AURELIA CHIOIBAŞ

ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELOR

Cuprins

1. Proprietaţile materialelor metaliceő Incercările materialelor 2. Structura cristalină a materialelor metalice 3. Deformarea plastică a materialelorő Recristalizarea 4. Aliaje Fe-C 5. Tratamente termice aplicate materialelor metalice 6. Oţeluri aliate 7. Aliaje neferoase 8. Materiale compozite 9. Turnarea materialelor metalice 10. Prelucrarea materialelor metalice prin deformare plastică 11. Sudarea materialelor metalice 12. Controlul defectoscopic nedistructiv aplicat pieselor metalice

1.1. INTRODUCERE

Tehnologia materialelor este ştiinţa tehnico-aplicativă care studiază procesele la care

sunt supuse materiile prime, materialele, semifabricatele în timpul operaţiilor de prelucrare, cu scopul obţinerii pieselor finite în condiţii tehnico-economice optime.

În tehnică se utilizează atât materiale metaliceν cât şi nemetaliceő Materialele metalice

se împart în două categoriiβ a) feroase: Fe şi aliajele sale σoţeluriν fonteε⁄ b) neferoase: celelalte metale şi aliajele lorő Metalele sunt materiale caracterizate prin conductibilitate termică şi electrică bunăν

coeficient de temperatura al rezistivităţii pozitivν luciu metalicν plasticitateν ductilitateν opacitate

şi existenţa structurii cristaline în stare solidăő Metale precum fierul, aluminiul, cuprul, zincul, plumbul, nichelul, etc., care au o

importanţă foarte mare în industrie se numesc metale tehniceő Aliajele se obţin prin topirea sau difuziunea metalelor σsau a metalelor şi a metaloizilor)

între ele şi prin sinterizareő Acestea au anumite proprietăţi fizico-chimice superioare componentelor pure.

Utilizarea materialelor se face în funcţie de proprietăţile acestoraν care pot fiβ fiziceν

chimice, mecanice şi tehnologiceő 1.2. PROPRIETĂŢILE MATERIALELOR

A. Proprietăţi fizice

a) Greutatea specifică⁄ b) Dilataţia termică⁄ c) Contracţia⁄ d) Conductivitatea termică⁄ e) Conductivitatea electrică⁄ f) Capacitatea de iluminare; g) Magnetismul.

B. Proprietăţi chimice a) Rezistenţa la coroziune⁄ b) Refractaritatea.

C. Proprietăţi mecanice

a) Rezistenţa la rupere⁄ b) Elasticitatea; c) Plasticitatea; d) Tenacitatea; e) Fragilitatea; f) Duritatea; g) Fluajul; h) Rezilienţa⁄

i) Rezistenţa la uzură⁄ j) Rezistenţa la oboseală⁄

k) Relaxarea; l) Ecruisarea.

D. Proprietăţi tehnologice a) Turnabilitatea; cuprinde 3 aspecte: fluiditatea, contracţiaν tendinţa de segregareő

b) Capacitatea de prelucrare prin deformare plastică⁄ vizează două aspecteβ

maleabilitatea şi ductilitatea; c) Forjabilitatea; d) Sudabilitatea;

e) Prelucrabilitatea prin aşchiere⁄ f) Călibilitateaő

1.3. ÎNCERCĂRILE MATERIALELOR Pentru evidenţierea proprietăţilor materialelor folosite în industrie se fac încercăriν în

general, pe epruvete standardizate. A. Încercări mecanice

Prin încercările mecanice ale metalelor se înţeleg toate determinările privind

comportarea metalelor, în anumite condiţii de solicitare mecanicăő Încercările mecanice sunt

clasificate după mai multe criteriiő După felul caracteristicilor exprimate: încercări de rezistenţă şi încercări tehnologiceő După tipul solicităriiβ încercări la tracţiuneν la compresiuneν la încovoiereν la răsucireν la

forfecare, la presiune de contact şi la solicitări compuseő După modul de acţionare a forţei: încercări statice σviteza de solicitare ≤≠δ daNγmm

2s sau frecvenţa de solicitare ≤ ≥δ cicluriγsecundăε şi încercări dinamice σviteza de

solicitare > 10 daN/mm2s sau frecvenţa de solicitare > ≥δ cicluriγsecőε După temperatura la care se execută încercarea: încercări la temperatura mediului

ambiant, încercări la cald si încercări la receő Temperatura normală de încercare este

293,15 K± ↓ Kő Pentru încercările la caldν respectiv la receν temperatura limita va fi în

funcţie de natura metalului sau aliajului încercat. 1. Încercarea statică la întindere a) Diagrama încercării la tracţiune Diagrama încercării la tracţiune dă variaţia F = fσΔlε, în care F � forţa de tracţiuneν Δl �

alungirea epruvetei; alura depinde de dimensiunea epruvetei astfel că se preferă obţinerea curbei caracteristice convenţionale (ccc) σ = fσεε, în care - efort unitar, - lungire specifică.

2mm/daN

0AF

;

0L0LuL

F - forţa de tracţiune⁄ A0 � secţiunea iniţială⁄ L0 � ungimea iniţială dintre reperele trasate pe porţiunea calibrată a epruvetei⁄ Lu � lungimea dintre aceleaşi repereν măsurată la aplicarea unei sarcini sau după rupereő

b) Punctele şi zonele caracteristice de pe c.c.c. αfig. 1.3→ 1) (Rp)p = limita de proporţionalitate⁄ OP � singura zonă rectilinie 0A/pFp , [daN/mm2] unde: Fp � forţa corespunzătoare punctului Pő

p = 0,002 care corespunde unei deformaţii p = 0,002 %.

2) e = limită de elasticitate⁄ e = 0,02 care corespunde unei deformaţii e = 0,02%. pt < e, descărcarea epruvetei se suprapune cu încărcarea⁄ pt > e, descărcarea epruvetei se va face paralel cu OPν obţinându-se o deformare totalăβ

total = permanent + elastic

3) (Rc)c = limită de curgere σaparentăε

0A/cFcR , [daN/mm2].

CC' - palier de curgere (sinuos sau orizontal) � pt materiale tenace → modificările structurale

determină ecruisarea c = 0,2 = limită de curgere convenţionalăν

pentru materialele fragile 0,2 corespunde unei lungiri specifice permanente de 0,2%. 4) C'R = zonă de întărire σecruisareν

autoconsolidare). 5) pt Fmax (R) apare gâtuirea epruveteiő Rezistenţa mecanică σRm, r):

0A/rFmR , [daN/mm2].

6) RR' = zonă de cedareő c) Caracteristici mecanice (mărimi

caracteristice): 1. lungirea specifică alungirea la rupere

0L0LuL

r %1000L

0LuLnAn

, n=5; 10

2. gâtuirea specifică gâtuirea σstricţiuneaε la rupere

0AuA0A

r

%1000A

uA0AZ

A0 = πd0

2/4, A = πd2/4.

3. limita de curgere

0A/cFcR)c( , [daN/mm2]

4. limita de rupere 0A/rFmR)r( , [daN/mm2]

Observaţii: a) aspectul secţiunii de rupere⁄ b) alungirea este însoţită de contracţia transversală

0d0dd

t

Deformaţia specifică transversală t este o parte din lungirea : t = - ν·,

Figura 1.3. Curba caracteristică

a unui oţel moale

K

1

2

[daN/mm2]

ε[%]

unde: ν � coeficientul lui Poisson. d) Legea lui Hooke la tracţiune Zona OP este caracterizată de ecuaţiaβ

E , E = modulul de elasticitate longitudinal (modulul lui Young) (E = tgαε⁄ σEoţel = 2,1 106 daN/cm2). Oţelul dur, oţelul aliatν Alν Cuν bronzul prezintă zona de proporţionalitate pe cőcőcő

Betonul, fibrele textile, alama, fonta nu prezintă nici zonă de proporţionalitate şi nici palier de

curgere; betonul sau fonta prezintă o rezistenţă mult mai mare la compresiune decât la

tracţiune σbetonul prezintă σr tracţiune = 0,1 σr compresiune , iar fonta σr tracţiune = 0,25 σr compresiune). 2. Încercarea la compresiune 3. Încercarea la încovoiere 4. Încercarea la forfecare 5. Încercarea la fluaj 6. Încercarea la flambaj 7. Încercarea de rezilienţă 8. Încercarea de rezistenţă la oboseală 9. Încercarea durităţii

Metoda Brinell Metoda Vickers Metoda Rockwell Metoda Shore Metoda Poldi

B. Încercări tehnologice Încercările tehnologice exprimă capacitatea de prelucrare a metalului, astfel că

rezultatele se exprimă de cele mai multe ori prin calificativeő 1) încercarea de ambutisare a tablelor prin metoda Erichsen, în urma căreia se

determină indicele Erichsenν IE [mm]. 2) încercarea la îndoire alternantă a tablelor şi benzilor de oţelν în urma căreia se

determină nrő maxim de îndoiri la care poate fi supus materialul în timpul prelucrăriiő 3) încercarea la refulare, pescifică materialelor ce urmează a fi prelucrate prin forjareő 4) încercarea la îndoireν care se aplică numai materialelor tenace. C. Încercări fizice Se pot realiza: a) fără distrugerea probei σdefectoscopieε - raze Rőentgen σXε - raze γ - cu pulberi magnetice - cu ultrasunete b) cu distrugerea probei (studiul metalografic).

D. Încercări chimice

Se determinăβ a) elementele de aliere, adăugate intenţionat b) elementele însoţitoareν rezultate în urma elaborării σSν Oν Hν Nν Pεő

2. STRUCTURA ŞI PROPRIETĂŢILE METALELOR

2.1. LEGĂTURI INTERATOMICE Între atomi se evidenţiazăβ - forţe de legătură puternice σprimareεβ

- legătura ionică σdure, fragile şi au conductibilitate electrică redusă) - covalentă σdureν Ttop înalteν fragileν conductibilitate electrică nulă σ izolatoareβ

ceramice, polimeri)) - metalică σreţea cristalină compactăν plasticitateν conductibilitatea termică şi

electricăν luciu metalicν emisie termoelectricăν opacitateν reflexieνε - forţe slabe σsecundareεβ de tip Van der Waalső

2.2. SISTEME CRISTALINE Şir reticular Plan cristalografic (reticular) Reţea cristalină Celula elementară Mărimile caracteristice ale celulei elementareβ

Figura 2.2. Şir reticular

a

Figura 2.3. Plan reticular

a

b

Figura 2.4. Reţeaua cristalină

Figura 2.5. Celula elementară

- lungimile laturilor a, b, c (parametrii reţeleiν constantele sau perioadele reţeleiε - mărimile unghiurilor , , Sisteme cristaline În funcţie de valorile celor ˚ parametri se deosebesc ≈ sisteme cristaline şi ≠↓ tipuri de

reţele cristaline σreţele Bravaisεő 1. Sistemul cubic În sistő CVC cristalizează Vν Crν Fe, Nb, Mo, Ta, W, care au rezistenţă mecanică

ridicatăν plasticitate moderatăő În sistő CFC cristalizează Alν Cuν Niν Agν Irν Ptν Auν Pbν Fe, care au ductilitate şi

maleabilitate ridicatăő 2. Sistemul tetragonal

3. Sistemul ortorombic (rombic) 4. Sistemul trigonal 5. Sistemul hexagonal În sistő H cristalizează Beν Mgν Cdν Tiν Zrν care au - plasticitate scăzută 6. Sistemul monoclinic

7. Sistemul triclinic

2.2.2. Alotropia metalelor - Alotropie (polimorfism) ; - forme alotropice: , , şőaő⁄ - transformare alotropică σpolimorficăεβ permite realizarea tratamentelor termiceő

Alotropia fierului

Transformarea Li → S = cristalizarea primară a fierului (1538C)

Transformările în stare solidă = cristalizarea

secundarăν cuprindeβ - transformări de ordinul I = transformările

alotropice ale fierului: (A4) 1394C: Fe δ → Fe (A3) 912 C: Fe → Fe

- transformări de ordinul II = transformarea

magnetică ((A2) 770C = pct. Curie) Aci ≠ Ari → există histerezis termic. Fe (C.F.C.) permite o solubilitate mai mare a

C, comparativ cu Fe (C.V.C.), fapt care stă la baza

tratamentelor termice.

Figura 2.12. Curba de răcireő

Punctele critice ale fierului

2.3. IMPERFECŢIUNI ÎN CRISTALE Orice abatere de la aranjarea regulată a atomilor în reţeaua cristalină se numeşte

imperfecţiune σdefectε cristalinăő 2.3.1. Clasificarea imperfecţiunilor reticulare

A. Defecte punctiforme

simple

punctiforme

complexe

vacanţe

atomi interstiţiali

atomi de substituţie

Schottky

Frenkel

limite dintre grăunţi de suprafaţă

sublimite de grăunţi

liniare marginală elicoidală

defecte de volum microscopice

macroscopice

Defecte reticulare

a) b) c)

d1) d2) Figura 2.13. Defecte punctiforme

B. Defecte liniare (dislocaţii→ 1. Dislocaţia marginală (Taylor) (fig. 2.14)

2. Dislocaţia elicoidală (Bürgersε În generalν dislocaţiile sunt mixte formând reţele de dislocaţii. Ele iau naştere în timpul proceselor de solidificare şi PDPRő C. Defecte de suprafaţă 1. Sublimite de grăunţi (fig. 2.18)

Fig.2.16. Dislocaţie

elicoidală σde tip Bürgersε

Fig.2.15. Circuitul Bürgers

Figura 2.14. Cristal cu reţea cubică care

conţine o dislocaţie marginală

Figura 2.18. Structura în mozaic a cristalelor

θ

2. Limitele dintre grăunţi (fig. 2.19)

D. Defecte de volum Ele includ: fisurile şi microfisurileν porozităţile şi microporozităţileν retasurile şi microretasurile, incluziunile străine metalice sau nemetaliceő Defectele de volum trebuie reduse la minim, deoarece determină scăderea tuturor

proprietăţilor mecanice ale materialelor metaliceő

Figura 2.19. Reprezentarea schematică a limitelor dintre grăunţi

3. DEFORMAREA PLASTICĂ ŞI RECRISTALIZAREA

3.1. Deformări elastice. Deformări plastice Deformări elastice; E � ct de material

Deformări plastice; D - modulul de plasticitate este o mărime variabilă în timpul

deformării 3.2. Deformarea plastică a monocristalelor Deformarea plastică a monocristalelor se poate

produce fie prin translaţie σalunecareν clivajεν fie prin

maclare. a) Deformarea plastică prin alunecare (clivaj)

- linii de alunecare = linii Lüders - benzi de alunecare - plane de alunecare - direcţii de alunecare b) Deformaţia plastică prin maclare

3.3. Deformarea plastică a agregatelor policristaline

Figura 3.1. Schema deformării

plastice prin alunecare a monocristalului

F1 F1

Linii de alunecare

F2

c

F2

Plane de alunecare

p

Monocristal

a

b

45°

a) b) Figura 3.2. Reţeaua cristalină la

deformarea prin alunecare a) înainte de deformare⁄

b) după deformare

a) b) Figura 3.3. Deformarea plastică prin

maclare: a) înainte de deformare⁄ b) după deformare

F

F

Zona maclata

Figura 3.4. Deformarea plastică a

agregatului policristalin: a) înainte

de deformare; b) după deformare

a b

La creşterea gradului de deformare Gd se alungesc grăunţiiν astfel că structura capătă

un aspect de fibraj la rece. La creşterea şi mai accentuată a gradului de deformare Gd, dispar contururile dintre

grăunţiν iau naştere goluriν iar unii grăunţi capătă o anumită orientareν astfel că se obţine o

textură a metalului (laminare, trefilare). Se observă că la creşterea Gd → ↑ duritateaν rezistenţa, ↓alungirea → se instalează

starea de ecruisare.

3.4. Recristalizarea Ecruisarea presupune existenţa tensiunilor interne în structurăν aspect care

echivalează cu o stare de neeechilibruő Aceasta poate fi îndepărtată prin aplicarea unei

recoaceri de recristalizare. Temperatura de recristalizare reprezintăβ

Trecr = 0,4 · Ttop, unde Ttop = temperatura de topire a metalului.

a) b) Figura 3.5. Secţiuni prin agregate

policristaline: a) grăunţi neorientaţi⁄

b) grăunţi orientaţi

[daN/mm²]Rm Restaurare

A [%]

Recristalizare Recristalizare colectiva

Temp [º C]T0 Trecr. Tlim.

a b c d estare initiala transformari structurale in timpul incalzirii

Rm

A

Figura 3.6. Modificarea proprietăţilor şi a structurii

în timpul încălzirii materialelor metalice ecruisate

Un semifabricat căruia i s-a aplicat o recoacere de recristalizare, poate fi din nou deformat plastic la rece până la o nouă ecruisareν după care urmează un nou tratament

termic de recristalizare şőaőmődő

4. STRUCTURA ŞI PROPRIETĂŢILE

ALIAJELOR FIER-CARBON

4.1. CONSIDERAŢII GENERALE - Componentele aliajului - sistem: - omogen - eterogen - fazăβ soluţie solidăν metal purν compus intermetalic - constituent structural (metalografic): soluţie solidăν amestecul mecanicν compus

intermetalic Metalul pur se caracterizează prinβ

- conductibilitate electrică şi termică ridicatăν plasticitate mare - duritate, limita de curgere şi rezistenţa la rupereν scăzute - cristalizează la temperatură constő Soluţia solidă - Poate fi: sss, ssi

Compusul intermetalic se caracterizează prinβ - între atomii metalului de bază şi atomii elementelor de aliere se stabilesc legături

chimice; - reţeaua sa cristalină este diferită de cea a componenţilor - prezintă duritate ridicatăν în cosecinţă o rezistenţă mare la uzurăν fragilitate mare şi o

Ttopire ridicatăő Amestecul mecanic poate fi:

- eutectic - eutectoid.

Fe formeazăβ - sss cu metalele - ssi cu unele nemetale (C, H, N, B).

Ferita (F, α→ - este soluţia solidă interstiţială a C cu Fe (se mai numeşte ss αεν având reţea CVCő - dizolvă δνδδ˚şC la θδ

0C şi δνδθ≠ρşC la ≈θ≈0C

- este un constituent moale şi plastic

Atom de substituţie Fig. 4.1. Soluţie

solidă de substituţie

Atom interstiţial Fig. 4.2. Soluţie

solidă interstiţială

- are punctul Curie la A2 = 7700C Austenita (A, )

- este soluţia solidă interstiţială a C cu Fe (se mai numeşte ss ), având reţea CFC - dizolvă δν≈≈şC la ≈θ≈

0C şi θν≠≠şC la ≠≠↓ρ°C - în cazul oţelurilor aliate apare la tempő mediului ambiant - constituent plastic, favorabil prelucrărilor prin deformare plastică la cald a oţelurilor - are greutatea specifică mare - este paramagnetică

4.2. Forme de separare ale carbonului în aliajele Fe-C

C se poate separa sub două formeβ - legat sub formă de cementită σcarbură de fierεν care corespunde echilibrului

metastabil; - liber sub formă de grafitν corespunzător echilibrului stabilő

Cementita: - conţine de ˚ν˚≈ş C - Ttop = 12270C - este dură σHB700�ρδδdaNγcm

2) şi fragilă - are punctul Curie A0 = 2300C - nu este un produs stabil, astfel că în anumite condiţii de temperatură se descompune

în atomi de Fe şi carbon liber σgrafitεβ Fe3C 3Fe+C(grafit)

Carbonul liber sub formă de grafitβ - se întâlneşte numai în structura fontelor cenuşiiő - Ttop < 4.200oC) - este refractar - este moale şi are rezistenţă scăzutăő 4.3. DIAGRAMA DE ECHILIBRU METASTABIL ŞI STABIL

Sistemul Fe3C corespunde unei răciri cu o viteză mai mareν când în lichid se găsesc în

cantităţi ceva mai mari de elemente carburigene σMnν Crν Vν Mo etcε şi C se află în cantităţi

mai reduse, separarea făcându-se sub formă de σFe3C). Sistemul Fe-grafit corespunde unei răciri cu o viteză mai micăν când în lichid sunt

prezente în cantităţi mai mari elemente grafitizante σSiν Niν Al etcε şi C se află în cantităţi mai

mari, separarea făcându-se sub formă de grafitő

Li+

0,170,09

N

1350

A[°C]

1495

H

%C0,53

Li+

BLi

J

Figura 4.2. Colţul din stânga

sus al diagramei Fe-Fe3C

4.3.1. Semnificaţia liniilor din diagramă

Perlita reprezintă un amestec mecanic eutectoidν este dură şi plasticăő Ledeburita reprezintă un amestec mecanic eutecticν este foarte dură şi fragilăν în

general inutilizabile în construcţia de maşiniő Ledeburita este feromagnetică deoarece conţine

perlită feromagneticăő

γ α (0,0218%C)+Fe3C (6,67%C)

727° C 0,77% C

Li γ (2,11%C)+Fe3C (6,67%C)

1148° C 4,3% C

738°C

727°C

1148°C

1154°C

S

S'

G912

E

E'

C

C'

F

F'D

1227°C

D'(5,56%C)

[%] C

1538

1495

1394

J BA

N

H

KK'

O

0,006

0,0218

A+

Li+

Li

Li+Gf I

Li+Fe3C I

A+Fe3C I

(A+Gf I)

A+Fe3C II

(A+Gf II)

Pe+Fe3C II+Led.tr.

(F+Gf)Led.tr.+Fe3C IPe+Fe3C II

Per

lita

Led.

tr.

Lede

burit

a

+Fe3CIII+Pe

F

F+Fe3C III

0,68

0,77

2,08

2,11

4,26

4,3

F+A

P'

P

Li + A

A ()

Q600

t [°C]

6,67

4.3.2. Diagrama de constituenţi a sistemului Fe-Fe3C

4.3.3. Punctele critice din sistemul Fe-Fe3C Punctele critice la încălzire se notează

- Ac (din lb. francezăν Arrêt chauffage - oprire la încălzireε - Ar (Arrêt refroidissement - oprire la răcireεő

Există şase puncte critice care sunt prezentate în figura ↓ő↓ şi tabelul ↓ő≠ő

t [°C]

6,67

727°C

1148°C

S

G912

E C

F

D

[%] C

1538 A

K

O

0,006

0,0218

Li

Li+Ce I

Led + Ce IA+Ce II + Led

Pe+Ce II+Led.tr. Led.tr.+Ce IPe + Ce II

Per

lita

Led.

tr.

Lede

burit

a

+ Ce III+ Pe

F()

+Ce III

0,77 2,11 4,3

A+F

P

Li+A

A ()

Q

A+Ce II

6,67[%] C0,0218

FeritaCementita

Perlita

FeritaLedeburita

5 [%] C

Ce Ig

Ce IIbf h

Con

stitu

ient

i st

ruct

ural

i [%

]

100

a c

d

Faz

e

100[%]

e

Figura 4.3. Diagrama Fe-Fe3C

Tabelul 4.1 Punctele critice ale sistemului Fe-Fe3C

Pct. critic

Temp. punctului [0C]

Linia ce marchează punctul

Caracterul transformării

Ao 210 - Transformarea magnetică cementiteiβ la

încălzireν din feromagneticăν cementita devine paramagneticăő

A1 727 PSK Transformarea eutectoidă σperliticăεő La răcire

austenita se transformă în perlităő

A2 770 MOSK

Transformarea magnetică a soluţiei solide . La încălzire sőső feromagnetică trece în sőső paramagneticăν sőső (după linia MO) sau în

s.s., care este întotdeauna paramagnetică

(după linia OSKε

A3 912 ÷ ≈θ≈ GOSK Transformarea s.s. în sőső la încălzire

(sfârşitul transformăriiε

NJ Transformarea s.s. în sőső la încălzire

(începutul transformăriiε A4

1496 ÷

1394 NH Transformarea s.s. în sőső la încălzire σsfârşitul

transformăriiε

Acem 1148 ÷

727 ES

Separarea (precipitarea) cementitei secundare în austenităν la răcireő

t [°C]

6,67

727°CS

G 912

E CF

D1227°C

Fe3C

1538 1495

1394

JB

A

N

H

K

0,006 0,0218

0,77 2,11 4,3

PA 2

MO

A 1A 1, A 2, A 3

A 0 (210°ε

A cem

1148°C

A 4

A 2, A 3

[%] C

A 3

°C

Fe3C II

Q

4.3.4. Domeniul oţelurilor carbon şi al fontelor în diagrama Fe-C (fig. 4.10) După şCν aliajele se împart în două categoriiβ

- oţeluri, care conţin până la θν≠≠şC⁄ - fonte albe (aspect argintiu al rupturii datorat Fe3C), cu un %C de la 2,11 până la

6,67%C. În raport cu punctul eutectoid Sν oţelurile se subîmpart înβ

- oţeluri hipoeutectoide, care conţin până la δν≈≈şC - oţeluri eutectoide, care conţin δν≈≈şC - oţeluri hipereutectoide, care conţin între δν≈≈ şi θν≠≠şCő

În raport cu punctul eutectic Cν fontele se clasifică înβ - fonte hipoeutectice care conţin între θν≠≠ şi ↓ν↑şC⁄ - fonte eutectice, care conţin ↓ν↑şC⁄ - fonte hipereutectice, care conţin între ↓ν↑ şi ˚ν˚≈şCő

4.3.5. Mecanismul formării structurilor în diagrama Fe-Fe3C A: Oţeluri 1. C → δνδδ˚ ş 2. C: (0,006 � 0,0218) %

3. C: 0,2%

Ferita

Fe3C III

Ferita

Pe

α

4. C: 0,4% 5. C: 0,6%

6. C: 0,77% (ol. ed.)

7. C: 1,2% (ol. Hed.)

Pe

α σlipsa limitelor dintre grăunţiε

Pe

α σreţea cu margini

neregulate)

Perlită

Pe

Fe3C (sub formă de reţeaε

B. Fonte albe 8. C: 3% (Fa hec.)

t [°C]

6,67

S

G912

E C

F

D

[%] C

1538 A

K

0,0218

Li

Li+Ce I

Led + Ce IA+Ce II + Led

Pe+Ce II+Led

Led + Ce I

Pe + Ce II

Per

lita

Lede

burit

a

F+Pe

0,77 2,11 4,3

P

Li+A

A ()

A+Ce II

0,5 1,2 3,0 5,0

M

Oteluri hipoeu-tectoide

Oteluri hipereutectoide Fonte hipoeutectice Fonte hipereutectice

Ferita

Ce I

Led

Led

Ce II

Pe

Pe

Ce II

Led

Pe

Pe F

Q

O

1148

727

Figura 4.10. Oţelurile carbon şi al fontele albe în diagrama Fe-Ce

Pe

Ce II

Led

9. C: 4,3% (Fa ec.) 10. C: 5% (Fa Hec.)

4.3.6. Clasificarea şi simbolizarea oţelurilor carbon

a) după ş Cβ b) după agregatul de elaborareβ c) după gradul de dezoxidare d) după tratamentul termic e) după modul de prelucrare

1. oţeluri deformabile - cu destinaţie generală

oţeluri de uz generalβ OL↑θőθ σO - oţel⁄ L - laminat; σr = 32daN/mm2; 2 - clasă de

calitate) oţeluri de calitateβ OLC≠δν OLC≠≥ν OLCθδν�ν OLC˚δ σOLC ≠δβ O - oţelν L -

laminat, C - de calitate, 10 → δν≠şCε oţeluri de calitate superioarăβ OLC ↓≥X σO - oţelν L - laminat, C - de calitate, 45 → δν↓≥şCν X � superior)

- cu destinaţie precisă oţeluri pt prelucrare pe maşini automateβ AUT θδL σAUT � pt. prel. pe MA, 20→

0,2%C, L � laminat la cald); AUT 22T (AUT � pt. prel. pe MA, 22→ δνθθşCν T � tras la rece)

oţeluri de sculeβ OSC≈ν OSCρν OSCρMν OSC≠δν OSC≠≠ν OSC13; (OSC 8M: O - oţel⁄ SC � scule; 8 - → δνρşC⁄ M � un conţinut ridicat de manganε

2. oţeluri turnateβ OT ↓δő≠ σO - oţel⁄ T - turnat; σr = 40daN/mm2; 1 - clasă de

calitate) f) după duritate

Fontele albe Se utilizeză Fa hecν dură şi fragilă → se toarnă piese care sunt supuse ulterior

operaţiilor de recoacere de maleabilizareő

Fonte cu crustă dură - au o utilizare ceva mai largă decât fontele albe - în miez este structură de fontă cenuşie şi la suprafaţăν structură de fontă albă - grosimea crustei dure este de 12-30mm şi se obţine în general prin turnarea fontei

respective în forme metalice σcochilieε - din fonta cu crustă dură se toarnă piese care lucrează în condiţii de uzură foarte

intensă cum suntβ cilindrii de laminor pentru siderurgieν calandrii pentru industria chimică şi a hârtieiν axele cu came pentru motoarele cu ardere internăν roţile pentru

vagoane, etc. 4.3.8. Sistemul Fe-Gf (grafit)

Caracteristici: - carbonul se prezintă sub formă de grafit

Led

Ce I

Led

- în locul cementitei va apare grafitul - în locul eutecticului cu cementită σledeburităε apare eutecticul cu grafit σformat din soluţia

solidă şi grafitε - în locul eutectoidului cu cementită σperlităε apare eutectoidul cu grafit σformat din ferită şi

grafit). A. Fontele cenuşii αFc→

Clasificare Masa metalică de bază poate fiβ

- feriticăν fonta numindu-se fontă cenuşie feritică⁄ - ferito-perliticăν fonta numindu-se fonta cenuşie ferito-perlitică⁄ - perliticăν fonta numindu-se fontă cenuşie perlitică⁄ - perlito-cementiticăν fonta numindu-se fontă cenuşie perlito-cementiticăő

Simbolizare Fc 100: F � fontăν c � cenuşieν σr = 100 N/mm2 B. Fontele maleabile Se obţin din Fa hec σ~↑νθşCε supuse recoacerii de maleabilizareν cândβ

Fe3C → ↑FeπC σGfε C sub formă de grafit în cuiburi σgrafit de recoacereεő Fontele maleabile pot fi: a) cu inimă albă σPe lamelarăεβ Fma ↑≥ ν Fma ↓δ b) cu inimă neagră σferiticăεβ Fmn ↑δν Fmn ↑θν Fmn ↑≥ν Fmn ↑≈ c) perlitice (Pe sorbiticăεβ Fmp ↓≥ν Fmp ≥δν�ν Fmp ≈δ Simbolizare F-fontăν m-maleabilă⁄ a-albă⁄ n-neagră sau p-perliticăν iar cifrele reprezintă σr

[daN/mm2]. Fm rezistă la solicitări staticeν dinamiceν vibraţii → punţi spate pentru autovehiculeν

cârligeν coliereν bucşeν etcő

Fc feritică

F

Gf

Pe

G

Fc perlitică

F

Pe

G

Fc ferito-perlitică

C. Fonte modificate cu grafit lamelar - prezintă în generalβ Rm = 30-40daN/mm2, A = 0,8-1% - Fgl 30-0.8: fontă cu Gf lamelar cu Rm = 30 daN/mm2 şi A = δνρşő

D. Fontele modificate cu grafit nodular

- Gf are formă sferică σde noduliε → este eliminată sursa concentrare a tensiunilorν de

amorsare a fisurilor → caractő mecő se apropie de a oţelurilor slabeν se TT asemănător

oţelurilorő - Fgn 40-12: fontă cu grafit nodular cu Rm = ↓δdaNγmm

2 şi A = ≠θş - După masa metalică de bazăν fontele cu grafit nodular se împart înβ

- fonte cu grafit nodular perlitice; - fonte cu grafit nodular ferito-perlitice; - fonte cu grafit nodular feritice.

E. Fontele aliate Fontele albe se aliază cuβ

Fgn feritică

Gf

F Pe

Gf

Fgn perlitică

F

Pe

Gf

Fgn ferito-perlitică

Figura 4.13. Microstructura fontelor maleabile: a) albe, b) negre, c) perlitice; sc. 200:1

Grafit în Grafit în

cuiburi

Perlită Ferită

Grafit în

cuiburi

a) b)

Sorbită

Grafit în

cuiburi

c)

- elementele carburigene (Mn, Cr, V şi Moεν care formează carburi şi favorizează

separarea carbonului sub formă de cementită⁄ - elemente grafitizante (Si, Al, Cu şi Niεν care favorizează separarea carbonului sub

formă de grafitő Pentru alierea fontelor se folosesc cel mai des Cr, Mo, Si, Ni şi Cuő a) Cromul formează carburi → ↑ duritateaν σr, σuzură. Ft speciale bogat aliate cu Cr (1,8%C+15-30%Cr) sunt refractare, Cr opunându-se

tendinţei de creştere a fontei la încălzireő b) Molibdenul ridică rezistenţa la şoc a fontei cenuşii c) Fontele speciale bogat aliate cu Si (14%Si+0,4-1%C+ 0,3-0,5%Mn) au proprietăţi

antiacide, rezistând la coroziunea acidului sulfuric şi acidului azoticő Aceste fonte sunt

cunoscute si sub denumirea de duriron. F. Fontele antifricţiune Proprietăţile antifricţiune ale fontelor cenuşii depind deβ a) cantitatea de Gf, care absorbe lubrifiantul şi-l menţine pe suprafeţele de frecare; b) cantitatea de Pe în masa metalica de bazăő

5. TRATAMENTE TERMICE (TT)

5.1. INTRODUCERE TT = procesul tehnologic aplicat semifabricatelor sau pieselor finite, care constă în

încălzireaν menţinerea şi răcirea cu diferite vitezeν cu scopul îmbunătăţirii proprietăţilorő TT pp. modificarea sau nu a structurii şi nemodificarea dimensiunilor şi ale formeiő

Un TT simplu (ciclu elementar) se reprezintă în

coordonate temperatură � timp (fig. 5.1) şi se

caracterizează prinβ a) perioada de încălzire t1, caracterizată de temperatura

de încălzire σTinc) şi viteza de încălzire σVinc), obţinute

într-un mediu de încălzire⁄ b) durata de menţinereν t2; c) perioada de răcire t3, caracterizată de temperatura de

răcire σTrăc) şi viteza de răcire σVrăc), obţinute într-un mediu de răcireő

Clasificarea TT: a) gr. I: recoaceri fără transformare de fază în stare solidăβ

- recoacere de detensionare (înlăturarea tensiunilor interneε - recoacere de recristalizare (înlăturarea ecruisăriiε - recoacere de omogenizare (omogenizarea compoziţieiε

b) gr. II: recoaceri fără transformare de fază în stare solidăβ - recoacerea obişnuită σpt aducerea structurii cât mai aproape de una de echilibruε - recoacerea de normalizare (pt obţinerea unui grăunte fin şi omogenε - recoacerea de globulizare (pt obţinerea unei Pe σCeε globulare

c) gr. III: căliriν pt obţinerea unor structuri în afara echilibruluiν caracterizate de ↑ durităţiiν

↑ σuzură d) gr. IV: reveniri, aplicate după căliriν pt aducerea structuriloi mai aproape de echilibruν ↓

tensiunilor interne e) tratamente termochimice, pt ↑ durităţiiν ↑ σuzură a straturilor superficiale cu păstrarea

plasticităţii miezuluiő

Figura 5.1. Reprezentarea grafică

a unui tratament termic simplu

5.2. PUNCTELE CRITICE ALE OŢELURILOR A1 = punctul critic inferior al oţelurilor Ac1 = grad de supraîncălzire cu care se produce transformarea la încălzire⁄ Ar1 = grad de subrăcire cu care se produce

transformarea la răcire⁄ Ac1 corespunde Pe → A σγε Ar1 corespunde A (γε → Pe A3 = punctul critic superior al oţelurilor hed Ac3 corespunde F(α) → A σγ) Ar3 corespunde A (γ) → Fσα) Acem = punctul critic superior al oţelurilor Hed

Ac cem corespunde dizolvării Fe3C în A σγ) Ar cem corespunde separării Fe3C din A (γ) 5.3. TTRANSFORMĂRI DE BAZĂ ÎN OŢELURI

1. Pe → A 2. A → Pe 3. A → Ms 4. Ms → Pe

1. Pe → A: la încălzirea peste Ac1 2. A → Pe: la răcirea izotermă sau continuă sub Ar1, rezultă structuri diferiteν cărora le

corespund proprietăţi fizico-mecanice şi tehnologice specificeő Corespunzător transformării izoterme a A s-a trasat diagrama TTT pt un oţel

eutectoid (fig. 5.6).

Corespunzător răcirii continue a A se suprapun peste diagrama TTT curbele de răcire

continuă a A cu diferite viteze (fig. 5.7)

Figura 5.2. Domeniul oţelurilor

în diagrama Fe-Ce

Figura 5.6. Diagrama TTT a unui oţel eutectoid

IV

Pe

Bs

log τ [s] Mf

Ms

T

Bi

S

A1 T [°C]

550

230

- 100

M+Arez

I

II III

V

1 2

M

v5 = viteza critică de călireν tg la cotul perliticν pt care în structură rezultă numai

martensită.

3. A → Ms Martensita de călire este o ss de Feα suprasaturată în C cu reţea tetragonală σcγa > ≠ε

cu volum centrat (fig. 5.8). M de călire = M albăő 4. Ms → Pe După diferite stadii de încălzire ale Mν aceasta se transformă înβ

- Ms de revenire = M neagră - Troostită de revenire σcea mai bun elasticitateε - Sorbită de revenire σcea mai bună rezilienţăε - Pe globulară σcea mai bună plasticitateε

5.4. TRATAMENTE TERMICE APLICATE OŢELURILOR 5.4.1. Tratamente de recoacere 1. Recoacerea pentru detensionare (fig. 5.9)

Scop: înlăturarea tensiunilor interne rămase în urma prelucrărilor prin deformare

plastică la rece sau la caldő

Figura 5.7. Suprapunerea diferitelor viteze de răcire peste diagrama TTT

Pe S T T+M

Mf

Ms

V1

2. Recoacerea de recristalizare (fig. 5.10)

Scop: înlăturarea ecruisării 3. Recoacerea pentru omogenizare (fig. 5.11)

Scopuri: - înlăturarea microsegregaţiilor din produsele turnate σpiese şi lingouriεν deformate

plastic la cald (matriţateν forjateεν sudate → creşterea grăuntelui austenitic → structură

grosolană cu proprietăţi mecanice inferioare → recoacere de normalizare pt finisarea structurii (îmbunătăţirea proprietăţilor mecaniceεő

4. Recoacerea obişnuită αrecoacerea completă→ (fig. 5.12)

Scopuri: - reducerea durităţii semifabricatelor turnate sau forjate pt a fi ulterior prelucrate uşor prin

aşchiereν diminuarea tensiunilor interne şi finisarea granulaţieiő

+Pe

0,0218 0,77

%C

2,11

T [°C]

+CeII

Pe+CeII

P S

K

E

Figura 5.9. Recoacerea de detensionare

Figura 5.10. Recoacerea de recristalizare

+Pe

0,0218 0,77

%C

2,11

T [°C]

+CeII

Pe+CeIIP S

K

E

+Pe

0,0218 0,77

%C

2,11

T [°C]

+CeII

Pe+CeII

P S

K

E

Figura 5.11. Recoacerea de omogenizare

P

°CE

+CeII

Tem

pera

tura

Pe+CeII

SK

2,110,770,0218

%C

+Pe

Figura 5.12. Recoacerea obişnuită � banda

temperaturilor de încălzire

5. Recoacerea de normalizare (Normalizarea) (fig. 5.13) Scop:

- se aplică ol C sau slab aliate pt obţinerea structurii sorbitice având o granulaţie

fină şi omogenăν caracterizate printr-o duritate, rezistenţă la rupere şi la şoc mariő 6. Recoacerea de înmuiere αde globulizare→ (fig. 5.14)

Scop: - transformarea Ce lamelare în Ce globulară → ↓durităţiiν ↑plasticităţiiν

îmbunătăţirea prelucrabilităţii prin aşchiereő 5.4.2. Tratamente de călire

În structura oţelurilor călite se regăseşte în general Mν T sau Bő Acestea rezultă în

urma răcirilor rapideν sunt structuri în afara echilibruluiν caracterizate printr-o duritate, rezistenţă la uzare şi fragilitateν ridicateő 5.4.2.1. Călirea obişnuită Călirea obişnuită σcea mai utilizatăε se aplică oţelurilor cu peste δνθ≥ş C σfigő ≥ő≠˚εő În timpul călirii apar tensiuni structurale datorate transformării A în Mν ce se produce

cu creştere de volumő Pentru reducerea acestor tensiuni interne, deci pentru diminuarea pericolului de fisurare a pieselor, se practică călirea în două medii sau călirea în trepteν în locul călirii

obişnuiteő

E

2,11

P

Tem

pera

tura S

Pe+CeII

0,770,0218

°C

K

%C

+CeII

Pe

Figura 5.13. Recoacerea de normalizare � banda

temperaturilor de încălzire

Figura 5.14. Recoaceri de globulizare: a � recoacere subcritică⁄ b � recoacere incompletă⁄ c � recoacere pendulară

Figura 5.17. Călirea în două medii

Figura 5.16. Călirea obişnuită -banda temperaturilor de încălzire

N

P

E

2,11

Tem

pera

tura

Pe+CeII

0,770,0218

°C

S

%C

K

+CeII

Pe

5.4.2.2. Călirea în două medii (fig. 5.17) (apă π uleiε

5.4.2.7. Călirea superficială

5.4.2.7.1. Călirea superficială a

pieselor încălzite în băi de săruri sau

metale topite Poate fi aplicată doar pieselor cu geometrie

simplă deoarece la piese mai complexe apare

pericolul fisurări în timpul răciriiν iar grosimea

stratului martensitic nu este uniformăő

5.4.2.7.2. Călirea superficială a pieselor

încălzite cu flacără Acest procedeu se aplică de obicei la diverse

lucrări de reparaţiiν la călirea unor piese de

dimensiuni foarte mari (roţi dinţateν ghidajeε şi în producţia de unicate.

5.4.2.7.4. Călirea superficială prin curenţi de inducţie

Prin acest procedeu se pot căliβ axeν ineleν bolţuriν

roţi dinţateν plăciν ghidajeν sculeν etcő Marele avantaj al

procedeului, constă în faptul că instalaţiile de călire

având un gabarit relativ mic, pot fi amplasate pe fluxurile tehnologice de prelucrare prin aşchiereν fiind

eliminată astfel necesitatea transportului pieselor până

la secţiile de tratament termicő

5.4.3. Revenirea Revenirea este un tratament termic ce se aplică

obligatoriu pieselor călite cu scopul reducerii parţiale a

stării de maxim neechilibru şi implicit scade duritatea şi

se îmbunătăţeşte plasticitateaő Tratamentul constă în

încălzirea oţelului călit până la o temperatură sub Ac1, menţinerea la temperatură pentru transformarea M,

după care urmează răcirea în aer liberő Se deosebesc trei tipuri de reveniri: revenire joasăν revenire medie şi revenire înaltăő

6. OŢELURI ALIATE 6.1. GENERALITĂŢI. CLASIFICARE Oţelurile aliate sunt aliaje ale fierului cu carbonulν care pe lângă elementele însoţitoare

aflate în cantităţi relativ reduseν conţin unul sau mai multe elemente de aliere σEAεő După comportarea EA faţă de atomii de C din oţeluriν acestea se împart înβ - elemente grafitizante (Ni, Si, Cu, Al), care favorizează descompunerea Ce cu formarea de Gf; - elemente neutre (Co) care nu favorizează nici grafitizarea şi nici formarea carburilor⁄

strat calit

strat incalzit

deplasarile piesei

piesa

inductor

jet de apa rece

Figura 5.24. Schema procedeului de călire prin curenţi de inducţie

Figura 5.21. Călirea superficială

simultană a unei piese plane

- elemente carburigene (Cr, Mn, Mo, W, V, Ti, Nb, Zr), care au o afinitate ridicată

pentru atomii de C, formând carburi σîn oţelurile aliate, numai elementele sistemul periodic aflate înaintea Fe formează carburiεő 6.2. SIMBOLIZAREA OŢELURILOR ALIATE

a) Oţelurile aliate de construcţie Clasificare 1. după TTβ

- oţeluri aliate de cementare σC<θşε - oţeluri aliate de îmbunătăţire σC≥θşε

2. după modul de prelucrare - turnate în piese⁄ T↑˚MoCrNi≠↓ - deformabile

a) cu destinaţie generală obişnuite⁄ ↑δMoCrNiθδ superioare; 40Cr10X

b) cu destinţie precizată pt rulmenţi⁄ RUL ≠ şi RUL θ pt rulmenţi ce lucrează în condiţii grele⁄ RUL ≠Vν RUL θV pt arcuri; 51 VCr 11 A pt cazane şi recipienţi⁄ OLK≠νőőőν OLK≥⁄ pt ţevi⁄ OLT ≥≥β pt construcţii sudate⁄ OCS ↓˚δ

b) oţeluri pt scule aşchietoare slab aliate; - pt freze, filiere, burghie, tarozi avânt temperatura muchiei aşchietoare de θδδ-300°C⁄ înalt aliate⁄ Rp≠ν Rpθν�ν Rp10 plăcuţe din carburi metalice σtemperatura muchiei aşchietoare de ρδδ-1000°Cεő

c) oţeluri cu proprietăţi speciale 1. oţeluri inoxidabileβ - cu Cr; 12 Cr 120 - cu Cr şi Ni⁄ ≠≠ Ni Cr ≠˚δ 2. oţeluri refractare - pt O.M. ce lucrează la max ≥δδ°C σturbineν cazaneε

- pt O.M. ce lucrează la max ˚≥δ°C σmotoare cu reacţieν racheteε d) materiale cu proprietăţi termice speciale a) invar: nu se dilată până la ≠δδ°C⁄ utilizat la fabricarea etaloanelor de lungimeν

cronometrelor, aparatelor de măsură b) platinit: are coeficientul de dilatare termică egal cu al sticlei şi al platineiν aő cő este

folosit ca înlocuitor al Pt la piesele ce se îmbină cu sticla din componenţa aparaturii utilizată

mai ales în domeniul fiziciiő c) elinvar: nu-şi modifică E până la 100°C⁄ utilizat la confecţionarea arcurilor de

precizie.

7. METALE ŞI ALIAJE NEFEROASE 7.1. CONSIDERAŢII GENERALE

Metalele şi aliajele neferoase prezintă un deosebit interes pentru diferite domenii

datorită rezistenţei lor ridicate la coroziune, conductibilităţii termice şi electrice mariν greutăţii

specifice (densităţiiε miciν unor caracteristici mecanice mai înalte la greutate egală cu aliajele

feroase. Deşi oţelurile carbon au caracteristici mecanice buneν se prelucrează uşor prin

deformare plastică şi prin aşchiereν nu au rezistenţă la coroziuneő Oţelurile aliate sunt

rezistente la coroziune, dar au cost foarte ridicat şi sunt înlocuite prin metale şi aliaje

neferoase în numeroase aplicaţii practiceő Fontele deşi au cost scăzutν se toarnă şi se

prelucrează cu uşurinţăν au caracteristici mecanice mai scăzuteő Principalele metale

neferoase utilizate în stare pură sau ca element de aliere σEAε principal în diverse aliaje suntβ

Al, Au, Ag, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Mg, Mo, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Ti, W, Zn, Zr; cel mai frecvent sunt utilizate: Cu, Al, Ti, Mg, Pb şi Znő

După felul metalului de bazăν aliajele neferoase se împart înβ aliaje pe bază de Al⁄

aliaje pe bază de Cu⁄ aliaje pe bază de Tiν etcő După numărul EA se deosebescβ aliaje

binare; aliaje ternare; aliaje complexe. După greutatea specifică se împart înβ aliaje

neferoase uşoare σγ=θ-4 g/cm3) (ex: cele pe bază de Alε⁄ aliaje neferoase grele σγ>˚ gγcm3)

(ex: aliaje pe bază de Cuν Pbν Znε⁄ aliaje semiuşoare σγ=↓-6 g/cm3) (ex: cele pe bază de Tiε şi aliaje suprauşoare σγ<θ gγcm

3) (ex: aliaje pe bază de Mgεő

7.2. CUPRUL ŞI ALIAJELE DE CUPRU

7.2.1. Cuprul Cuprul are o largă utilizare datorită conductibilităţii termice şi electrice ridicate şi

rezistenţei bune la coroziuneő Cu se topeşte la ≠δρ↓˚C; prezintă reţea CFC⁄ are rezistenţă la

rupere la tracţiune mică σRm=20�θ≥ daNγmm2), alungire după recoacere de A = ↑δ�↑≥ ş

şi

greutatea specifică γ = ρν● gγcm3 la 20˚C⁄ conductibilitatea electrică ridicată σal doilea după

Ag); este foarte plastic, deformându-se bine la rece şi la caldő După modul de obţinereν

cuprul poate fi: cupru brut de convertizor; cupru electrolitic; cupru tehnic pur în scopuri

electrotehnice; cupru de înaltă puritate chimică sau spectralăν obţinut prin topire zonară sau

atmosferă de azot. 7.2.2. Aliaje Cu-Zn (Alame) a) Alame obişnuite (simple) Alamele obişnuite sunt utilizate datorită caracteristicilor mecanice ridicate şi costului

mai scăzut decât al cuprului⁄ au o bună turnabilitateν o bună aşchiabilitate şi o bună

rezistenţă la coroziune. Simbolizarea alamelor obişnuite se face prin notarea elementului de bază Cuν după

care urmează simbolul elementului de aliere Zn şi grupul de cifre ce arată şZn⁄ de exβ

CuZn5, CuZn10, CuZn15, CuZn20, CuZn28, CuZn30, CuZn36, CuZn37, CuZn40, CuZn43. CuZn37 = Am 63 b) Alame speciale Aceste alame se aliază cu Cuν Alν Mnν Siν Niν Feν Pbν Snν cu scopul îmbunătăţirii

anumitor proprietăţi caβ rezistenţa la oxidare la caldν rezistenţa la coroziuneν valori mai

ridicate ale rezistenţei şi tenacităţiiő

7.2.3. Bronzuri a) Bronzuri obişnuite Bronzurile obişnuite sunt aliajele cuprului cu staniulő Variaţia anumitor proprietăţi

mecanice demonstrează că importanţă tehnică au numai aliajele cu până la θ≥-30% Sn, iar din diagrama de echilibru parţială rezultă că aceste bronzuri pot prezenta microstructuri

mono sau bifazice, respectiv ssα sau ssα π Ed σαπδεő Bronzurile cu peste 10% Sn sunt utilizate ca aliaje pentru turnătorie σCuSn≠δTν

CuSn12T, CuSn14T). Acestea au σr>30 daN/mm2, dar alungiri la rupere mici (1-10%); prin urmare sunt dure şi fragile şi nu pot fi prelucrate prin deformare plastică la receő Ele au însă o

bună rezistenţă la uzare şi un coeficient de frecare reduső Bronzurile pentru piese turnate

prezintă o structură formată din ssα π Ed(ssαπCu31Sn8). Compusul chimic electronic Cu31Sn8 (faza δε determină creşterea accentuată a durităţii şi rezistenţei la uzareő Din astfel de

bronzuri se execută prin turnare carcase pentru pompeν roţi dinţateν cuzineţiν ghidaje etcő b) Bronzuri speciale Bronzurile speciale sunt aliaje ale cuprului cu Al, Pb, Si, Mn, Be şi se numesc bronzuri

cu Al, bronzuri cu Pb, etc.

7.2.4. Tratamente termice aplicate aliajelor pe bază de Cu Principalele tratamente termice care sunt aplicate aliajelor pe bază de Cu suntβ

recoacerea de omogenizare, recoacerea de recristalizare, recoacerea de detensionare, iar la unele aliaje susceptibile la durificare prin precipitare � călirea şi îmbătrânireaő

7.3. ALUMINIUL ŞI ALIAJELE PE BAZĂ DE ALUMINIU 7.3.1. Aluminiul

Aluminiul ocupă primul loc în producţia mondială de metale neferoase şi al doilea loc

după Feő El intră în categoria metalelor uşoareν având o densitate de θν≈ gγcm3. În tehnică

este utilizat Al de puritate tehnică σexő de mărciβ Al●●νρşν Al●●ν≈şν Al●●ν˚şν Al●●ν≥şν

Al99,4%, Al99,3%) şi Al pentru electrotehnică σAlEεő Se mai utilizează şi Al de înaltă puritate

(0,005-0,05% impurităţiε pentru fabricarea aparaturii speciale şi a foilor pentru condensatoare

electrice, precum şi Al extrapur σmaxő δνδδ≠ş impurităţiε în tehnica nucleară şi în tehnica

semiconductoarelor. Impurităţile obişnuite şi de neînlăturat din compoziţia Al prin tehnologiile

obişnuite (Cu-Zn)

speciale (Cu-Zn + Al, Mn, Ni, Sn, Si)

Alame

obişnuite (Cu-Sn)

speciale (Cu-Pb, Si, Mn, Be, Al, Zr)

Bronzuri

Aliaje de cupru

Fig. 7.1. Aliajele cuprului

actuale sunt Fe şi Siν care împreună cu Al formează compuşi ternari care se depun la limita

grăunţilor şi determină scăderea plasticităţiiő Aluminiul se caracterizează prin conductibilitate termică şi electrică mariν rezistenţă

bună la coroziuneν plasticitate ridicată şi rezistenţă mică la rupere⁄ Al de înaltă puritate

laminat şi recopt are σr = 6 daN/mm2, δr = 40% şi o duritate de θ≥ HB. 7.3.2. Aliaje de Al deformabile Principalele EA ale aliajelor de Al deformabile sunt: Cu, Mg şi Mnν rezultând aliaje

binare Al-Cu, Al-Mn, Al-Mg sau aliaje ternare Al-Cu-Mg, Al-Mn-Mg, sau aliaje polinare Al-Cu-Mn-Mg (duraluminiu). Aliajele din sistemele Al-Mn, Al-Mg şi Al-Mn-Mg nu pot fi durificate prin tratament termic, Mg şi Mn au rolul de a creşte rezistenţa la rupereν duritatea şi rezistenţa la

temperaturi mai mari. Aliajele nedurificabile prin tratament termic se deformează plastic

foarte uşor având în stare recoaptă σr ≈ ≠≥ daNγmm2 şi δr ≈ θ≥şν iar în stare ecruisată σr ≈

20-25 daN/mm2 şi δr ≈ ≥şő Aceste aliaje sunt utilizate pentru semifabricate de tipul barelorν

tablelor, profilelor şi ţevilorő 7.3.3. Tratamentul termic al aliajelor de Al Solubilitatea maximă a Cu în Al este de ≥ν≈ş la temperatura de ≥↓ρ˚C σfigő ≈ő↓εő

Solubilitatea Cu în ssα scade odată cu scăderea temperaturiiν astfel încât la temperatura

ordinară ajunge la δν≥ş Cuő La răcirea cu viteză micăν excesul de Cu va fi eliminat din ssα

formând compusul chimic CuAl2, care se separă la limita grăunţilor de ssα şi în planele de

alunecare. Tratamentul termic al aliajului Al-

Cu (4,5% Cu) este prezentat în figő ≈ő≥ő

Atunci când după încălzirea în

domeniul ssαν răcirea se efectuează

rapid (în apăεν se va obţine la

temperatura ambiantă o structură călită

formată din ssα suprasaturată cu atomi

de Cu. Aceasta este nestabilă şi

datorită difuziei atomilor de Cu vor avea

loc modificări care tind să aducă aliajul

la o stare mai apropiată de cea de echilibru. Acest proces care are loc după călire se numeşte de îmbătrânireő

Ea se poate desfăşura spontan în

decurs de câteva zileν la temperatura

ambiantăν fiind numită îmbătrânire

naturalăő Prin cercetare microscopică

nu pot fi evidenţiate modificări ale structurii rezultate după călireν

deoarece transformările care se produc

nu conduc la separarea de faze noi, dar în timpul îmbătrâniriiν datorită tensionării reţelei cristaline se înregistrează o creştere

importantă a durităţii şi a rezistenţei la rupere. Procesul de îmbătrânire poate fi accelerat

printr-o încălzire a aliajului călit la ≠≥δ-180˚C cu menţinere de ≠ orăő Acest tratament este

numit recoacere artificialăő Dacă este depăşită temperatura de θδδ˚Cν Cu în exces iese din

soluţie formând compusul chimic CuAl2 (evidenţiat prin analiză microscopicăεν starea de

tensiune a ss scade şi ca urmare duritatea şi rezistenţa la rupere vor scădeaő

Figura 7.5. Tratamentul termic de durificare prin precipitare-călire de punere în soluţie şi îmbătrânire

a unui aliaj Al-Cu cu 4,5%Cu (diagramăν structuri): a) aliaj încălzit σîn condiţiile din punctul Mε⁄ bε aliaj

recopt; c) aliaj călit⁄ dε aliaj îmbătrânit⁄ eε aliaj

supraîmbătrânit

α

M *

α+CuAl2sec (la microscop)

[°C

]

8. MATERIALE COMPOZITE

8.1. INTRODUCERE Materialele compozite de azi au o rezistenţă mult mai mare comparativ cu cea a

materialelor clasice (oţeluriν fonteν aliaje neferoaseε şi la rândul lor vor prezenta rapoarte

rezistenţă la tracţiune γ densitate la jumătatea celor preconizate a fi obţinute în viitor σfigő ρő≠εő

Proprietăţile acestora sunt determinate de tipulν forma, dimensiunea şi orientarea fibrelor de

armare. Matricile în care sunt înglobate acestea pot fi constituite dintr-un singur material (metallic, ceramic, vitros, polimeric, etc.) sau din mai multe (hibridăεő Produsele obţinute din

astfel de materiale au utilizări în construcţia de avioane şi vehicule aerospaţialeν automobileν

ambarcaţiuniν construcţiiν componente electroniceő 8.2. FIBRE ŞI PRODUSE DIN FIBRE 8.2.1. Fibre de armare Fibra constituie un produs solid caracterizat printr-un raport lungime / diametru (l / d)

în valoare de cel puţin ≠δδő Filamentul (monofilamentul) este o fibră pentru care acelaşi raport poate depăşi

valoarea de 1000. Filamentele se utilizează în mănunchiuri σrovingν strandν towν yarnεő Whiskers este o fibră cu lungimea de ordinul milimetrilor sau centimetrilor şi diametre

de 1 � 25 µmν astfel că l γ d = ≠δδ � 15000. Ele sunt incluse în matrici polimericeν metaliceν

ceramice (σr = 280 � 2400 daN/mm2). Fibrele whiskers sunt monocristale aproape perfecte, realizate sintetic în condiţii controlateν obţinute dinβ

- oxizi: de Si, de Al, de Be; - carburi: de Si (d = 0,05 � 0,2 µmεν de B⁄ - nitruri de Si (d = 0,2 � 0,5 µmε⁄ - compuşi organici⁄ - halogenuri. Microfibra este o fibră mai fină ca mătaseaν obţinută din acrilν nylonν poliester, viscoză⁄

are 0,5 � 0,9 denier, 1 denier = grame / 9000 m (mătasea are ≠νθ≥ denierεő Nanofibra este o fibră cu diametrul de ordinul nanometrilor σfibre de carbonν fibre

chimice). 8.2.1.1. Clasificarea fibrelor

a) după compoziţia

chimică

Fibre organice: alcătuite din polimeri cu greutate

moleculară mare σfibrele bicomponente conţin θ

polimeri)

Fibre metalice: conţin un metal, un aliaj sau sunt fibre (de sticlăν de carbonν de plasticε metalizate⁄

pot fi conductoare sau superconductoare

Fibre anorganice: de sticlăν ceramiceν minerale

Nanocompozite 20 Fibre aramidice 12 Fibre carbon Compozite 4 Sticla 2 Piatra Bronz Aluminiu 1800 2000 2050 Anul

Lemn Oţel

Rez

iste

nţăγD

ensita

te (

ln,x

106 )

Figura 8.1. Evoluţia rezistenţei specifice a materialelor în timp

g) după prelucrareν fibrele pot fiβ măcinateν tocateν ţesuteν împletiteν tricotateő

b) după origine

artificiale

naturale

minerale

animale

vegetale

artificiale (celulozice): produse prin transformarea polimerilor organici (alterarea fibrelor naturale)

sintetice: produse prin polimerizarea monomerilor organici

fibre alginice derivate din plante marine

fibre derivate din proteina din plante / animale: caseinăν soia

fibre celulozice artificiale: acetat de viscozăν mătase

cupro-amoniacală

c) din punct de vedere al materialului constituent

fibre din materiale asociate (unul depus pe celălaltεβ fibre metalizateν fibre de Bν

SiC depuse pe W, etc.

amestecuri: polimerice omogene, heterogene

fibre dintr-un singur material (unitar)

d) după continuitate şi mod de dispunere

continue (l / d ≈ ≠δδε

discontinue (l / d = 300 - 1000)

bidirecţionale

tridirecţionale

unidirecţionale

dispunere selectivă

dispunere aleatorie

e) după forma secţiunii

geometrică cilindrică

barăβ fibre de C plină

cavăβ fibre de sticlăν nanotuburi de C

f) după structură

unidimensionalăőβ fibre de poliesterν de poliamidăν de

aramidă bidimensionalăβ fibre de C

tridimensionalăβ fibre de sticlăν de ceramice

8.2.2. Produse din fibre 8.2.2.1. Terminologie Filamentele se utilizează în general sub formă de mănunchiuriν care se obţin astfel

încă de la filareő Dacă nu se răsucesc se numesc strand sau endő În cazul firelor de C sau

grafit se denumec tow. Firele cuprinse într-un strand sunt în număr de ≥θν ≠δθ sau θδ↓ő

Uneori strandul este împărţit în θ sau ↑ subdiviziuni numite bundleő Dacă filamentele sunt paralele între eleν strandul se denumeşte rovingő Dacă

filamentele sunt răsucite împreunăν strandul se denumeşte yarnő Când răsucirea se face în

sens trigonometric se foloseşte simbolul ŢZŢ⁄ cînd răsucirea se face în sensul acelor de ceas se foloseşte simbolul ŢSŢő Gradul de răsucire se exprimă prin ŢTPIŢ σtorsiuni γ inchε sau ŢTPMŢ

(torsiuni / m). Două sau mai multe fire simplu răsucite σyarnε se pot răsuci unul cu altul formând un

fir dublat / multiplu răsucit σpliedν multipleν folded yarn). Două sau mai multe fire dublate

răsucite împreună formează un fir cablat σcabled yarnεő Ţesătura cu roving se numeşte woven roving⁄ ţesătura cu

yarn se numeşte clothő Cloth conţine mai puţină răşină decât

woven roving. Într-o pânzăν firele continue din direcţia lungimii

formează urzeala σwarpν endsε σfigő ρő↑; s-au notat: w � deschiderea, d � diametrul firului, p � pasul, n � nr ochiurilor (deschiderilor) măsurate pe distanţa de ≠ inchεő Firele scurteν

ţesute pe direcţia transversală a pânzei sunt firele de bătătură σfillν

weft, picks, ends). Indicatorul de fineţe al ţesăturii γ sistemul de

numerotare al firului (count) se referă la titrul firului σstrand countε

sau la numărul firelor σcapetelorε de urzeală şi de bătătură pe

unitatea de lungime (inch, cm).

8.2.2.2. Ţeserea Prin această tehnică se obţin pânzeleν care însă din cauza orientării fibrelor numai la

0° şi ●δ°ν prezintă o rezistenţă mică la impact şi delaminareő Pentru îmbunătăţirea

proprietăţilor se folosesc tehnici de ţesere multiaxială ↑D şi de introducere a straturilor

orientate la ± ↓≥° sau de introducere a unui strat subţire de mat σrealizat din voalν filamente

continue sau strand tocat) în timpul procesului de ţesereő Orice ţesătură trebuie să îndeplinească următoarele caracteristici: - integritate � datorată interblocării mecanice a fibrelor⁄ - drapaj � capacitatea pânzei de a se conforma unei suprafeţe complexe⁄ - planeitate; - stabilitate. Stilurile de ţesere suntβ

1. ţesătura simplă σplain weaveν linen weaveε la care firul de urzeală trece alternativ pe sub şi peste fiecare fir de bătăturăő Prezintă un nivel ridicat de încreţire cu efect

negativ asupra proprietăţilor mecanice σfigő ρő↓aεő 2. ţesătura diagonală σtwill weaveεν care prezintă o linie diagonală dreaptă sau întreruptă

şi care este mai fină decât cea simplă σfigő ρő↓bε⁄ 3. ţesătura satin σsatin weavwν atlazεν cu un aspect mai neted decât cea diagonală σfigő

8.4c). O formă a acestei ţesături o reprezintă cea crowfoot σfigő ρő≥εν caracterizată de

bune proprietăţi mecanice⁄ 4. fund de coş σbasketε (fig. 8.6a), care este o variantă a ţesăturii simple⁄ 5. ţesătura fină σvoalν gazν Leno weaveεν la care firele de urzeală sunt răsucite în jurul

firelor de bătătură formând o spirală dublăν ceea ce-i conferă o deschidere mareν astfel

că nu poate fi folosită singură σfigő ρő˚bε⁄

Figura 8.3. Structura şi caracteristicile unei

pînze ţesute

6. Mock Leno este o variantă a ţesăturii simple σfigő ρő˚cε⁄

ţesătura unidirecţionalăν la care toate fibrele din strat au direcţia urzelii sau bătăturii⁄ are

rezistenţă mare la impactν pe direcţia fibreiν rigiditate bunăν dar integritate slabă⁄ 7. pânza bidirecţională σbiaxialăν biasν woven fabricε σfigő ρő≈aεν la care fibrele sunt

dispuse 0/90 sau +/- 45 şi care au o bună rezistenţă la impact⁄ 8. pânza triaxială σtriaxial woven fabricε (fig. 8.7b), care au o rezistenţă bună la torsiune⁄ 9. pânza cvadriaxială σπ ↓≥°ν δ°ν ●δ°ν - 45°εν obţinută prin ţesere şi coasere⁄ 10. pânze multiaxiale σfigő ρő≈cεν alcătuite din straturi de fibre lungi menţinute împreună

printr-un fir de coasere poliesteric; se folosesc în industria maritimăν aeronauticăν la

pânzele morilor de vântő 11. pânze hibride de tipul Cγaramidăν Cγsticlăν aramidăγsticlăő

Plain weave Twill weave Satin weave Figura 8.4. Stiluri de ţesere

5 harness satin 8 harness satin crowfoot satin Figura 8.5. Tipuri de ţesături satin

basket Leno Mock leno Figura 8.6. Tipuri de ţesături speciale

8.2.2.3. Tricotarea şi împletirea Pânzele de armare tricotate au rezistenţă şi rigiditate mai mari şi suprafeţe orizontale

drepte faţă de rovingurile ţesuteő Ele se fabrică dintr-un singur set de fire răsucite care merg

în lungul sau latul pânzei şi care sunt menţinute împreună prin asamblarea firelor unul în

jurul celuilalt. Împletirea este o interblocare a 3 sau mai multe fibre sau mănunchiuriν astfel încât

două fire să nu fie răsucite unul împrejurul altuiaő Ele se caracterizează printr-o rezistenţă

mare la impact, la forfecare, la torsiune şi la obosealăő Împletiturile pot fiβ

- biaxiale; - triaxiale.

Împletiturile se utilizează în domeniileβ sportivν medicalν aerospaţialν etcő 8.4.2. Fibre sintetice

8.4.2.1. Fibre aramidice Fibrele aramidice (aramida este abrevierea termenului "aromatic polyamide") sunt fibre polimerice organice obţinute prin filarea umedă a polimerului de cristal lichid liotropicν

sub formă de fir răsucit σyarnεν roving sau fibre tocateő Polimerii de cristale lichide pot fiβ - liotropici (rezultă din acţiunea unui solventεβ PBZTν PBOν PBI⁄ - termotropici (rezultă prin încălzire): VECTRAN.

Caracteristici: 1. culoare galben-auriu strălucitor⁄ 2. nu au punct de topire; 3. inflamabilitate scăzută⁄ 4. rezistenţă bună la impact înalt⁄

a) b)

c)

Figura 8.7. a) Pânza biaxială⁄

b) triaxială⁄ cε multiaxiale

5. rezistenţă specifică la întindere foarte mare⁄ 6. rezistenţă termică bună⁄ 7. rezistenţă chimică bunăő

Utilizări:

a. ţesături rezistente la foc⁄ b. veste antiglonţ⁄ c. căşti de protecţie⁄ d. înlocuitori de azbest⁄ e. ţesături pentru filtrarea aerului cald⁄ f. armături pentru cauciuc⁄ g. pânze groase pentru vele⁄ h. confecţionarea agitatoarelorν pompelor centrifuge utilizate în industria hârtiei,

zahăruluiν etcő i. armături în coloane de beton şi alte structuriő

8.4.2.1.1. KEVLAR (para-aramidă→ Caracteristici:

- sunt anizotrope; - greutate redusă⁄ - alungire la rupere mică⁄ - rezistenţă la întindere şi modul de elasticitate mari σde ≥ ori mai mari ca ale oţeluluiε⁄ - rezistenţă chimică mare⁄ - slabă conductivitate electrică⁄ - rezistenţă mare la focν autostingere⁄ - tenacitate înaltă⁄ - foarte bună stabilitate dimensională⁄ - rezistenţă mică la compresiune⁄ - absorb umiditate, fiind mai sensibile decât fibrele de C sau sticlă⁄ - rezistenţa mare la tăiere implică utilizarea unor scule speciale pentru tăierea ţesăturii

uscate, a prepregurilor sau a unor burghie speciale pentru găurirea laminatelor

întăriteő Utilizăriβ

- veste antiglonţν ghete antimină⁄ - blindaj rezistent la şrapnelν pentru motoarele avioanelor cu reacţieν pentru protecţia

pasagerilor în caz de explozie⁄ - compozite: părţi din structura corpului avioanelor⁄ - sisteme de încălzire-răcire la automobile⁄ furtune industriale şi de automobile⁄ - plăcuţe de frână şi garnituri (înlocuitor de azbestε⁄ - anvelope; - mănuşi pentru protecţie împotriva tăieturilor ce pot apărea la prelucrarea sticleiν a

tablei, folosite în poliţie şi armată⁄ - obiecte sportive: skiuri, rachete de tenis, ambarcaţiuniν căşti de protecţie⁄ - frânghii şi cabluri.

8.5. FIBRE DE CARBON

Fibra de carbon conţine cel puţin ●δş Cő Fibra grafitică are peste ●●ş Cő Fibrele de C

pot fi continue, scurte, ne- şi răsuciteν ţesuteν împletiteν tricotateν caveν nanotuburiν whiskerső

Prin difracţie de raze X şi microscopie electronică se evidenţiază că în fibra de C miezul are o

slabă orientare a cristalelorν care au o mică înălţimeν în timp ce la suprafaţa exterioară

cristalele au o orientare axială şi sunt stratificate într-un strat gros. Ele se caracterizează

printr-o densitate micăν rezistenţă mare la tracţiuneν la coroziuneν la uzurăν flexibilitateν

conductivitate termică şi electricăν inerţie chimică σexceptând oxidareaεő Sunt permeabile la

raze X, aspect folosit în domeniu medicalő Fibra de C de înaltă performanţă este mai rezistentă ca oţelulν mai uşoară ca Al şi mai rigidă ca Tiő Este sensibilă la şoc σare rigiditate

mare, alungire la rupere micăν este fragilăεν la acţiunea acizilor oxidanţiν a O2 din aer la temperaturi peste 400°Cν la coroziunea de tip galvanic la contactul cu metalele şi aliajeleő

8.7. FIBRE DE STICLĂ 8.7.1. Generalităţi Fibra de sticlă are proprietăţi remarcabile oglindite în componenţa compozitelorν în

care reprezintă armătura preferatăő 1. Are rezistenţa specifică σRγρε aprox de ≥ ori mai mare ca a oţeluluiν fiind de ↑ ori mai

uşoarăν ceea ce o recomandă pentru compozitele de înaltă performanţăő 2. Alungirea la rupere la tracţiune este aprox ≥şν are coeficient de dilatare termică liniară

mic, nu este afectată de variaţiile de umiditateν astfel că prezintă o stabilitate

dimensională remarcabilăő 3. Nu arde (este necombustibilăε şi nu întreţine arderea⁄ la ↑≈δ°C păstrează peste ≈≥ş

din rezistenţa de rupere şi la ≥↓δ°Cν aprox ≥δş din eaő 4. Are o slabă conductivitate termicăν ceea ce o recomandă în compozitele folosite la

izolaţiile din industria construcţiilorő 5. Compatibilitatea cu diferiţi ancolanţi permite combinarea cu multe răşini sintetice şi

matrici minerale (gips, ciment). 6. Nu putrezeşte, nu se deterioreazăő 7. Este un excelent izolator electric, chiar la grosimi mici. 8. Permeabilitatea dielectrică îi conferă utilizări la cupolele de protecţie ale antenelor

radar fără modificarea radiaţiei electromagnetice σmai ales în aviaţieεν ferestre

magnetice, etc. 9. Obţinerea pieselor care integrează mai multe funcţiiő 10. Combinate cu răşini potrivite formează compozite de mare rezistenţă chimicăő 11. Prezintă o mare rezistenţă la obosealăő 12. Sunt cele mai ieftine fibre de înaltă performanţăő

Materiile prime utilizate la producerea fibrelor de sticlă suntβ - produse principale: cuarţν silicaţiν aluminăν sodăν argilăν calcarν dolomitν acid boricν

fluorinăν oxizi metaliciν etcő - produse secundare: deşeuri tocate rezultate din procesul de filare şi cioburi de sticlă

provenite din programele comunitare de reciclare.

9. TERMODINAMICA PROCESULUI DE SOLIDIFICARE

9.1. Curbe de răcire

9.2. MECANISMUL SOLIDIFICĂRII Formarea grăunţilor cristalini în timpul procesului de solidificare este rezultatul a două

procese elementare: - formarea în topitură a unor germeni de solidificare⁄ - dezvoltarea (creştereaε germenilor formaţiő 9.2.1. Procesul de creştere al germenilor de cristalizare Un germen de cristalizare, fie el omogen sau eterogen, odată format într-o topitură

subrăcităν se va dezvolta dând naştere unui grăunte cristalinő Creşterea germenilor se

desfăşoară prin ataşarea atomilor din topitură pe suprafaţa cristalului în devenireő

Figura 9.4. Schema creşterii germenilor de cristalizare

dislocaţie elicoidală

Fig. 9.3. Histerezis termic

4

1

2 3

1

2 3

4 τ [s]

Tt

T [°C]

Ts

h.t.

Fig. 9.1. Curba de răcire a unui metal pur

aflat în stare solidă

Tîncălzire

τ (timpul) [s]

T [°C]

Fig. 9.2. Curba de răcire a unui metal pur

aflat în stare lichidă

τ [s]

Tt 1

2 3

4

Ts

T [°C]

9.3. STRUCTURA DE SOLIDIFICARE A MATERIALELOR METALICE Structura rezultată in urma solidificării prezintă o importanţă practică deosebită pentru

două categorii de aplicaţii ale procesului de cristalizareβ - producerea de lingouri destinate prelucrării prin deformare plastică⁄ - producerea de piese turnate. Procesul de solidificare exercită o influenţă decisivă asupra următoarelor aspecteν

care determină calitatea materialului turnatβ - microstructura (forma şi mărimea grăunţilorν modul de distribuire a fazelor constitutive, precum şi variaţia acestora în volumul materialuluiε⁄ - tensiunile reziduale; - porozităţile⁄ - incluziunile străine⁄ - segregaţia elementelor de aliere şi a impurităţilorő

9.3.1. Microstructura materialelor metalice turnate În urma cristalizării va rezulta o

microstructură neomogenăν care este

neavantajoasă deoarece proprietăţile

mecanice nu sunt uniforme pe întreaga secţiune a pieselorő Pentru

îmbunătăţirea structurii de turnare a

pieselor se pot lua unele măsuriν caβ - introducerea de modificatori în topiturile metaliceν în vederea

măririi numărului de germeni de

cristalizare eterogeni; - supunerea topiturii pe toată

durata cristalizării unor vibraţii

mecanice, cu scopul fragmentării

dendritelor în curs de formare, care pe lângă dimensiunile miciν vor

constitui şi noi germeni de cristalizareő

Figura 9.5. Schema procesului de formare a agregatului policristalin

Figura 9.6. Schema procesului de solidificare a unei topituri metalice turnate într-o formă de turnare

cristale de răcire

cristale columnare cristale dendritice

Pe aceste căi se vor putea obţine piese turnate cu structuri uniforme şi fineν şi deci cu

proprietăţi ridicate pe întreaga secţiuneő 9.3.2. Tensiuni reziduale în semifabricatele turnate În timpul solidificării pieselorν temperaturile înregistrate în diferitele puncte ale unei

piese nu sunt uniforme. Astfel, în zonele în care secţiunea piesei este mai mareν timpul în

care căldura va fi evacuată în mediul înconjurător va fi mai lung decât în zonele unde

secţiunea este mai mică şi unde temperatura scade mai rapidő Aceste tensiuni reziduale pot

atinge valori foarte ridicate, putând determina chiar fisurarea sau ruperea pieselor în curs de

solidificare sau răcireν în timpul prelucrărilor mecanice sau în timpul funcţionării pieselorő Pentru reducerea cât mai avansată a tensiunilor rezidualeν pieselor li se vor aplica

tratamente termice specifice. 9.3.3. Porozităţi Ele determină scăderea rezistenţei la rupereν a rezistenţei la uzareν a rezilienţeiν etcő şi

pot fi generate fie de contracţiile ce apar la solidificare şi răcireν fie de scăderea solubilităţii

gazelor dizolvate în topiturăν fie ca efect combinat al celor două cauzeő

9.3.4. Incluziuni Un defect aparte des întâlnit în semifabricatele turnate o reprezintă incluziunileν care

întrerup continuitatea materialului metalic afectectând mult proprietăţile pieselorő Incluziunile pot fi metalice sau nemetalice. 9.3.5. Segregaţii Materialul metalic obţinut în urma cristalizării nu este omogen din punct de vedere

chimic, iar această neomogenitate chimică a materialului solidificat se numeşte segregaţieő

Clasificarea segregaţiilor se face astfelβ - intracristaline ● minore σmicrosegregaţiiε - intercristaline Segregaţiiβ - normale ● majore σmacrosegregaţiiε - inverse - gravitaţionale 9.4. PRELUCRAREA PRIN TURNARE A MATERIALELOR METALICE

9.4.1. CONSIDERAŢII GENERALE

Turnarea este procedeul tehnologic de fabricare a unei piese prin solidificarea unei cantităţi determinate de metal lichidν introdus în cavitatea formei de turnareν care are

configuraţia şi dimensiunile corespunzătoare formei de turnare a reperuluiő

a) b) c) d) Figura 9.7. Formarea retasurii

deschise

Figura 9.8 Retasură închisă

Figura 9.9 Retasură dispersată

Piesele turnate pot fi clasificate în funcţie de greutateν astfelβ - piese mici, având sub ≠δδ kg⁄ - piese mijlocii, având ≠δδ � 1000 kg; - piese mari, având ≠δδδ � 5000 kg; - piese foarte mari, având peste ≥δδδ kgő

9.4.2. TURNAREA PIESELOR METALICE ÎN FORME TEMPORARE DE AMESTEC Forma de turnare reprezintă ansamblul metalic sau nemetalic ce conţine cavitateaő

Acestea pot fi: - temporare, când se folosesc la o singură turnare⁄ - permanente (durabile), folosite pentru un mare număr de turnăriő

9.4.2.1. Structura formelor de turnare

9.4.2.2. Reţele de turnare Elementele componente ale reţelei de turnare sunt σfigő ●ő≠θ): - gura (1) şi piciorul pâlniei de turnare σθε⁄ - colectorul de zgură σ↑ε⁄ - canalele de alimentare (4).

9.4. 3. METODE SPECIALE DE TURNARE A. Turnarea în formă metalică αcochilă→ Piesele rezultate prin acest procedeu se remarcă prinβ

caracteristici mecanice mai bune decât cele obţinute în amestecuri de formare⁄ precizie dimensională mai mare⁄ calitatea suprafeţei ridicată⁄ piesele mici nu mai necesită prelucrări ulterioare⁄ un număr mare de utilizări ale unei formeő

Dezavantajele turnării în aceste tipuri de forme permanente suntβ conductivitatea mare a formei metalice determină scăderea fluidităţii metalului

topit;

Figura 9.10. Structura formei de turnare

9

8 7 6 5 4

3

2

1

10 11

1

2 3

4

Figura 9.11. Părţile

componente ale reţelei de turnare

a) b) c) Figura 9.12. Tipuri de reţele de turnare

piesele sunt mai scumpe; formele sunt scumpe şi trebuie să conţină canale de evacuare a gazelorő

B. Turnarea fontei cu crustă dură Acest procedeu presupune utilizarea formelor combinate. Astfel, pentru obţinerea unui

cilindru de laminor se foloseşte forma metalică în zona tăblieiν pentru ca în urma răcirii rapide

să rezulte crusta durăν iar fusurile se obţin în forme temporare din amestec de formareν care

permit o grafitizare normală în condiţiile unei răciri lenteő

C. Turnarea sub presiune Acest procedeu are ca principiu de lucru injectarea metalului lichid sub presiune în

forme metalice Se obţin piese utilizate în industria electrotehnicăν mecanică finăν în

construcţia de avioaneν de automobile σcarburatoareεν şőaő D. Turnarea centrifugală Principiul acestui procedeu constă în obţinerea pieselor prin turnarea metalului topit în forma metalică, în timp ce aceasta ce se roteşte în jurul axului de antrenareő Ca urmareν

forţa centrifugă împinge metalul lichid pe pereţii formeiν unde se solidificăő E. Turnarea continuă Specific acestui procedeu este faptul că introducerea metalului în cavitatea formei şi

scoaterea piesei finite se realizează simultan F. Turnarea prin aspiraţie

Introducerea metalului în cavitatea formei se datorează depresiunii create de pompa

de vid. Se obţin piese tubulare σbucşeν ineleν roţi dinţate din aliaje cu greutate specifică mică

(aliaje de Mg)).

10. PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTICĂ A MATERIALELOR

METALICE

10.1. INTRODUCERE Prelucrarea prin deformare plastică se poate face la rece sau la caldő În urma prelucrării la rece se înregistrează ecruisarea materialuluiν care impune

aplicarea unor recoaceri de recristalizare, atunci când este necesară continuarea procesului

de prelucrare. Există situaţii când se doreşte ca materialul să fie ecruisatν deoarece

caracteristicile mecanice finale sunt mai ridicate decât ale unui material normalizatő 10.2. PRELUCRAREA PRIN LAMINARE 10.2.1.Consideraţii generale Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare a metalelor şi aliajelorν care constă

în trecerea semifabricatului prin spaţiul dintre doi cilindriν care se rotesc în sens contrar În urma laminării rezultă semifabricate şi piese finite cu structură finăν îmbunătăţirea

proprietăţilor mecaniceν creşterea compactităţii metalelorν obţinerea unor suprafeţe curate şi

în general fără defecteő Materia primă pentru laminare o reprezintă lingourileő

Semifabricatele obţinute în urma laminării suntβ Grele

blumuri

sleburi (brame)

uşoare ţagle

platine Cilindrul de laminor este alcătuit din tăblie σvine în contact cu semifabricatulεν fusuri

(se sprijină în lagăreε şi rozete σpermit cuplarea cilindrilor pentru antrenareε Tăblia poate fiβ

netedăβ pentru tableν benzi profilatăβ pentru diferite profile; calibrele pot fi închise sau deschiseő

Clasificarea laminoarelor: după organizarea cajelor de lucru

În linie În paralel

după numărul cilindrilor din caja de lucru după destinaţieβ pentru blumuriν sleburiν tableν profile, etc. după natura materialuluiβ pentru oţeluriν Cuν Alν Znν şőaő după temperatura de lucruβ la caldν la rece⁄ după sensul de rotaţie al cilindrului de lucruβ reversibile şi ireversibile⁄ după amplasarea cilindrilor de lucruβ cu cilindrii orizontaliν cu cilindrii verticali, cu

cilindrii aşezaţi oblicν universali⁄ 10.2.3. Tehnologia laminării la cald Materia primă folosită este reprezentată deβ

lingouri (de diferite forme şi mărimiε la care se taie retasura şi piciorul lingoului⁄ semifabricate obţinute dintr-o laminare anterioară σblumuriν sleburiν ţagleν platineεν care

se taie la dimensiuni. Din aceste materiale se obţin următoarele tipuri de produse laminateβ

o oţeluri cu diferite forme ale secţiuniiβ pătratν triunghiularν rotundν semirotundν ovalν etc.; o profile: L, LL, U, I, T, Z; o profile speciale: şină de cale feratăν pentru ferestre metaliceν pentru industria

constructoare de maşini σagricoleν maşini de cusutε⁄ o benzi de oţel pentru arcuri în foiő

10.2.4. Tehnologia laminării la rece Materia primă folosită o constituie semifabricatele obţinute prin laminare la caldő Produsele rezultate prin laminare la rece sunt tablele şi benzile subţiriő

10.3. PRELUCRAREA PRIN TRAGERE ŞI TREFILARE

10.3.1. Consideraţii generale

Profile grele

Tablă groasă

Profile uşoareν mijlocii, sârmă, benzi

Tablă subţireν benzi subţiri

Produse laminate

Tragerea este procedeul tehnologic de deformare plastică care constă în trecerea

forţată a semifabricatului σbareν ţevi cu sau fără cusăturăε prin orificiul unei matriţe cu

secţiunea mai mică decât a semifabricatuluiő Avantajele acestui procedeu de prelucrare sunt reprezentate de obţinerea unor

dimensiuni precise, a unei foarte bune calităţi a suprafeţeiν a unor suprafeţe ecruisate σde

exemplu: sârme de arcεő

10.3.2. Scule şi utilaje Prelucrarea semifabricatelor (bare, ţeviε cu diametre mai mari de ≠δ mm se face cu

ajutorul matriţelorν iar pentru cele cu dimensiuni sub această valoare se utilizeză filiereleő Filiere şi matriţe

Pentru tragerea barelor sau ţevilor se utilizează bancul de tras. Pentru trefilarea sârmelor groase se foloseşte maşina de trefilat singulară σfigő ≠δ.11). Pentru micşorarea diametrului sârmelor se utilizează maşinile multipleν la care tobele sunt

amplasate în serie sau în paralelő 10.3.3. Tehnologia tragerii

Tragerea ţevilor Ţevile obţinute prin laminare sunt prelucrate prin tragere cu scopul:

micşorării diametrului şi grosimii pereţilor⁄ finisării dimensiunilor σobţinerea toleranţelor prescriseε⁄ ecruisării suprafeţelorő

Tragerea la rece se poate face: a) fără dorn⁄ b) cu dorn scurt fix; c) cu dorn scurt flotant; d) cu dorn lung, pentru ţevi cu diametre mici.

7

1 2 3 4

6 5

Figura 10.11. Maşina de trefilat singulară

l c

d

1 2 3

4 5 6

2

Figura 10.9. Filieră

60

2

d

Figura 10.10. Matriţă

10.4. PRELUCRAREA PRIN EXTRUDARE 10.4.1. Consideraţii generale. Tipuri de extrudare Extrudarea este procedeul de deformare plastică care constă în trecerea forţată a

semifabricatului datorită unei forţe de compresiuneν prin orificiul profilat al unei matriţeő Avantaje ale acestui procedeu sunt: obţinerea de ţeviν bareν piese cu profile

complicate din materiale cu plasticitate mică⁄ precizie foarte mare de prelucrareν astfel încât

nu se mai impun operaţii ulterioare de finisare. Printre dezavantaje se pot menţionaβ durabilitate scăzută a matriţei⁄ neuniformitatea

deformaţiilor volumiceő Tipuri de extrudare:

Extrudarea directă Extrudarea indirectă (inversă) Extrudarea combinată Extrudarea laterală Extrudarea prin explozie

10.5. PRELUCRAREA PRIN FORJARE

10.5.1. Consideraţii generale

Forjarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică al cald sau la receν în

care se aplică manual sau mecanicν forţe exterioare statice sau dinamiceő Prelucrarea la cald

presupune încălzirea semifabricatului în cuptoare cu combustibil solidν lichid sau gazosν cu

rezistenţă electrică sau inducţie şi se face în condiţiile neapariţiei fisurilor şi cu forţe cât mai

mici. Piesele forjate de dimensiuni mari se obţin plecând de la lingouriν iar pentru cele de dimensiuni mici şi mijlocii se folosesc profile laminate tăiate la lungimile corespunzătoareő Este un procedeu ieftin, relativ simplu, iar piesele prezintă o stuctură densă şi

omogenă şi caracteristici mecanice buneő În schimb sunt necesare forţe deformatoare mariν

iar calitatea suprafeţelor şi precizia dimensională sunt scăzuteő Forjarea poate fiβ liberă

(manuală şi mecanicăεν în matriţă σmatriţareε şi pe maşini specialeő 10.5.2. Forjarea liberă Prin forjare liberă manuală se obţin piese mici pentru lăcătuşerieν uz casnicν agricolν

reparaţiiő Sculele sunt acţionate manual şi se împart în două categoriiβ de bazăβ nicovaleν ciocaneν baroaseν dălţiν dornuriν gâtuitoareν şőaő ajutătoare σpentru manevrareν sprijin şi fixareεβ cleştiν menghini de forjăν şőaő

Cele mai importante operaţii simple de forjare suntβ

a) refularea; b) lungirea; c) lăţirea⁄ d) întinderea pe dorn⁄ e) găurirea cu dorn plin sau inelar σpentru diametre de ↑δδ-400 mm); f) tăierea⁄

a) b) c) d) e) f) Figura 10.18. Scule folosite la forjarea liberă mecanică

g) îndoirea⁄ h) răsucirea⁄ i) sudarea prin forjare. Prin forjare se pot prelucra arbori cotiţi. În funcţie de masa pieselorν forjarea se

realizează cu ciocane mecaniceν cu abur cu simplă şi dublă acţiuneν pneumatice şi prese cu

fricţiuneν cu excentricν hidrauliceő 10.5.3. Matriţarea

Forjarea în matriţă (matriţareaε este procedeul de prelucrare prin deformare plastică la

cald sau la rece, prin care materialul se deformează simultan în tot volumul cavităţii sculei

numită matriţăν ce se caracterizează prin forma şi dimensiunile produsuluiő Clasificarea matriţelorβ - simple - duble - închise - deschise Tăierea bavurii se realizează cu ajutorul ştanţei pentru debavurareν la cald sau la receν

în funcţie de grosimea bavurii şi puterea utilajuluiő Matriţa se montează pe o instalaţie de forţă precumβ ciocan matriţorν presă cu

excentric, presă cu fricţiuneν presă hidraulică sau utilaj specializat σde exempluν maşina de

forjat orizontalăεő

10.6. PRELUCRAREA TABLELOR PRIN FORFECARE ŞI DEFORMARE

PLASTICĂ 10.6.2. Prelucrarea tablelor prin tăiere Prin operaţia de tăiere se realizează separarea unei părţi din semifabricatul supus

prelucrăriiő Porţiunea separată poate constitui deşeul sau piesaő Tăierea tablelor se poate

realiza prin forfecare şi ştanţare. 10.6.2.1. Tăierea cu foarfeci În funcţie de configuraţia piesei şi de grosimea tablei se pot utilizaβ Foarfeca cu lame paralele

Foarfeca cu lame înclinate αghilotina→ Foarfeca cu cuţite disc 10.6.2.2. Tăierea prin ştanţare Prin ştanţare se execută următoarele operaţiiβ

- decuparea; - perforarea; - crestarea; - tăierea marginilor.

a) b) c) d) Figura 10.21. Tipuri de matriţe

10.6.3. Prelucrarea tablelor prin deformare plastică

10.6.3.1. Prelucrarea tablelor prin îndoire

10.6.3.2. Prelucrarea tablelor prin ambutisare Ambutisarea este operaţia de prelucrare a tablelor prin deformare plastică prin care

dintr-un semifabricat plan se obţine o piesă cavă sau care constă din continuarea deformării

semifabricatului cav în scopul scăderii diametrului şi creşterii înălţimiiő Ambutisarea se realizează din semifabricate individuale sau din bandă obţinându-se produse ca: scuturi pentru maşini electrice şi transformatoareν cutiiν capsuleν capaceν

ambalaje pentru industria alimentară şi chimicăν rezervoareν bidoaneν părţi componente ale

caroseriilor auto, tractoarelor, maşinilor agricole, fuzelajului, articole de marochinărieν tuburi

de cartuşeν şőaő

11. SUDAREA METALELOR

11.1. CONSIDERAŢII GENERALE Procedeul prin care se realizează îmbinări nedemontabile ale materialelor metalice cu

sau fără materiale de adaosν în anumite condiţii de temperatură şi presiuneν se numeşte

sudare. Sudura realizată se numeşte cusătură sau cordon de sudură σCSεő Porţiunea din

materialul de bază aflată în jurul cusăturiiν care nu a ajuns în stare de topireν dar care a

suferit transformări structurale datorită încălzirii puterniceν formează zona influenţată termic

(ZIT). CS împreună cu ZIT şi zonele învecinate acesteia formează îmbinarea sudatăő Clasificarea procedeelor de sudare este prezentată în fig. 11.1.

Metodele de deformare plastică prin îndoire

Îndoire propriu-zisă Profilare Curbare

Prin presare

Prin laminare

Cu role, pe maşini

speciale

Cu ştanţe specialeν

pe maşini universale

de îndoit

Simplă σîn Vε

Dublă σîn U)

Complexă

Figura 10.33 Metodele de deformare plastică

prin îndoire

11.2.2. Sudabilitatea altor metale şi aliaje Fonta este un material nesudabil datorită şC mareν care determină apariţia fisurilor şi

ruperilor. Sunt sudabile doar cele cenuşiiν dacă se execută la cald σ˚≥δ-700°Cε şi se aliază

baia de sudare cu elemente de grafitizare; sunt importante condiţiile de răcire ulterioareő Al, Cu şi aliajele lor sunt greu sudabileν motiv pentru care se iau măsuri de precauţie

precum: folosirea fluxurilor de dezoxidare a oxizilor ce se formează în baia de sudurăν

preîncălziriν surse puternice la sudareν utilizarea de gaze protectoare. Alamele se sudează

greu datorită oxidării puternice a Znő Bronzul se sudează greu datorită segregaţiei foarte

mari. Ti, Zr se sudează numai în mediu de gaz inertő Mo, W (metale greu fuzibile) se sudează cu WIGν cu jet de plasmăν cu fascicul de electroni, etc. Pb, Zn, Ni se sudează cu flacără utilizând fluxuri decapanteő

Cu fascicul de ioni / electroni

Cu fascicul de fotoni

Prin rezistenţă

de contact Prin inducţie

WIG

MIG

Procedee de sudare

Prin topire

Prin presiune

Cu energie electrică Cu flacără Cu termit Cu energie de radiaţie

În baie

de zgură Cu arc electric

Descoperit Acoperit

Sub strat de flux

În atmosferă de

gaze protectoare

În gaze inerte

În H atomic

În CO2

Cu jet de plasmă

La rece La cald

Prin deformare plastică la rece

Cu ultrasunete

Cu încălzire

prin frecare

Cu încălzire

în cuptor

Cu încălzire

la flacără

Cu încălzire

electrică

Figura 11.1 Clasificarea procedeelor de sudare

11.3. ÎMBINĂRI SUDATE 11.3.1. Tipuri de îmbinări

Rostul cusăturii reprezintă spaţiul delimitat de marginile pieselor de sudatν în care se

formează CSő La procedeele de sudare prin topire CS se formeaza prin solidificarea băii de

metal topit (BMT), care ia naştere din materialul de adaos σce se aşează pe direcţia rostuluiε

şi materialul de bază σMBεő La procedeele de sudare prin presiune sudura rezultă în urma

întrepătrunderii materialelor celor două piese aduse în stare plastică sau de topire

superficialăő Îmbinarea sudată primeşte denumirea după cea a rostului suduriiő Forma rostului se

stabileşte în funcţie de grosimea pieselor de sudat şi de poziţia lor relativă

11.4. SUDAREA PRIN TOPIRE Topirea materialelor de sudat se poate realiza cu energie electricăν cu flacărăν cu

termit şi cu energie de radiaţieő 11.4.1. Sudarea prin topire cu arc electric Piesele de sudat pot fi asamblate în prezenţa arcului electric ce ia naştere între cei doi

electrozi, a electrozilor şi fluxurilorő 11.4.1.1. Materiale de adaos 11.4.1.1.2.2. Electrozi înveliţi. Fluxuri

Învelişurile au următoarele roluriβ a) de ionizare, necesar stabilităţii arcului⁄ b) de protecţie a BMT de acţiunea H2 şi N2; c) de rafinare, în cazul în care picăturile transferate au suferit oxidări sau nitrurări⁄ d) de aliere a BMT, când în înveliş sunt introduse feroaliaje sau oxizi ai elementelor de aliere⁄ e) de topire a compuşilor greu fuzibiliν când în înveliş sunt introduse fondanţi, fluidifianţi⁄ f) de protecţie termică a CSν zgura fiind rea conducătoare de căldură⁄ g) de creştere a masei metaliceν când în înveliş este introdusă pulbere de Feő Fluxurile au rolurile:

- de protejare a BMT; - de aliere a cusăturii⁄ - de dezoxidant; - de eliminare a gazelor din CS; - de reducere a vitezei de răcire a cusăturii⁄ - de stabilizare a arcului electric.

11.4.1. 2. Arcul electric

Clasificarea arcurilor electrice: - arc cu acţiune directă şi electrod nefuzibil ; - arc cu acţiune directă şi electrod fuzibil⁄ - arc cu acţiune indirectă .

11.4.1.2.2. Fenomenul de ionizare 11.4.1.2.3. Mecanismul formării şi amorsării AE Sudurile se pot efectua:

în curent continuu cu polaritate directă. Este procedeul cel mai des utilizat. în curent continuu cu polaritate inversă. Metoda este recomandată pentru sudarea tablelor

subţiri sau în cazul utilizării electrozilor greu fuzibiliő în cőaő

Materiale de adaos

Înveliţi Neînveliţi

Electrozi fuzibili

După formă După secţiune

Sârmă

Vergele Benzi

Bare

Cu secţiune plină

Cu inimă σtubulariε

După natura

învelişului

Înveliş special

După

destinaţie Pt oţeluri carbon

şi slab aliate Pt oţeluri slab aliate

rezistente până la ≥δδ°C Pentru oţeluri înalt aliate

anticorozive şi refractare

Pentru încărcare

de straturi dure

Pentru fonte

Pentru metale şi aliaje neferoase

Figura 11.3. Clasificarea materialelor de adaos

Înveliş acid Înveliş bazic Înveliş celulozic Înveliş oxidant Înveliş titanic Înveliş rutilic

Fluxuri

După modul

de elaborare După destinaţie După felul zgurei

Pt sudare cu arc

Pt sudare în

baie de zgură

Fluxuri topite

Fluxuri ceramice

Fluxuri acide

Fluxuri bazice

Fluxuri neutre

11.4.1.3. Sudarea cu AE descoperit şi electrod învelit

11.4.1.3.5. Tehnologia sudării manuale cu arc electric

Variante ale mişcării σIIIε a) b) c) III II

I

Figura 11.13 Mişcările

efectuate de electrod

Figura 11.9 Schema sudării cu AE deschis

şi electrod învelit

6 7 8

4 3

5

2 1

50º 90º

30º

a) b) c) Figura 11.12 Poziţia electrodului

a) b) c) Figura 11.14 Sudura în jgheab şi de înărcare

45º = = =

=

11.4.1.3.6. Recomandări privind sudarea manuală a materialelor metalice cu arc

electric descoperit şi electrod învelit Sudarea oţelurilor carbon şi aliate

În general sudarea acestor materiale se realizează cu electrozi înveliţiő La repararea

pieselor sparte sau uzate este necesară scobirea şi curăţarea defectului până la nivel de

luciu metalic, după care se efectuează sudareaő Oţelurile turnate se sudează asemănător

celor laminate. Oţelurile laminate în table groase pentru cazane şi recipiente sub presiune

(OLK 1, OLK 2, OLK 3) şi cele pentru ţevi σOLT ↑θν OLT ↑≥ν őőőν OLT˚≥ε se sudează cu

electrozi cu înveliş titanic şi bazicő Oţelurile slab aliate au sub δνθşCν cantităţi reduse de EA

(Mn, Si, Cr, şőaőεν care conferă creşterea rezistenţei la rupere şi limitei de curgereν precum şi

modificatori (Al, V, B, şőaőε cu rol de finisare a granulaţieiő În funcţie de valoarea carbonului

echivalent Ce (v. rel. 12.1), la sudarea lor se deosebesc următoarele situaţiiβ Ce ≤ δν↓≥şν sudare fără preîncălzire⁄ dacă grosimile sunt mariν iar solicitările sunt

dinamice se aplică preîncălzire⁄ Ce ≤ δν˚δşν sudare cu preîncălzire la ≠δδ - 200°C⁄ Ce > 0,60%, sudare cu preîncălzire la θδδ - 350°C. În cazul sudării oţelurilor aliate cu oţelurile carbon alegerea electrozilor se face în

funcţie de cel aliatő

Sudarea fontelor Fonta cenuşie se sudează cu vergele de acelaşi fel ce conţin Siν P σVT-S30 (3% Si), VT-S36 (3,6% Si)), care împiedică formarea Fe3C la răcirea lentă a CSν ceea ce o va face

prelucrabilă prin aşchiereő Prelucrarea se face numai cu preîncălzire la ˚≥δ - 750°C sau ↓δδ - 450°Cő Fonta albă se sudează numai cu electrozi de acelaşi felν după care se supune

recoacerii de maleabilizare. Fonta devenind brusc lichidăν se sudează numai în poziţie

orizontalăν capetele rostului fiind delimitate cu plăci de grafitő Sudarea la rece este eterogenă

şi se efectuează cu electrozi de Ni-Cu, Ni, Fe-Ni, Cu-oţelν baziciő În cazul sudării pieselor cu

grosimi peste 6 mm, se prelucrează rosturi în Vν X şi pe suprafeţele acestoraν se realizează

pe direcţie perpendiculară găuri filetate în care se introduc şuruburi prezoaneν care rămân

deasupra feţei rostului cu θ � 3 mm, pentru a constitui o ancoră între CS şi MBő Sudarea metalelor neferoase Acestea sunt dificil de sudat prin acest procedeu datorită avidităţii lor faţă de O2, care determină apariţia porilor şi oxizilorν iar zgura formează incluziuni nemetalice în CSő De

aceea se recomandă sudarea lor în atmosferă de gaze protectoareő Conductivitatea termică

ridicată impune folosirea unor surse de curent puterniceő Dilatările importante generează

deformaţii mariő Sudarea Al şi aliajelor sale se realizează cu preîncălzire la ≠≥δ - 400°Cν cu electrozi

înveliţiν în cőcő cu polaritate inversăν pentru a evita străpungerea tablelor subţiriő Până la

grosimi de 6 mm sudura se execută în ŢIŢ pe o garnitură de Cu sau oţelν pe care s-a practicat un şanţ sub rostő Până la grosimi de θδmm nu se prelucrează marginile pieselor care formează un rost de δν≥ � 1mm şi care se vor suda pe ambele părţiő

Figura 11.16 Sudarea pe perete vertical

1

2

Figura 11.15 Mişcările

electrodului la sudura de colţ

Sudarea Cu şi aliajelor sale se realizează cu preîncălzire la θδδ - 300°C sau ≈δδ°C la

piesele groase, cu electrozi înveliţiν în cőcő cu polaritate inversăő Marginile tablelor nu se prelucrează până la grosimi de ˚ mmν care se sudează pe garnituri de grafitő Tablele groase

se sudează în X sau Yő Bronzurile Cu-Si, Cu-Al sau alamele Cu-Zn se sudează cu

preîncălzire la ↓δδ - 500°Cν deoarece sunt foarte fragileő Sudarea metalelor neferoase cu arc electric descoperit şi electrozi înveliţi nu este

recomandabilăν cu excepţia Ni şi aliajelor saleő

11.4.1.4. Sudarea cu arc electric acoperit sub strat de flux 11.4.1.4.1. Principiul procedeului

Arcul electric 1 ia naştere sub stratul de flux 2

determinând topirea electrodului ↑ şi a materialului de bază ↓ν formând BMT ≥ σfigő ≠≠.27). Se evidenţiază θ

mişcări necesare obţinerii CSβ a) avansul sârmei electrod către BMTν pentru

menţinerea constantă a lungimii arculuiν care se

realizează automat cu ajutorul unor capete de sudare;

b) avansul sârmei electrod în lungul rostuluiν pentru

obţinerea CS pe toată lungimeaν care se poate

face manual (sudare semiautomatăε sau automat

(sudare automatăεő 11.4.1.5. Sudarea cu arc electric în atmosferă de gaze protectoare Utilizarea acestor atmosfere se face cu scopul protejăriiν în generalν a BMT de

acţiunea oxigenului şi azotului din aerő 11.4.1.5.1. Sudarea în atmosferă de gaze inerte

Procedeul constă în acoperirea BMT cu gaze inerte ca Arν Heν care nu au nici o acţiune chimică asupra acesteia şi care protejează cusătura de acţiunea O2 şi N2 din atmosferăő Se utilizează θ metode de sudare în atmosferă de gaze protectoareβ WIG

(Wolfram inert gaz) şi MIG σmetal inert gazεő

a) Procedeul WIG (TIG sau argonare) Metoda se aplică la sudarea pieselor cu pereţi subţiri din oţeluri inoxidabileν Alν Cuν Niν

Ti, Zr, Nb, Be si aliajele acestora. Piesele din Al şi aliajele sale se degreseazăν se sudează

fără fluxuri după care se spală pentru a preveni coroziuneaő Oţelurile inox se sudează în cőcő

cu polaritate directăő b) Procedeul MIG

Ambele procedee fiind scumpe se sudează numai piesele importanteő

11.4.1.5.2. Sudarea cu jet de plasmă Procedeul se aplică sudării în ŢIŢ a foliilor cu g = δνδ≠ � 0,8mm cu ajutorul

microplasmei (plasma obţinută în domeniul δνθ � 10 A). Tablele sub 7 mm, se sudează fără

prelucrarea rostului şi fără material de adaoső La grosimi de peste ≈ mm se prelucrează

rostul în formă de Yν cu rădăcina de ≥ mmν în care se execută θ treceriβ aε prima se face cu plasmă⁄ bε a doua se face sub strat de flux sau cu MIGő Prin acest procedeu se sudează

oţeluri înalt aliateν inoxidabileν Niν Tiν Al şi aliajele lorő

Figura 11.27. Sudarea sub strat de flux

11.4.1.5.3.Sudarea cu CO2 (MAG) CO2 este un gaz protector care reacţionează cu BMTν motiv pentru care procedeul se

numeşte Ţmetal activ gazŢő Schema de principiu este identică cu cea de la MIGν cu

deosebirea că gazul protector este CO2. Metoda este recomandată sudării oţelurilor carbon obişnuiteν de calitate având până la

0,45% C şi oţeluri slab aliate cu Mn şi Siő 11.4.1.6. Sudarea în baie de zgură

- Permite sudarea economică a pieselor cu g = ↓δ � 1000 mm, cu depunere până la

300 kg metal/orăν la un singur electrodő Cel mai bine se sudează oţelul calmat cu C < δνθ≥ş sau cel slab aliatő Oţelurile cu

0,25% < C < 0,5% se sudează cu sârme slab aliateő Oţelurile austenitice înalt aliate şi

refractare sau încărcarea oţelului carbon cu oţel aliat se sudează cu sârme aliate şi

fluxuri cu fluoruri. După efectuarea sudurii este obligatorie aplicarea tratamentului de normalizare.

11.4.2. Sudarea prin topire cu flacără

11.4.2.1. Flăcări de sudare Flacăra rezultă din arderea combustibililor gazoşi sau a vaporilor de hidrocarburi în

prezenţa O2. Cea mai folosită este acetilena deoarece în prezenţa O2 aceasta atinge o temperatură de ↑≠≥δ - 3200°C⁄ vaporii de lichide combustibile σbenzinaν petrolulν şőaőε

dezvoltă în prezenţa O2 temperaturi de 1900 - 2500°Cő Acetilena σC2H2) se obţine în urma

reacţiei dintre carbid σCaC2) şi apăő C2H2 se produce în generatoare de acetilenă şi datorită

pericolului de explozie în amestec cu aerul se păstrează în butelii compartimentate specialν

care conţin o masă poroasă îmbibată cu acetonă σcare dizolvă acetilenaεő Flacăra depinde de raportul dintre O2 şi C2H2, adică

β0 = O2 ⁄ C2H2. Astfel se disting 3 categorii de flăcăriβ a) flacără normalăν pentru β0 = 1,1-1,2; b) flacără carburantăν pentru β0<1,1; c) flacără oxidantă σfigő ≠θő↓δbεν pentru β0 >

1,1.

11.4.2.2. Materiale de adaos şi fluxuri Pentru sudarea oţelurilor se utilizează sârme nealiate obişnuite sau de calitateő

Utilizarea fluxurilor (sub formă lichidăν de paste sau pulberiε este absolut necesară la sudarea

oţelurilor specialeν fontelorν metalelor şi aliajelor neferoase. Fluxurile se îndepărtează după

sudare prin periere, după care se spală bine CSő 11.4.2.3. Utilajul sudării cu flacără

Flacăra ce iese din arzător se datorează arderii acetileneiν obţinută în generatoare de

acetilenăν în prezenţa oxigenuluiν stocat în butelii specialeő 11.4.2.3.1. Generatoare de acetilenă. Supape de siguranţă

În funcţie de presiunea la care este debitată acetilena se deosebesc: - generatoare de presiune joasă σpnominală < 0,1 daN/cm2); - generatoare de presiune medie (pnominală < 1,5 daN/cm2).

Figura 12.40. Flacăra

oxiacetilenicăβ aε

carburantă⁄ bε oxidantă

11.4.2.3.2. Butelii de oxigen şi acetilenă Atât O2 cât şi C2H2 se stochează în buteliiő Se acţionează robinetul de la partea superioară a butelieiν se purjează puţin O2 pentru eliminarea eventualelor impurităţi lăsate de

garnitura capacului, se închide robinetulν după care se înşurubează reductorul de presiune

pentru O2. Reductorul de O2 serveşte la micşorarea presiunii din butelie la 1 � 15 daN/cm2 şi la menţinerea constantă a acesteiaő Reductoarele funcţionează pe principiul a două forţe

opuse: forţa de presare a unui arc care închide admisia O2 şi forţa de presare a unei

membrane acţionate de presiunea O2, opusă arcului şi care tinde să deschidă admisia O2. Reductorul de presiune la buteliile de acetilenă are acelaşi principiu de funcţionare ca şi cel

de O2 cu deosebirea că manometrul de înaltă presiune permite maxim ↑δ daNγcm2, iar cel de

joasă presiune maxim ˚ daNγcm2.

2 4 1 3 5 9

1187610Figura 11.44. Trusa de sudare şi tăiere acetilenică

11.4.2.3.3. Arzătoare

11.4.2.4. Tehnologia sudării cu flacără Se utilizează cu precădere la sudarea metalelor şi aliajelor cu temperatura de topire

sub 1000°Cν la piesele de fontă cu grosimi mici, la încărcarea cu metale şi aliaje dureν la

recondiţionarea pieselor din bronzν etcő Procedeul este economic pentru pisele cu grosimi

mici, deoarece numai ≈ ≠δş din căldura degajată de flacără este folosită pentru sudarea

propriu-zisăő Avantaje: procedeul este ieftin, flacăra este o sursă de căldură uşor reglabilăν iar în

cazul pieselor subţiri este mai productivă decât cea cu arcő Se recomandă sudarea

recipientelor din industria chimicăν recipientelor de presiune din industria alimentarăν a

recipientelor pentru abur, boilerelor, căldărilor de presiuneν conductelorν autoclavelorν

separatoarelor, şőaő Dezavantaje: nu se pot face alieri în cusăturăν apar deformaţii mari ale pieselor

sudate, iar în zonele învecinate sudurii se produc transformări structurale. Nu se recomandă

efectuarea sudurilor de colţ sau sudarea tablelor suprapuse deoarece apar deformaţii mari şi

rezistenţa acestor îmbinări este redusăő 11.5. SUDAREA PRIN PRESIUNE În acest caz îmbinarea are loc datorită forţelor de coeziune interatomice, nefiind necesare materiale de adaos, fluxuri, gaze protectoare şi ca urmare îmbinarea are rezistenţa

metalului de bazăő 11.5.1.1. Sudarea prin deformare plastică la rece

Sudarea prin presiune la rece, aplicabilă metalelor cu o mare deformabilitate, precum Al (70%), Cu (80%), Ni, se realizează cap la capν prin suprapunere σprin puncteν în linieε şi

Figura 11.45. Suflai de sudare oxiacetilenică

prin explozie. Sudarea se datorează întrepătrunderii straturilor de material astfel încât

electronii de pe suprafeţele de îmbinat să fie în sfera de atracţie reciprocăő Pentru aceasta

este obligatorie curăţarea suprafeţelor de îmbinat cu răzuitoareν perii rotative din sârmă de

oţelν pentru îndepărtarea oxizilor sau a altor impurităţiő

11.5.1.2. Sudarea cu ultrasunete Sudarea cu ultrasunete se aplică metalelor feroaseν neferoaseν a metalelor cu metale

refractare, cu materiale ceramice sau plastice. Procedeul are o largă aplicabilitate în

electrotehnicăν la sudarea sârmelor şi tablelor subţiriν deoarece eliminarea impurităţilor

asigură îmbinării o conductivitate electrică bună şi pentru că Al poate fi asamblat astfel cu

orice metal (excepţie făcând W şi Nbεő 11.5.2. Sudarea prin presiune la cald Deoarece îmbinarea rezultă în urma coeziunii la nivel interatomic a materialelor

supuse prelucrăriiν fără material de adaos, atunci cusătura va prezenta aceeaşi rezistenţă cu

a materialelor de bazăő 11.5.2.1. Sudarea prin presiune cu încălzire în cuptoare Aceasta reprezintă sudarea prin forjareν care se aplică pieselor din oţel cu până la

0,6% C, tablelor cu diferite concentraţii de C sau tablelor din oţel carbon cu cele din oţel

inoxidabil. Pentru obţinerea îmbinării se aplică iniţial lovituri dese şi uşoareν apoi puterniceν

folosindu-se ciocane cu abur sau prese hidraulice. 11.5.2.2. Sudarea prin presiune cu încălzire la flacără Aceasta se realizează cu un arzător inelarν care încălzeşte piesele cilindrice la exterior

sau cu unul ce asigură încălzirea suprafeţelor frontale ale pieselor de sudatő 11.5.2.3. Sudarea prin presiune cu difuziune Sudarea prin difuziune se aplică la îmbinarea metalelor şi aliajelor specialeő Piesele se

încălzesc în vid sau în mediu de gaz inert la σδν≈ � 0,8)Ttopire, se aplică o presiune de ≠

daN/mm2, timp îndelungat pentru realizarea difuziei şi pentru evitarea apariţiei deformaţiilorő 11.5.2.4. Sudarea prin presiune cu încălzire electrică de contact αsudare electrică

prin rezistenţă→ În cadrul acestui procedeu se realizează o încălzire locală a pieselorν datorată trecerii

unui curent de intensitate mare, concomitent cu aplicarea unei presiuni. La creşterea

presiunii se realizează aplatizarea microneregularităţilor suprafeţelorν ceea ce conduce la

creşterea suprafeţei de contact şi îndepărtarea peliculelor izolatoareő Sudarea se poate executa: - prin puncte - în linie. 11.5.2.5. Sudarea prin presiune cu încălzire prin inducţie

Principiul de lucru permite obţinerea unor temperaturi înalte pe lungimi de zeci de mm

în timpi scurţiν care determină sudarea cu viteze mariő Procedeul se aplică la sudarea ţevilor

de Al sau oţel austeniticő 11.6. Tratamentele termice ale sudurilor Zona influenţată termic determină scăderea proprietăţilor asamblării sudateő Ca

urmare, se are în vedere o combinare a procesului de sudare cu un tratament termicν cu

scopul obţinerii unei structuri corespunzătoare cerinţelor de exploatareő Se deosebescβ

1. tratamente anterioare sudării σde detensionare, de normalizare a pieselor ) 2. tratamente aplicate în timpul sudării⁄ 3. tratamente ulterioare sudării (de detensionare, de normalizare, de recoacere, de călireν

de revenire), aplicate cu scopul micşorării sau înlăturării tensiunilor. 12. CONTROLUL DEFECTOSCOPIC A STRUCTURII MATERIALELOR 12.1. DEFECTE ŞI METODE DE CONTROL 12.1.1. Definirea şi clasificarea defectelor Defectele se regăsesc în piese turnateν forjateν laminate sau îmbinări sudate şi pot fi

grupate astfel: - fisuri ; - goluri; - incluziuni; - discontinuităţi de material - defecte de formăő

12.1.2. Clasificarea metodelor de control Se deosebesc:

- controlul preventiv, dinaintea fabricaţiei⁄ - controlul operativ, aplicat în timpul desfăşurării procesului de producţie⁄ - controlul final, dinaintea livrăriiő

12.2. CONTROLUL CU LICHIDE PENETRANTE (CLP)

12.2.1 . Generalităţi Această metodă de control presupune utilizarea a θ varianteβ

1. controlul cu petrol lampant, utilizat la verificarea etanşietăţilor sudurilor pereţilor planiν

rezervoarelor deschise, carcaselor reductoarelor. metoda luminescentă de control 12.2.2. Tehnologia controlului cu lichide penetrante Aceasta cuprinde următoarele etapeβ - pregătirea suprafeţelorν - aplicarea lichidului penetrant, - îndepărtarea excesului de penetrant - aplicarea developantului - examinarea suprafeţelor colorate la ≥ν ≠≥ν ↑δ minute pentru identificarea defectelor

profunde sau a celor foarte mici (care apar mai târziuε - curăţarea finalăő

12.2.3. Echipamente de control Avantajele utilizării CLP sunt:

preţ de cost scăzutν echipamente simple⁄ uşor de folosit în condiţii de şantier⁄ interpretarea imediată a rezultatelor⁄ aplicabilitatea pe orice tip de materiale (feroase, neferoase, ceramice, sticlăν mase

plastice etc) sensibilitate foarte mare la depistarea defectelor superficiale (deschiderea 0,01mm,

adâncimea δνδ↑ mmν lungimea δν↑mm ε

Dezavantajele CLP sunt: numai depistarea defectelor deschise; nu se poate folosi la depistarea defectelor metalelor poroase sau fibroase; suprafeţele protejate prin vopsireν nichelareν cromareν zincare nu pot fi controlate⁄ volum mare de manoperăő

12.2.3.1. Seturi de lichide penetrante Sunt produse sub diferite mărciβ Spotcheckν Met-L-Check, Zyglo, Ardrox, Karl

Deutsch, Nivea Braşov etcő 12.2.3.2. Lampă cu ultraviolete Lampa cu ultraviolete este o lampă specială cu cuarţ şi vapori de mercurν care se

foloseşte împreună cu lichidele penetrante fluorescente. 12.2.3.3. Piese de probă Sunt piese simple cu defecte naturale sau provocate artificial, rigide sau reglabile,

denumite şi corp de probăν defectometruν bloc de controlν etalon etcő Aceste piese sunt

folosite pentru apreierea calităţii lichidelor sau stabilirea tehnologiei optime de control.

12.3. CONTROLUL MAGNETIC

12.3.1. Principiul controlului magnetic. Magnetizarea. Dispozitive pentru magnetizare

Materiale introduse într-un câmp magnetic uniform au proprietatea de a concentra sau dispersa (devia) liniile de câmp, proprietate ce stă la baza principiului controlului magnetic. Introducerea unui câmp magnetic uniform în materialele controlate se face prin magnetizarea

acestora. Magnetizarea poate fi produsă cu ajutorul magneţilor permanenţi sau a curentului

electric (alternativ, continuu, pulsatoriu). Dispozitivele folosite la magnetizarea cu ajutorul curentului electric sunt:

Jugul electromagnetic Solenoidul Tije de Cu, Al Electrozi plani sau mobili ce asigură magnetizarea prin injecţie de curent. Defectoscop specializat pe magnetizarea prin inducţie de curent (fig. 15.17).

12.3.3. Echipamente pentru magnetizare Având în vedere dimensiunileν greutatea şi modul de utilizareν echipamentele de

magnetizare pot fi: portative, mobile, staţionareν improvizate.

12.3.4. Metode de control magnetic A. Controlul cu pulberi magnetice

B. Controlul magnetografic C. Controlul magnetic prin inducţie

12.4. CONTROLUL ULTRASONIC 12.4.1. Producerea ultrasunetelor. Proprietăţile şi incidenţa acestora

Ultrasunetele în domeniul ≠őőő≠δ MHz au aplicaţii în controlul materialelor metalice, după cum urmeazăβ

a) Oţelurile carbon sunt controlabile astfel:

Oţelurile turnate şi forjate se pot controla cu frecvenţe joase δν≥őőő≠ MHz datorită

granulaţiei mari⁄ Oţelurile laminate se pot controla cu frecvenţe mai ridicate 2...6 MHz.

b) Fontele sunt controlabile astfel: Fontele cenuşiiν datorită grafitului sunt mai greu controlabileő Pot fi controlate fontele cu

grafit lamelar având rezistenţa la rupere peste θδδ Nγmm2;

Fontele albe sunt similare oţelului turnatő c) Oţelurile austenitice inoxidabile sau refractare, bogate în cromν nichel sau mangan

sunt mai greu de controlat datorită mărimii grăunţilorő d) Aluminiu, magneziul şi aliajele lor se controlează uşorν cu parametrii reglaţi pentru

oţel carbonő e) Cuprul şi aliajele sale (alamele, bronzurile), datorită coeficientului mare de atenuare

şi vitezei relativ mici de propagere a ultrasunetelorν sunt dificil de controlatő