2 2,7% Be; la coninuturi mai mici de 1% Be durificarea este insuficient, iar la peste 2,7% Be acestea devin foarte fragile datorit prezenei fazei . Bronzurile de turntorie au, n general, compoziii chimice asemntoare celor laminate, structura de turnare fiind ns mai grosolan. 2.6.3.5. Bronzuri cu siliciu (aliaje Cu-Si). Bronzurile cu siliciu sunt aliaje Cu-Si la care se adaug mangan, zinc, fier, nichel sau aluminiu. Prezint o bun plasticitate la cald i la rece, au nalte caracteristici mecanice i antifriciune, se sudeaz i se lipesc foarte uor, au bune proprieti de turnare i anticorosive. Se utilizeaz n condiii de frecare grea

10

(temperaturi nalte, presiune mare de contact, ungere intermitent etc.). Deoarece au un cost mai mic ele tind s nlocuiasc bronzurile cu staniu. Aliajele tehnice nu depesc 5% Si i au structura alctuit din soluie solid (soluie solid de siliciul n cupru cu reea CFC) sau din +(+), figura 2.115..

Fig.2.115. Diagrama de echilibru Cu-Si.

Bronzurile cu siliciu deformabile conin pn la 3,5% Si i sunt monofazice (soluie solid ); bronzurile de turntorie au pn la 5% Si, iar structura este alctuit din faza (aliaje monofazice) sau din eutectoid (+) ntr-o matrice moale de soluie solid . 2.6.3.6. Bronzuri cu mangan (aliaje Cu-Mn). Bronzurile cu mangan au o nalt plasticitate, o bun rezisten la coroziune i capacitatea de a menine neschimbate caracteristicile mecanice i la temperaturi nalte, drept pentru care sunt folosite la realizarea unor piese solicitate termic i mecanic. Aceste aliaje conin pn la 5% Mn cnd se prelucreaz prin laminare i pn la 8% Mn cnd se folosesc pentru turnare, n care se mai adaug plumb pentru a obine proprieti de antifriciune. Diagrama de echilibru a sistemului Cu-Mn (fig.2.116.) este diferit de celelalte, deoarece manganul prezint mai multe stri alotropice: Mn, Mn, Mn, Mn; dintre acestea Mn este izomorf cu cuprul i formeaz un domeniu continuu de soluii solide, notate pe diagram cu (la temperatura ambiant, manganul rmne n soluie pn la 18 20% n greutate).

Fig.2.116. Diagrama de echilibru Cu-Mn.

11

Bronzurile industriale laminabile au 5% Mn i prezint o structur monofazic (soluie solid ); ele se caracterizeaz printr-o bun rezisten la coroziune i capacitate de a pstra caracteristicile mecanice pn la 300 400 C. Aceste aliaje sunt folosite pentru realizarea unor piese ce lucreaz la temperaturi nalte (armturi, turbine cu aburi etc.). Bronzurile de turntorie cu 8% Mn i 20% Pb, prezint proprieti de antifriciune, prin separarea plumbului la limita grunilor de soluie solid ; aceste bronzuri au n stare turnat rezistena la traciune de 170 MPa i alungirea de 12% i sunt utilizate pentru turnarea bucelor i cuzineilor. Aliajul cuprului cu 12% Mn i 4% Ni se numete manganin i se caracterizeaz printr-o rezistivitate electric foarte mare ( = 0,43 mm2/m) i un coeficient de temperatur al rezistivitii electrice foarte mic ( = 5 8106); ele este folosit n electrotehnic la confecionarea rezistenelor electrice de precizie. 2.6.3.7. Bronzuri cu crom (aliaje Cu-Cr). Bronzurile cu crom conin 0,5 1,0% Cr i sunt utilizate n industrie datorit asocierii foarte bune a proprietilor mecanice i electrice. Aceste aliaje posed rezisten mecanic ridicat i conductibilitate electric apropiat de cea cuprului pur; ele pot fi durificate prin precipitare (clire de punere n soluie urmat de mbtrnire artificial), caz n care proprietile mecanice i fizice se mbuntesc sensibil. Pe diagrama de echilibru Cu-Cr (fig.2.117.) se remarc un domeniu de insolubilitate n stare lichid a celor dou metale (ntre 7 i 63% Cu), precum i dou transformri invariante, o transformare monotectic la 1470 C i o transformare eutectic la 1076 C. De asemenea, diagrama prezint variaie a solubilitii n stare solid cu temperatura a cromului n cupru; ca urmare, la rcirea lent a aliajelor cu un coninut de crom de maxim 0,6%, se separ faza secundar '' (care este 100% Cr). Dac aceste aliaje se nclzesc peste linia solvus, n domeniul monofazic i se rcesc rapid (clire de punere n soluie), rezult la temperatura ambiant o soluie solid omogen suprasaturat n crom. Prin mbtrnire se obine o durificare datorit precipitrii fazei bogate n crom. La concentraii mai mari de 1,0% Cr caracteristicile mecanice scad i de aceea aliajele folosite n industrie au ntre 0,5 i 1,0% Cr; aceste bronzuri sunt utilizate la fabricarea electrozilor de sudur, a pieselor de ntreruptoare electrice supuse uzurii prin frecare, a pieselor conductoare de curent electric care au i rol de arcuri, a conductoarelor pentru linii de nalt tensiune i a cuzineilor.

Fig.2.117. Diagrama de echilibru Cu-Cr.

2.6.3.8. Bronzuri cu argint (aliaje Cu-Ag). Sistemul de aliaje Cu-Ag prezint o diagram de echilibru cu solubilitate total n stare lichid, cu solubilitate parial n stare

12

solid i cu transformare eutectic (fig.2.118.). Domeniul soluiilor solide se ntinde, n partea cuprului, pn la 8%, iar n partea argintului, pn la 8,8%; punctul eutectic este la 28,1% Cu i 779 C.

Fig.2.118. Diagrama de echilibru Cu-Ag.

Bronzurile cu argint conin 0,02 0,28% Ag; ele sunt folosite, sub form de bare i benzi, n industria electrotehnic i electronic, precum i la locomotivele Diesel electrice. 2.6.3.9. Bronzuri cu zirconiu (aliaje Cu-Zr). Necesitatea realizrii unor produse pentru electrotehnic, aeronautic i industria nuclear care s lucreze la temperaturi ridicate, cu rezisten la coroziune i conductivitate termic i electric ridicat, au impus crearea bronzurilor cu zirconiu. Structura i proprietile aliajelor Cu-Zr sunt dependente de cantitatea de zirconiu introdus n aliaj, tratamentul termic aplicat, natura i cantitatea elementelor de aliere. Din analiza diagramei de echilibru (fig.2.119.) se desprind urmtoarele:

Fig.2.119. Poriune din diagrama de echilibru Cu-Zr (pn la 35% Zr).

- exist o mic solubilitatea a zirconiului n cupru, care variaz cu temperatura /0,9% la 822 C, 0,28% la 750 C); - se formeaz diferii compui intermetalici, n funcie de concentraia de zirconiu (ZrCu3, Zr2Cu3, ZrCu, Zr2Cu);

13

- prin tratamentul termic de clire de punere n soluie i mbtrnire (durificare prin precipitare) se pot modifica structurile i induce proprieti mecanice mbuntite. Bronzurile cu zirconiu conin 0,1 0,3% Zr; adaosuri de iridiu i crom sunt frecvent folosite pentru mbuntirea proprietilor de deformare plastic, a conductivitii electrice i caracteristicilor mecanice.

2.6.3.10. Bronzuri cu nichel (aliaje Cu-Ni). Nichelul, fiind izomorf cu cuprul (ambele metale au o reea CFC, iar diametrele atomice sunt foarte apropiate), se aliaz n orice proporie, formnd o serie continu de soluii solide de substituie (fig.2.120.).

Fig.2.120. Diagrama de echilibru Cu-Ni.

Dup destinaie aliajele Cu-Ni se mpart n dou mari grupe: - de construcie: - aliaje de tip alpaca (40 65% Cu, 20 35% Zn, 10 25% Ni); au rezisten mare la coroziune, plasticitate foarte bun, putndu-se prelucra prin deformare plastic la rece i la cald, dar i prin turnare; - aliaje de tip cunial (Cu Ni Co Al); conin 12 15% (Ni + Co) i 2,3 3,0% Al (tipul A) sau 5,5 6,5% (Ni + Co) i 1,2 1,8% Al (tipul B); - aliaje de tip melchior; conin 29 33% (Ni + Co), 0,6 1,0% Fe i 0,8 1,3% Mn; - electrotehnice: - aliaje de tip constantan (60% Cu, 40% Ni); - aliaje de tip nichelin (54% Cu, 26% Ni, 20% Zn); - aliaje de tip copel; 42,5 44% (Ni + Co), 0,1 1% Mn i rest cupru; - aliaje de tip neusilber (60% Cu, 17% Ni, 23% Zn).

14

2.6.4. Simbolizarea mrcilor i produselor cu coninut de cupru In conformitate cu standardul SR ISO 1190/1:1993 simbolizrile cuprului nealiat trebuie s conin simbolul chimic al cuprului (Cu), urmat de o serie de litere majuscule; aceste simboluri literare, separate de simbolul chimic printr-o liniu, reprezint iniialele formelor de livrare n limba englez, i anume: - Cu-CATH cupru n catozi; - Cu-ETP cupru rafinat electrolitic, cu coninut de oxigen; - Cu-ERHC cupru rafinat termic, cu conductivitate ridicat; - Cu-CRTP cupru rafinat chimic, cu coninut de oxigen; - Cu-FRTP cupru rafinat termic, cu coninut de oxigen; - Cu-PHC cupru cu conductivitate ridicat, cu coninut de fosfor; - Cu-PHCE cupru cu conductivitate ridicat, cu coninut de fosfor (utilizat n electronic); - Cu-DLP cupru dezoxidat cu fosfor, cu coninut redus de fosfor; - Cu-DHP cupru dezoxidat cu fosfor, cu coninut ridicat de fosfor; - Cu-OF cupru rafinat electrolitic, fr oxigen; - Cu-OFE cupru rafinat electrolitic, fr oxigen (utilizat n electronic). Conform standardului SR ISO 1190/1:1993 aliaje de cupru pot fi simbolizate alfanumeric, pe baza compoziiei lor chimice; simbolizarea trebuie s conin simbolurile chimice ale elementului de baz (Cu) i cele ale elementelor de aliere urmate de numere (de preferin ntregi) care se refer la coninutul nominal al elementului respectiv (dac este 1%). Elementele de aliere trebuie s fie indicate n ordine descresctoare (de exemplu: CuZn36Pb3) sau, n cazul coninuturilor egale, n ordine alfabetic a simbolurilor chimice (de exemplu: CuAl10Fe5Ni5), cu condiia ca elementul principal de aliere, pentru tipul de aliaj luat n considerare, s fie nscris primul, fr a ine seama de coninutul su (de exemplu: CuNi18Zn27 i nu CuZn27Ni18). Aliajele deformabile i aliajele de turntorie pot avea aceeai simbolizare deoarece pot avea limite asemntoare pentru compoziia chimic. Pentru identificarea aliajelor de turntorie simbolizarea trebuie s conin prefixul G i, n funcie de procedeul de turnare, se folosesc urmtoarele prefixe: - GS turnare n nisip; - GM turnare n cochil; - GZ turnare centrifugal; - GC turnare continu; - GP turnare sub presiune.

Exemple: CuZn28, CuZn37Mn3Al2PbSi, CuSn8, CuAl6Si2Fe, CuBe2Pb. Standardul european EN 1412, care n ara noastr a fost adoptat n varianta SR EN

1412:1997, definete regulile de simbolizare ale cuprului i aliajelor de cupru n sistemul numeric. Conform acestui standard simbolul se compune din ase caractere (litere latine majuscule i cifre arabe), poziiile lor fiind urmtoare:

- poziia 1; trebuie s conin litera C, care indic materiale cu coninut de cupru; - poziia 2; conine, dup caz, una din urmtoarele litere: B materiale sub form de lingou destinat retopirii n vederea obinerii

produselor turnate; C materiale sub form de produse turnate: F materiale de adaos pentru lipire i sudare;

15

M prealiaje; R cupru brut rafinat; S materiale primare recirculabile; W materiale sub form de produse obinute prin deformare plastic; X materiale nestandardizate. - poziiile 3 pn la 5; caracterele destinate pentru aceste poziii sunt cifre, care

formeaz un numr cuprins ntre 000 i 999 (tab.2.15.); materialele de cupru standardizate au numerele cuprinse n intervalul 000 i 799, iar materialele nestandardizate sunt incluse n intervalul 800 i 999.

- poziia 6; caracterul destinat acestei poziii este o liter care precizeaz una din grupele de materiale indicate n tabelul 2.15.

Tab.2.15. Semnificaia poziiilor de la 3 la 6 (SR EN 1412:1997).

Grupa de material Poziia 6 Poziiile 3, 4 i 5

Cupru A B 001 049 050 099

Aliaje de cupru slab aliate (max. 5% elemente de aliere) C D 100 149 150 199

Aliaje de cupru diverse (min. 5% elemente de aliere) E F 200 249 250 299

Aliaje cupru aluminiu G 300 349 Aliaje cupru nichel H 350 399 Aliaje cupru nichel zinc J 400 449 Aliaje cupru staniu K 450 499

Aliaje binare cupru zinc L M 500 549 550 599

Aliaje cupru zinc plumb N P 600 649 650 699

Aliaje complexe cupru zinc R S 700 749 750 799

Materiale nestandardizate* A S 800 999 * In funcie de grupa de material

Exemple: CR003A, CW019A, CB752S, CC383H, CW110C, CB330G, CC497K. Simbolizarea strilor metalurgice ale cuprului i aliajelor de cupru se face conform standardului SR EN 1173:2008 i se bazeaz pe condiiile obligatorii referitoare la caracteristici (la nivelul caracteristicii solicitate) i dac este cazul, la orice tratament suplimentar, special. Simbolizarea cuprinde n general patru simboluri; pe prima poziie trebuie s fie o liter, iar pe urmtoarele (de la 2 la 4) trebuie s fie cifre. Simbolizarea se poate suplimenta cu o cifr pentru poziia 5 sau cu o liter pe poziia 5 sau 6, dac se prevede un tratament suplimentar. Poziia 1 prezint caracteristica obligatorie de simbolizare (precizat n standardul de produs) printr-o liter mare a alfabetului (tab.2.16.); utilizarea unei litere ce indic o caracteristic obligatorie de simbolizare nu interzice combinarea a dou sau mai multe caracteristici obligatorii, dac sunt prevzute n standardul de produs. Cu excepia simbolurilor D, G i M, poziiile 2, 3 i 4 corespund la trei cifre ce indic valorile minime ale caracteristicilor obligatorii precizate n standardul de produs. Simbolurile D i M nu sunt urmate de nici un alt caracter; simbolul G este urmat de trei cifre ce indic

16

Tab.2.16. Simbolizarea strilor metalurgice (SR EN 1173:2008).

Liter* Caracteristica obligatorie de simbolizare A Alungire B Limit de ndoire elastic D Brut de tragere, fr precizarea caracteristicilor mecanice G Mrime de grunte H Duritate (Brinell sau Vickers) M Brut de fabricaie, fr precizarea caracteristicilor mecanice R Rezistena la traciune Y Limita de curgere convenional la 0,2%

* Procedeul de fabricaie i/sau tratamentul termic nu se indic prin litere valoarea medie a caracteristicii obligatorii din standardul de produs. Dac valoarea caracteristicii obligatorii cuprinde doar dou cifre semnificative, pe poziia 2 de adaug un zero (0), naintea valorii precizate (de exemplu, pentru duritate); dac valoarea caracteristicii obligatorii nu cuprinde dect o singur cifr semnificativ, se adaug zerouri pe poziiile 2 i 3, naintea valorii precizate (de exemplu, pentru alungire. Dac este necesar, simbolizarea se poate suplimenta cu cifr pe poziia 5 pentru indicarea unei caracteristici foarte mari (de exemplu, rezistena la traciune foarte mare) sau cu litera S la poziia 5 sau 6 dac se aplic un tratament suplimentar (de exemplu, tratament pentru detensionarea unui produs). Simbolizarea strii metalurgice a materialului se utilizeaz la definirea produsului i n informaiile prezentate n comand. La aceast definire a produsului, simbolizarea strii metalurgice trebuie s urmeze simbolizarea materialului i s fie separat printr-o liniu. Exemple: - Alungire: Srm SR EN 13602:2003 Cu-OF A007 1)

(SR EN 13602:2003 Cupru i aliaje de cupru. Srm rotund, tras de cupru pentru fabricarea conductoarelor electrice); - Limite de ndoire elastic: Band SR EN 1654:2002 CuSn8 B410 1) (SR EN 1654:2002 Cupru i aliaje de cupru. Benzi pentru arcuri i conectoare); - Bare de tragere: eav SR EN 13600:2003 Cu-ETP D 1) (SR EN 13600:2003 Cupru i aliaje de cupru. evi de cupru fr sudur pentru aplicaii electrice); - Mrime de grunte: Band SR EN 1652:2000 CuZn37 G020 1) (SR EN 1652:2000 Cupru i aliaje de cupru. Plci, table, benzi i discuri pentru aplicaii generale); - Duritate: Tabl SR EN 1652:2000 CuZn37 H150 1) (SR EN 1652:2000 Cupru i aliaje de cupru. Plci, table, benzi i discuri pentru aplicaii generale); - Brut de fabricaie: Bar profilat SR RN 12168:2011 CuZn36Pb3 M 1) (SR EN SR RN 12168:2011 Cupru i aliaje de cupru. Semifabricat cav pentru prelucrare mecanic simpl);

17

- Rezisten la traciune: Bar SR EN 12164:2011 CuZn39Pb3 R500 1) (SR EN SR RN 12164:2011 Cupru i aliaje de cupru. Bare pentru prelucrare mecanic simpl); sau Band SR EN 1652:2000 CuBe2 R1200 1) (SR EN 1652:2000 Cupru i aliaje de cupru. Plci, table, benzi i discuri pentru aplicaii generale); - Limit de curgere convenional la 0,2%: Band SR EN 1654:2002 CuZn30 Y460 1) (SR EN 1654:2002 Cupru i aliaje de cupru. Benzi pentru arcuri i conectoare); - Tratament suplimentar pentru detensionare: eav SR EN 12452:2012 CuZn20Al2 R340S 1) (SR EN 12452:2012 Cupru i aliaje de cupru. evi laminate fr sudur, cu aripioare pentru schimbtoare de cldur). 1) Se completeaz n conformitate cu standardul de produs corespunztor.

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.

16. * * *, SR ISO 197-1:1994, Cupru i aliaje de cupru. Termeni i definiii. Partea 1: Materiale.

17. * * *, SR EN 1173:2008, Cupru i aliaje de cupru. Simbolizarea strilor metalurgice.

18

18. * * *, SR ISO 1190/1: 1993, Cupru i aliaje de cupru. Cod de simbolizare. Partea 1: Simbolizarea materialelor. 19. * * *, SR EN 1412:1997, Cupru i aliaje de cupru. Sistemul european de simbolizare numeric.