1 TIPURI DE MATERIALE METALICE

Capitolul 1 TIPURI DE MATERIALE METALICE 1.1 Aliaje fier-carbon: elaborare, structurã, proprietãþi, diagrama Fe-C, simbolizare Majoritatea metalelor se gãsesc în scoarþa terestrã sub forma unor minereuri. Din minereuri se obþin materiale metalice: metale ºi aliaje metalice. MATERIALE METALICE METALE: fier, cupru, aluminiu, aur, argint, zinc etc. ALIAJE: fontã, oþel, bronz, alamã etc. Definiþie: Aliajul metalic este o substanþã care se obþine prin contopirea a douã sau mai multe elemente chimice, numite componentele aliajului; elementul aflat în proporþia cea mai mare în aliaj este totdeauna un metal ºi se numeºte component de bazã, celelalte elemente din compoziþia aliajului pot fi metale sau nemetale ºi se numesc componente de adaos sau de aliere. Aliajele feroase se obþin din minereuri de fier, care conþin fierul sub formã de oxizi sau carbonaþi: hematit ºi limonit (Fe 2 O 3 ), magnetit (Fe 3 O 4 ), siderit (FeCO 3 ). Conþinutul de fier din aceste minereuri este de 30-60%, iar restul reprezintã sterilul*. Procesul de bazã în obþinerea aliajelor feroase îl reprezintã reducerea oxizilor de fier din minereu cu ajutorul cocsului ºi al oxidului de carbon, la temperaturi foarte înalte, într-un cuptor înalt de tip special, numit furnal (fig. 1). minereu de fier cocs aer cald calcar gaze de furnal fontã În furnal se introduc: minereu de fier; cocs** (are rolul de combustibil ºi reducãtor); fondanþi (materiale auxiliare necesare pentru a uºura topirea sterilului ºi a-l îndepãrta sub formã de zgurã): calcar sau dolomitã; aer încãlzit (necesar arderii combustibilului). În urma reacþiilor care au loc în furnal între materialele încãrcate rezultã urmãtoarele produse: fonta topitã (numitã fontã brutã sau de primã fuziune, care este produsul principal al furnalului); zgura topitã***; gaze de furnal (folosite parþial pentru preîncãlzirea aerului în caupere, parþial în alte scopuri în cadrul combinatului siderurgic). Fonta brutã lichidã este utilizatã în continuare la elaborarea oþelului în cuptoare Siemens-Martin, în convertizoare sau în cuptoare electrice (fig. 2). zgurã Fig. 1 Furnal (secþiune) REÞINEÞI! Aliajele fierului cu carbonul sunt oþelurile ºi fontele. * steril partea nefolositoare dintr-un zãcãmânt sau produs minier; ** cocs produs solid obþinut din cãrbune de pãmânt, din reziduuri de petrol, prin încãlzire la temperaturi înalte; *** zgura topitã reziduu rezultat în procesul de elaborare a aliajelor feroase. 4

cocs calcar minereu de fier zgurã furnal fontã aer cald calupuri cuptor Siemens-Martin cuptor electric cu arc lingouri laminor* (prelaminare) laminor de bare laminor de tablã laminor de sârmã Fig. 2 Obþinerea fontei ºi elaborarea oþelului Structura ºi proprietãþile aliajelor feroase pot fi descoperite, urmãrind diagrama Fe-Fe 3 C din figura 3. Diagrama fier-carbon cuprinde: linii, puncte critice ºi transformãri structurale principale. diferite industrii Fig. 3 Diagrama Fe-Fe 3 C * laminor utilaj metalurgic care transformã materialele metalice în semifabricate. 5

Liniile principale din diagrama fier-cementitã (Fe-Fe 3 C) sunt: linia lichidus a diagramei (ABCD) delimiteazã zona în care întregul aliaj este în stare topitã de regiunile în care a început cristalizarea. Aceastã linie indicã temperaturile la care începe solidificarea aliajelor ºi este denumitã curba temperaturilor de topire; linia solidus a diagramei (AHJECF) delimiteazã zona de solidificare totalã. Ea indicã temperaturile la care se terminã solidificarea aliajelor. Sub aceastã curbã, materialul este în stare solidã; liniile GS, ES, PSK, GPQ reprezintã linii de transformare în stare solidã a aliajelor Fe-Fe 3 C. Aceste linii principale împart diagrama în mai multe domenii structurale, dintre care unele conþin structuri alcãtuite dintr-un singur constituent, iar altele structuri cu mai mulþi constituenþi. Aºa cum putem observa pe diagrama Fe-Fe 3 C, existã mai multe domenii alcãtuite din unul sau mai mulþi constituenþi structurali. Fiecare dintre aceºtia au anumite proprietãþi ºi se pot defini astfel: FERITA este o soluþie solidã de carbon în Feα; are o structurã poliedricã, este moale ºi plasticã. AUSTENITA este o soluþie de carbon în Feγ; are o structurã poliedricã, este moale ºi plasticã. CEMENTITA este un compus definit; este durã ºi fragilã, apare în structurã sub formã lamelarã sau globularã. PERLITA este un amestec mecanic de feritã ºi cementitã secundarã; are o structurã lamelarã sau globularã, are duritate medie, plasticitate satisfãcãtoare ºi rezistenþã scãzutã. LEDEBURITA este un amestesc mecanic format din perlitã ºi cementitã; este durã ºi fragilã. Puteþi observa structurile acestor constituenþi în figurile 4 ºi 5. 1 2 6 3 a b c d Fig. 4 Microstructuri caracteristice ale perlitei ºi ale cementitei secundare: a) perlitã lamelarã; b) perlitã globularã; c) feritã + perlitã; d) perlitã + cementitã secundarã; 1 perlitã; 2 feritã; 3 cementitã secundarã în reþea. REÞINEÞI! Transformarea austenitei în feritã ºi cementitã se produce în stare solidã ºi se numeºte transformare eutectoidã. Punctele critice ale diagramei Fe-Fe 3 C sunt cele la care are loc o transformare de fazã. Ele se noteazã cu litera A urmatã de un indice: A 1 reprezintã temperatura de transformare eutectoidã (727 C), la care austenita perlitã, dupã cum are loc încãlzirea sau rãcirea; A 2 este punctul CURIE al feritei (770 C); A 3 este punctul de transformare Fe α Fe γ (912 C) sau, în cazul oþelurilor hipoeutectoide, al feritei în austenitã ºi invers (linia GS); A 4 este punctul de transformare Fe γ Fe δ (1392 C); în cazul oþelurilor hipereutectoide, transformarea care indicã sfârºitul dizolvãrii cementitei în austenitã (linia ES); se noteazã Acem. Conform diagramei Fe-Fe 3 C, oþelurile sunt aliaje ce conþin pânã la 2,11% C, iar fontele sunt aliaje ce conþin între 2,11% C ºi 6,67% C.

Oþelurile, în funcþie de conþinutul de carbon ºi de structurã, se clasificã astfel: oþeluri hipoeutectoide, care conþin pânã la 0,77% C ºi au structura alcãtuitã din feritã ºi perlitã (fig. 4c); oþeluri eutectoide, care conþin în jur de 0,77% C ºi au structura formatã din perlitã (fig. 4a); oþeluri hipereutectoide, care a b c Fig. 5 Microstructuri caracteristice fontelor albe (aliaje cu peste 2,11% C): a) aliaj hipoeutectic; b) aliaj eutectic; c) aliaj hipereutectic; 1 ledeburitã; 2 perlitã; 3 cementitã primarã. conþin între 0,77% C ºi 2,11% C ºi au structura formatã din perlitã ºi cementitã secundarã (fig. 4d). Fontele albe (denumirea provine de la faptul cã în spãrturã acestea au culoarea albã-argintie datoritã prezenþei cementitei primare în structurã) se clasificã astfel: fonte albe hipoeutectice, care conþin între 2,11 ºi 4,3% C ºi au structura formatã din perlitã ºi ledeburitã (fig. 5a); fonte albe eutectice, care conþin în jur de 4,3% C ºi au structura formatã numai din ledeburitã (fig. 5b); fonte albe hipereutectice, care conþin între 4,3% C ºi 6,67% C ºi au structura formatã din cementitã primarã ºi ledeburitã (fig. 5c). SARCINI DE LUCRU 1. Ce se introduce ºi ce rezultã din furnal la elaborarea aliajelor feroase? 2. Definiþi aliajele feroase. 3. Descrieþi liniile principale ºi punctele critice din diagrama Fe-Fe 3 C. 4. Definiþi ferita ºi cementita. 5. Identificaþi la microscop constituenþii structurali ai aliajelor Fe-Fe 3 C pe probe pregãtite, existente în dotarea cabinetului. 1 2 1 3 1.1.1. Fonte: proprietãþi, simbolizare, utilizãri Aºa cum se observã ºi din figura 2, fontele brute (sau fontele de primã fuziune), obþinute în furnal prin reducerea minereurilor de fier cu ajutorul cocsului, sunt folosite în douã scopuri principale: pentru elaborarea oþelului în utilaje de elaborare (cuptoare Siemens-Martin, cuptoare electrice sau convertizoare); pentru elaborarea fontei cenuºii destinatã turnãrii în piese (în urma topirii în cuptoare cilindrice, numite cubilouri, sau în cuptoare rotative). Fontele turnate conþin între 2,11 ºi 4,3% C, precum ºi proporþii relativ mari de elemente însoþitoare, respectiv 0,5... 3,5% Si, 0,3... 1,5% Mn, mai puþin de 0,15% S ºi mai puþin de 0,5% P. În funcþie de conþinutul elementelor însoþitoare ºi de condiþiile de solidificare, fontele turnate în piese sunt: fonte albe, fonte pestriþe ºi fonte cenuºii. Fontele albe cât ºi cele pestriþe au carbonul legat de fier sub formã de cementitã care imprimã acestora urmãtoarele proprietãþi: sunt dure (400-600 HB), fragile, nedeformabile ºi neprelucrabile prin aºchiere. Datoritã acestor proprietãþi, fontele albe cât ºi cele pestriþe au utilizãri restrânse: cilindri de laminor, duze pentru sablaj*, piese pentru maºini de sfãrâmat ºi mãcinat. * duzã pentru sablaj ajutaj (orificiu) prin care se împroºcã, cu ajutorul aerului comprimat, nisip sau alice de plumb pentru a curãþa suprafeþele pieselor metalice. 7

Fontele cenuºii au carbonul în întregime sau în cea mai mare parte sub formã de grafit* (lamelar sau nodular, fig. 6 a,b), ceea ce le determinã în spãrturã culoarea cenuºie. Dupã structura masei de bazã, fontele cenuºii pot fi: feritice, ferito-perlitice ºi perlitice (fig. 7 a, b, c). a b Fig. 6 Forme caracteristice ale grafitului în fontele cenuºii turnate: a) grafit lamelar; b) grafit nodular. a b c Fig. 7 Microstructurile caracteristice fontelor cenuºii cu diferite mase de bazã: a) fonte feritice; b) fonte ferito-perlitice; c) fonte perlitice. Proprietãþile fizice ale fontelor cenuºii sunt determinate de structura masei de bazã ºi de distribuþia grafitului. Astfel grafitul: reduce densitatea masei de bazã (fiind foarte uºor); reduce coeficientul de dilatare liniarã a fontelor cenuºii; reduce conductibilitatea electricã a fontelor; mãreºte conductibilitatea termicã a fontelor; mãreºte rezistenþa electricã a acestor materiale. Proprietãþile mecanice depind de microstructura masei de bazã, de forma ºi distribuþia grafitului. Cea mai bunã rezistenþã mecanicã o au fontele perlitice, iar cea mai scãzutã, fontele feritice. Grafitul acþioneazã ca o incluziune nemetalicã: reduce considerabil plasticitatea ºi rezilienþa** masei de bazã. Fontele cenuºii obiºnuite (cu grafit lamelar) au rezistenþa masei de bazã ºi rezistenþa minimã la tracþiune R m = 100-300 N/mm 2. În urma unui tratament de modificare prin tratarea fontei lichide cu adaosuri de ferosiliciu, silicocalciu, aluminiu etc. (0,3-0,8% din masa fontei lichide), rezistenþa fontelor modificate atinge valori de 350-400 N/mm 2. Fontele cu grafit nodular au proprietãþi mecanice mai bune (R m 400 N/mm 2 ; plasticitate A 5 10%, rezilienþã KCU = 30 J/cm 2 ) ºi o utilizare mai largã. Duritatea fontelor cenuºii depinde de structura masei de bazã astfel: fontele feritice au cea mai micã duritate (120 HB), iar cele perlitice cea mai mare duritate (250 HB). O proprietate importantã a fontelor cenuºii este capacitatea lor de a amortiza vibraþiile. De asemenea, fontele cenuºii perlitice sunt rezistente la uzurã, datoritã, pe de o parte, duritãþii mari a cementitei din perlitã, iar pe de altã parte efectului de autoungere pe care îl asigurã grafitul (ele sunt utilizate ºi ca fonte autofricþiune). REÞINEÞI! Proprietãþile tehnologice ale fontelor cenuºii sunt: fluiditate ºi fuzibilitate foarte bune, permiþând turnarea lor în piese cu pereþi subþiri; prelucrabilitate prin aºchiere foarte bunã deoarece grafitul uºureazã ruperea aºchiilor; sudabilitatea este bunã numai în condiþii speciale, la cald; forjabilitatea este practic nulã (sunt neforjabile, adicã nu se deformeazã plastic la cald). * grafit carbon natural; ** rezilienþã capacitatea unui material de a absorbi o anumitã cantitate de energie atunci când este lovit brusc de un corp solid. 8

Simbolizarea fontelor cenuºii Fontele cenuºii sunt notate cu simbolul format din literele Fc (fontã cenuºie) urmat de un grup de cifre care indicã rezistenþa minimã la tracþiune R m, în N/mm 2. Exemple: Fc 100; Fc 150; Fc 200; Fc 300. Fontele cu grafit nodular sunt notate cu simbolul Fgn. Exemplu: Fgn 400-10 (fontã cu grafit nodular cu R m 400 N/mm 2 ; A 5 10%; KCU = 17 J/cm 2 ). Utilizãrile fontelor cenuºii Datoritã proprietãþilor lor, fontele cenuºii au utilitãþi diverse: în executarea de batiuri* ale maºinilor unelte, chiuloase de motoare, rotoare de pompe de apã, cilindri pentru maºinile cu abur ºi motoare cu ardere internã, în construcþia de autovehicule (arbori cotiþi, axe cu came), în construcþia de maºini grele ºi de utilaj metalurgic (ciocane pentru forjare, traverse pentru prese, cilindri de laminor) etc. 1.1.2. Oþeluri: proprietãþi, simbolizare, utilizãri Oþelurile se obþin prin afânarea fontei în cuptoare Siemens-Martin, în convertizoare sau în cuptoare electrice. Afânarea constã în oxidarea (arderea) unei pãrþi a carbonului, a fosforului ºi a sulfului din fonta brutã cu ajutorul minereurilor de fier, al aerului sau al oxigenului. În funcþie de procedeul de elaborare, oþelurile tehnice mai conþin 0,05... 0,35% Si; 0,05... 0,80% Mn; 0,01... 0,06 S ºi 0,01... 0,06% P. Principiul simbolizãrii oþelurilor este strâns legat de clasificarea acestora dupã mai multe criterii. În funcþie de compoziþia chimicã, oþelurile se clasificã în: oþeluri nealiate (numite ºi oþeluri carbon), care conþin numai fier, carbon ºi elemente însoþitoare în conþinuturi obiºnuite; oþeluri aliate, care, pe lângã fier, carbon ºi elemente însoþitoare, conþin ºi elemente adãugate în mod special, numite elemente de aliere (Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, V, Ti, Nb, Al etc.). Dupã destinaþie, oþelurile se clasificã în: oþeluri pentru construcþii, destinate construcþiilor metalice (poduri, vase, vagoane etc.) ºi construcþiilor de maºini (arbori, roþi etc.); oþeluri pentru scule; oþeluri cu destinaþie specialã (arcuri, rulmenþi, pile, oþeluri inoxidabile ºi anticorosive). În funcþie de starea de livrare, oþelurile se clasificã în: oþeluri laminate la cald ºi oþeluri forjate (deformate plastic la cald); oþeluri turnate în piese. Oþeluri carbon deformate plastic la cald Oþelurile carbon constituie cea mai importantã grupã de materiale folositã în construcþia de maºini. Conþinutul de carbon determinã structura acestor oþeluri ºi în foarte mare mãsurã proprietãþile lor. Astfel, o datã cu creºterea conþinutului de carbon, diferite grupe de proprietãþi sunt influenþate dupã cum urmeazã: a) Proprietãþile fizice: densitatea oþelurilor scade; cãldura specificã creºte; conductivitatea termicã ºi coeficientul de dilatare liniarã scad. * batiu construcþie de oþel sau de fontã pe care se monteazã mecanismele unui sistem tehnic stabil ºi, prin intermediul cãreia aceasta se poate fixa pe o fundaþie, pe un teren etc. 9

b) Proprietãþile mecanice (fig. 8): cresc proprietãþile de rezistenþã (duritatea HB, limita de rupere R m ºi limita de curgere R po2 ); scade plasticitatea (A) ºi tenacitatea* (Z, KCU). c) Proprietãþile tehnologice: turnarea pieselor cu pereþi subþiri devine dificilã datoritã fuzibilitãþii înalte ºi fluiditãþii relativ reduse; forjabilitatea este bunã, dar scade o datã cu creºterea conþinutului de carbon (intervalul de forjare este 1150-850 C); prelucrabilitatea prin aºchiere variazã astfel: oþelurile moi se aºchiazã greu, cele dure (au în structurã perlitã) se aºchiazã uºor, iar cele extradure se aºchiazã bine dar neeconomic datoritã uzurii sculei aºchietoare; sudabilitatea este bunã la conþinuturi mici de carbon (sub 0,25%C); oþelurile dure ºi extradure cu 1,40% C, practic nu se sudeazã. Oþelurile carbon pentru construcþii, în funcþie de cerinþele impuse, pot fi: oþeluri de uz general ºi oþeluri carbon de calitate. 1. Oþelurile de uz general pentru construcþii (STAS 880-80) se folosesc ca atare, sub formã de produse laminate la cald, fãrã prelucrãri prin aºchiere. Fig. 8 Influenþa carbonului asupra proprietãþilor mecanice ale oþelurilor cu structuri normale (de echilibru). Datoritã faptului cã oþelurile carbon obiºnuite au drept caracteristicã de bazã rezistenþa la rupere prin tracþiune (R m ), ele se noteazã prin simbolul OL (oþel laminat la cald) urmat de un grup de cifre care indicã rezistenþa minimã la rupere în N/mm 2. Exemple: OL 37 (oþel carbon obiºnuit cu R m 370 N/mm 2 ); OL 50 (oþel carbon obiºnuit cu R m 500 N/mm 2 ). Oþelurile carbon obiºnuite se utilizeazã astfel: cele cu conþinut scãzut de carbon (sub 0,25% C), pentru construcþii metalice sudate (mantale, capace, batiuri, tiranþi, oþel beton); cele cu conþinut mai mare de carbon, pentru piese de importanþã mai micã în construcþia de maºini (ºuruburi, piuliþe, pene, bride etc.). 2. Oþelurile carbon de calitate (STAS 880-80) nu se utilizeazã în stare de livrare, ci urmeazã a fi supuse unor tratamente termice. Lor li se garanteazã compoziþia chimicã ºi proprietãþile mecanice de bazã (R m, R po2, A 5, Z, KCU). Aceste oþeluri se noteazã prin simbolul OLC (oþel laminat la cald de calitate), urmat de un grup de cifre, care reprezintã conþinutul de carbon, în sutimi de procent. Exemplu: OLC 35 (oþel carbon de calitate cu conþinut mediu de carbon 0,35%). Oþelurile carbon de calitate se utilizeazã în construcþia de maºini, la fabricarea pieselor supuse unor solicitãri diferite, astfel: OLC 10 ºi OLC 15 se folosesc la fabricarea pieselor care urmeazã a fi sudate sau matriþate sau a celor care suportã ºocuri în miez ºi frecare la suprafaþã (bolþuri); OLC 25, OLC 35, OLC 45 se folosesc pentru piese care necesitã rezistenþã mare ºi tenacitate (arbori cotiþi, roþi dinþate); OLC 60 se foloseºte la fabricarea pieselor cu proprietãþi elastice (arcuri, bucºe extensibile) sau rezistente la uzurã (pene, roþi dinþate etc.). * tenacitate proprietatea unui material de a se deforma mult sub acþiunea unor solicitãri exterioare, înainte de a se rupe. 10

Oþelurile carbon pentru scule Sunt în general oþeluri dure ºi extradure, cu conþinut mare de carbon (0,7... 1,4% C), putând fi aduse la condiþii de rezistenþã mare la uzura prin frecare. Oþelurile carbon pentru scule se noteazã cu simbolul OSC urmat de un numãr alcãtuit din una sau douã cifre care indicã conþinutul mediu de carbon, în zecimi de procent. Exemple: OSC 8 reprezintã un oþel pentru scule cu 0,8% C, OSC 12 oþel pentru scule cu 1,2% C. În funcþie de conþinutul de carbon, oþelurile pentru scule au utilizãri diferite: OSC 7, OSC 8, OSC 9 se folosesc la fabricarea sculelor pentru prelucrarea prin aºchiere a materialelor nemetalice, a metalelor ºi a aliajelor neferoase, precum ºi a sculelor pentru prelucrarea prin presare, lovire, tãiere la rece; OSC 10, OSC 12, OSC 13 se folosesc pentru fabricarea sculelor (cuþite, burghie), pentru aºchierea materialelor metalice cu duritãþi mici (alame, bronzuri, fonte cenuºii, oþeluri moi). Oþelurile nealiate cu destinaþie specialã, conform standardelor în vigoare din þara noastrã, pot fi grupate în: Oþeluri pentru prelucrarea pe maºini automate, notate prin simbolul AUT urmat de un grup de 2 cifre care reprezintã conþinutul mediu de carbon în sutimi de procent. Exemplu: AUR 20, are 0,20% C. Oþeluri fosforoase pentru piuliþe, care au un conþinut mare de fosfor (0,20... 0,40% P) ºi se prelucreazã uºor prin aºchiere; se noteazã cu simbolul OLP (oþel laminat la cald fosforos). Oþeluri pentru construcþia cazanelor ºi a recipientelor sub presiune, notate cu R sau K; sunt livrate sub formã de table groase din care se executã virole de cazane de abur, recipiente care lucreazã sub presiune. Oþeluri pentru þevi laminate la cald, notate cu simbolul OLT (oþel laminat la cald pentru þevi) urmat de un numãr care indicã rezistenþa minimã la tracþiune. Exemplu: OLT 35 reprezintã oþel pentru þevi cu R m 350 N/mm 2. Oþeluri pentru pile care sunt oþeluri pentru scule, dar cu destinaþie specialã. Exemple: OSP 6 (oþel special pentru pile cu 0,6% C); OSP 12 (oþel special pentru pile cu 1,2% C). Oþeluri pentru fabricarea cuþitelor, foarfecelor ºi a altor obiecte destinate tãierii materialelor nemetalice, notate cu simbol OLS urmat de un numãr care indicã conþinutul minim de carbon în zecimi. Exemplu: OLS 7. Oþelurile carbon turnate în piese Sunt oþeluri moi sau semidure. Se noteazã cu simbolul OT urmat de un grup de numere, dintre care primul reprezintã rezistenþa minimã la rupere, iar cel de-al doilea, grupa de calitate care poate fi 1, 2 sau 3 (la grupa 1 se garanteazã: R m, A 5 ; la grupa 2: R m, R po2, A 5 ; la grupa 3: R m, R po2, A 5, Z, KCU). Exemplu: OT 450-3. Utilizãri: la turnarea de roþi, arbori, pistoane, cilindri etc. Oþeluri aliate Oþelurile aliate au structurã, proprietãþi ºi simbolizãri deosebite de cele ale oþelurilor carbon. În funcþie de conþinutul total al elementelor de aliere, oþelurile pot fi: slab aliate, care conþin 2,5% elemente de aliere; mediu aliate, care conþin între 2,5-10% elemente de aliere; înalt aliate, care conþin peste 10% elemente de aliere. În proporþii mici, corespunzãtoare oþelurilor slab aliate, majoritatea elementelor de aliere nu provoacã modificãri importante în microstructura oþelurilor. 11

Pe mãsurã ce conþinutul elementelor de aliere creºte, ajungându-se la cele caracteristice oþelurilor mediu aliate, structura oþelurilor se modificã prin apariþia altor constituenþi structurali în afarã de feritã, perlitã ºi cementitã; aceºti constituenþi, respectiv, troostitã, bainitã ºi martensitã, singuri sau împreunã, au proprietãþi diferite de ale celor normali. Ei sunt mai duri ºi mai rezistenþi, însã mai puþin plastici ºi cu rezistenþã la ºoc mai redusã. REÞINEÞI! TROOSTITA este un constituent care se formeazã la descompunerea martensitei ºi este alcãtuitã din lamele fine de cementitã într-o masã feriticã. BAINITA este un constituent de cãlire obþinut ca produs al descompunerii izoterme a austenitei. MARTENSITA este o soluþie solidã de fier suprasaturatã în carbon. În cazul oþelurilor înalt aliate se observã modificãri importante de structurã ºi proprietãþi. Conþinuturi mari de elemente de aliere, cum sunt Cr ºi W, fac ca ledeburita sã se formeze la conþinuturi mai mici de 3,11% C ºi sã devinã forjabilã la cald. Oþelurile înalt aliate care au o structurã ledeburiticã se numesc oþeluri ledeburitice. Conþinuturi mari de Ni sau Mn ºi aplicarea unei rãciri rapide (apã) determinã obþinerea oþelurilor austenitice, cu o structurã austeniticã la temperatura ambiantã. La conþinuturi mari de elemente de aliere, ca Si, Cr, Mo, W, V, Ti, aceste oþeluri capãtã o structurã complet feriticã la temperatura ambiantã ºi se numesc oþeluri feritice. Proprietãþile oþelurilor aliate sunt deosebite de ale celor cu structuri obiºnuite. Astfel, oþelurile ledeburitice au rezistenþã mare la uzurã, chiar la temperaturi înalte, deoarece conþin carburi aliate foarte dure. Oþelurile austenitice, ca ºi cele feritice, sunt rezistente la coroziunea* agenþilor chimici (oþelurile anticorosive), precum ºi la solicitãrile mecanice la temperaturi înalte (oþelurile refractare). 1. Oþelurile aliate pentru construcþii Sunt în general oþeluri slab aliate. Ele sunt simbolizate printr-un numãr de douã cifre care reprezintã conþinutul mediu în C în sutimi de procent, urmat de un grup de litere care indicã elementele de aliere prezente în compoziþia oþelurilor ºi un alt numãr, ce indicã conþinutul elementului principal de aliere (ultimul din simbolul literal) în zecimi de procent. Exemple: 40 Cr 10 este un oþel aliat cu 0,40% C ºi 1% Cr; 40 Cr Ni 12 este un oþel cu 0,40% C, 1% Cr ºi 1,2% Ni; 41 V Mo Cr 17 este un oþel cu 0,41% C, 0,1% V, 0,2% Mo, 1,7% Cr; 21 Ti Mn Cr 12 este un oþel cu 0,21% C, 0,1% Ti, 1% Mn ºi 1,2% Cr. Observaþie. Când elementul se gãseºte în mijlocul simbolului literal, conþinutul sãu este de circa 1%; excepþie fac elementele: Mo în proporþie de 0,2%, V în proporþie de 0,1% ºi Ti în proporþie de 0,05... 0,1%. 2. Oþelurile aliate pentru scule sunt în general: hipoeutectoide oþelurile pentru scule de deformare pneumatice (poansoane, matriþe, dãlþi pneumatice, pistoane pentru ciocane); Exemple: V Cr W 85 un oþel aliat cu V, Cr ºi W cu conþinut de 8,5% (elementul de aliere principal); hipereutectoide (slab ºi mediu aliate). Exemple: Cr V W 50 ºi Mn Cr W 14 folosite la fabricarea de cuþite, burghie, freze pentru aºchierea materialelor metalice relativ moi; ledeburitice (înalt aliate); se folosesc pentru aºchierea cu viteze mari a oþelurilor ºi fontelor dure; sunt numite ºi oþeluri rapide ºi sunt notate cu Rp urmat de un numãr de ordine al mãrcii. Cel mai reprezentativ oþel rapid este oþelul Rp3 care este aliat cu 18% W, 4% Cr ºi 1% V, fiind denumit oþelul 18-4-1. * coroziune proces chimic de degradare a corpurilor metalice sub acþiunea agenþilor chimici. 12

1. Enumeraþi proprietãþile tehnologice ale oþelurilor ºi ale fontelor. 2. Citiþi simbolurile ºi denumiþi materialele enumerate mai jos: OL 37, OLC 25, OSC 8, OT 450-3, 21 TiMnCr 12, Rp3, Fc 350, Fgn 400-10, OLT 35, OSP 6, AUT 20. 3. Enumeraþi câteva utilizãri ale materialelor scrise la exerciþiul 2. SARCINI DE LUCRU FIªÃ DE LUCRU Tema: Aliaje feroase I. Completaþi spaþiile libere: 1. Oþelurile sunt aliaje ale... cu... având concentraþia maximã de C.... 2. Fontele sunt aliaje ale... cu... având concentraþia maximã de C de la... pânã la.... 3. Cocsul introdus în furnal are rol de... ºi.... 4. Produsul principal al furnalului este..., numitã.... II. Identificaþi constituenþii structurali (1, 2, 3) din diagrama Fe-C. 1 3 2 3 1 III. Ordonaþi materialele urmãtoare în sensul creºterii rezistenþei la rupere: Fc 250; Fgn 420-12; OL 42; OL 37. IV. Completaþi spaþiile libere din formulãrile: 1. Ferita este... de C, în.... 2. Austenita este... de C, în.... 3. Cementita este.... 4. Perlita este în amestec mecanic de... ºi.... Timp de lucru: 15 minute. 1....; 2....; 3..... 13

I. Completaþi schema elaborãrii fontei în furnal. TEST DE EVALUARE a) 1 p. Furnal b) II. Explicaþi folosind cuvintele proprii semnificaþia urmãtoarelor noþiuni: a) aliaj metalic; b) furnal; c) cocs; d) fuzibilitate; e) fluiditate; f) sudabilitate; h) oþel aliat; g) prelucrabilitate prin aºchiere. 1 p. 2 p. III. Încercuiþi litera A, dacã apreciaþi cã afirmaþia de mai jos este corectã; dacã nu, litera F. A; F Oþelul este un aliaj al Fe cu C cu concentraþie de 2,11% C. 1 p. IV. Încercuiþi rezultatul corect din urmãtoarele afirmaþii: 1. Microstructura din figura alãturatã este caracteristicã: a) fontei perlitice; b) fontei ferito-perlitice; c) fontei feritice. 0,50 p. 2. Proprietãþile oþelurilor sunt: a) sudabilitate bunã pentru oþelurile dure; b) forjabilitate bunã; c) proprietãþi de turnare bune; d) prelucrabilitate prin aºchiere bunã pentru oþeluri dure. 3. Un oþel carbon obiºnuit se simbolizeazã: a) OLC 25; b) OL 37; c) OSC 12. 4. a) Oþelul OLC 25 are rezistenþa la rupere 25 N/mm 2. b) Oþelul OL 37 are rezistenþa la rupere 37 dan/mm 2. V. Arãtaþi ce indicã simbolurile ºi cifrele scrise dupã simbol: a) Fgn-400-10; b) Fc 250; c) OLC 35; d) 41VMoCr17. VI. Enumeraþi constituenþii structurali normali prezentaþi în diagrama Fe 3 -C. 0,50 p. 0,50 p. 0,50 p. 1 p. 1 p. Se acordã un punct din oficiu. Timp de lucru: 15 minute. 14

1.2 Metale ºi aliaje neferoase: proprietãþi, simbolizare, utilizãri Metalele ºi aliajele neferoase au o largã utilizare în industriile constructoare de maºini, electronicã, electroenergeticã ºi chimicã. Folosirea metalelor ºi aliajelor neferoase se datoreazã: rezistenþei la coroziune, uºurinþei la turnare, prelucrabilitãþii prin aºchiere ºi prin deformare plasticã, caracteristicilor mecanice superioare faþã de cele ale oþelului carbon, foarte bunelor caracteristici fizice (conductivitate termicã ºi electricã). Cuprul ºi aliajele sale Cuprul este un metal de culoare roºiaticã, greu (d = 8950 kg/m 3 ) ºi relativ greu fuzibil (T top = 1083 C). Este maleabil, rezistent la coroziune atmosfericã ºi are conductibilitate termicã ºi electricã mare. Cuprul are rezistenþã micã (R m = 20...25 dan/mm 2 ), duritate 40-50 HB, plasticitate bunã A 5 = 40%. Proprietãþile cuprului pot fi îmbunãtãþite prin aliere cu alte elemente ca: Zn, Sn, Al, Si, Be, Ni, etc. REÞINEÞI! Aliajele cuprului cu Zn se numesc alame. Ele pot fi: deformabile (laminabile), turnate ºi pentru lipit. Alamele deformabile se noteazã cu simbolul CuZn urmat de un numãr care reprezintã conþinutul de Zn în %. Exemple: CuZn alamã cu 10% Zn. CuZn39Al14Mn3Fe alamã specialã ce conþine 39% Zn, 14% Al, 3% Mn ºi urme de Fe. Alamele turnate sunt aliaje complexe în care, alãturi de Zn (principalul element de aliere), se mai introduc: Pb, Sn, Mn, Al, Fe, Ni. Ele se noteazã: CuZn38Pb2Mn2 alamã cu 38% Zn, 2% Pb, 2% Mn. Utilizãri: la fabricarea produselor laminate, trefilate, forjate ºi turnate. Din alame se obþin þevi, cartuºe, jucãrii, ºuruburi, roþi dinþate, carcase, armãturi etc. REÞINEÞI! Aliajele cuprului cu Sn, Al, Be, Pb se numesc bronzuri. Cele mai utilizate sunt bronzurile cu staniu. Ele se noteazã cu simbolul Cu urmat de simbolurile celorlalte elemente de aliere ºi de cifre care aratã conþinuturile lor în procente. Exemplu: CuSn10Zn2 este aliat cu 10% Sn ºi 2% Zn. Bronzurile dure se mai numesc antifricþiune* ºi au urmãtoarele utilizãri: la turnarea roþilor, a bucºelor sau a lagãrelor, solicitate la frecare. Interes deosebit ºi utilizãri multiple au bronzurile cu Be, cu Pb, cu Al. O largã utilizare în electrotehnicã o au urmãtoarele aliaje Cu-Ni: NICHELINA (aliaj cu 70% Cu ºi 20% Ni pentru confecþionarea rezistenþelor electrice), CONSTANTANUL (aliaj cu 60% Cu ºi 40% Ni, utilizat la fabricarea termocuplurilor pentru mãsurarea temperaturilor pânã la 500 C), ALPACAUA (aliaj Cu-Ni-Zn utilizat ºi în industriile chimicã, alimentarã). Aluminiul ºi aliajele sale Aluminiul este un metal de culoare albã, uºor (d = 2700 kg/m 3 ), care se topeºte la 658 C. Conduce cãldura ºi electricitatea, are rezistenþã mare la coroziune, datoritã fenomenului de pasivizare, ºi rezistenþã mecanicã micã (R m = 100N/mm 2 ). Datoritã conductibilitãþii electrice mari se foloseºte drept conductor electric. Rezistenþa aluminiului creºte prin alierea cu diferite elemente (Si, Cu, Mg) obþinându-se aliaje cu bazã de Al. Aliajele de aluminiu pot fi: aliaje deformabile prin presare ºi aliaje de turnãtorie. Aliajele de aluminiu deformabile prin presare pot fi: aliaje anticorosive ºi aliaje durificabile prin tratamente termice. În aliajele anticorosive, aluminiul este aliat cu mici cantitãþi de Mg sau de Mn. Un astfel de aliaj este ANTICORODALUL, utilizat la fabricarea pieselor cãrora li se cere rezistenþã la coroziune în medii chimice, fãrã sã li se cearã însã rezistenþã mecanicã prea mare. * antifricþiune (aliaj antifricþiune) aliaj cu coeficient de frecare mic folosit la confecþionarea cuzineþilor (lagãrelor). 15

Aliajele durificabile prin tratamente termice sunt aºa-numitele DURALUMINURI. Ele conþin Cu, Mg, Si, Mn ºi fiind supuse tratamentului termic de durificare (douã tratamente succesive de cãlire ºi revenire), reuºesc sã atingã rezistenþe apropiate de ale oþelurilor nealiate. Au cele mai importante aplicaþii în construcþiile de maºini, în industria aviaþiei sub formã de semifabricate (table, bare etc.) din care se executã diferite piese. Aluminiul se foloseºte pe scarã largã sub formã de profile din care se executã tâmplãrie de aluminiu sau faþade ale clãdirilor (în construcþii). Aliajele de aluminiu turnate pot fi: aliaje ameliorate prin modificarea Al ºi Si, numite SILUMINURI; aliaje durificate prin tratamente termice. Cele mai importante sunt aliajele pentru pistoane de motoare cu ardere internã (pentru autovehicule ºi avioane). Se simbolizeazã AlSi5Cu3, adicã aliaj de Al de turnãtorie cu 5% Si ºi 3% Cu. Magneziul ºi aliajele sale Magneziul este un metal alb-strãlucitor, uºor (d = 1740 kg/m 3 ), uºor fizibil (T top = 650 C). Încãlzit în aer se aprinde, defect care poate fi corectat cu adaosuri mici de beriliu. Are conductivitate termicã ºi electricã mici (de câteva ori mai mici decât Au, Ag, Cu), este moale ºi are plasticitate redusã. Aliajele de magneziu deformabile se deformeazã mai greu la temperatura ambiantã, fapt penru care se folosesc pe scarã redusã. Aliajele de magneziu turnate sunt mai rãspândite, folosindu-se în industria aviaþiei ºi la fabricarea aparatelor uºoare portabile. Zincul ºi aliajele sale Zincul este un metal de culoare albãstruie, cu densitate medie (d = 7100 kg/m 3 ), uºor fuzibil (T top = 419 C). Are conductivitate termicã ºi conductivitate electricã mici ºi este rezistent la coroziune atmosfericã, deoarece se acoperã cu o peliculã protectoare de oxid de zinc. Zincul pur se utilizeazã sub formã de table ºi benzi pentru elemente galvanice în industria electrotehnicã ºi pentru cliºee în industria poligraficã. În stare topitã, zincul se foloseºte pentru acoperirea suprafeþelor produselor din oþel (table, sârme), cãrora le conferã rezistenþã la coroziune. În cantitate mare se foloseºte pentru fabricarea aliajelor pe bazã de Zn. Aliajele zincului cele mai întâlnite sunt cele cu aluminiu. Ele se fabricã în douã clase: cu 4% Al ºi cu peste 20% Al. Din aliajele cu peste 20% Al se fabricã ventile pentru pompe auto. Aliajele zincului cu Al ºi Cu (zamakurile) sunt folosite la turnarea sub presiune a armãturilor, a pieselor mici pentru jucãrii, obiecte casnice, carcase de ceasornice, instalaþii sanitare etc. Plumbul, staniul ºi aliajele lor Plumbul este un metal de culoare cenuºie, cu densitate mare (d = 11300 kg/m 3 ). Se topeºte la 327 C ºi are conductivitate termicã ºi electricã foarte mici. Este foarte moale ºi ductil, dar prin deformare nu se acruiseazã*. Este foarte rezistent la acþiunea numeroºilor agenþi chimici (apã, acizi, clor). Se utilizeazã sub formã de þevi, plãci, table, în industria chimicã, pentru conducte de apã potabilã precum ºi la fabricarea acumulatoarelor. Staniul (cositorul) este un metal alb-argintiu, cu densitate medie (d = 7300 kg/m 3 ), uºor fuzibil (T top = 232 C), foarte moale ºi maleabil (se trage în foiþe subþiri), rezistent la coroziune atmosfericã ºi la acþiunea chimicã a alimentelor. Se utilizeazã la ambalarea alimentelor, pentru acoperirea anticorosivã a oþelului (cositorire), la lipirea contactelor electrice ºi la fabricarea unor aliaje. * se acruiseazã se întãreºte, îºi mãreºte duritatea 16

Aliajele plumbului cu staniul pot fi clasificate în funcþie de destinaþie astfel: aliaje antifricþiune folosite pentru turnarea cuzineþilor pe lagãrele de oþel; aliaje de lipit destinate lipiturilor moi; aliaje uºor fuzibile utilizate la lipiturile fine în electrotehnicã, la siguranþe uºor fuzibile, la mulaje; aliaje tipografice prezintã o anumitã nocivitate (plumbul provoacã boala numitã saturnism), deci trebuie manipulate cu multã atenþie; aliaje pentru înveliºuri de cabluri. Nichelul, cromul ºi aliajele lor Nichelul este un metal de culoare albã-cenuºie, cu densitate 8900 kg/m 3, rezistenþã la coroziune atmosfericã ºi cu punctul de topire apropiat de al fierului. (T top = 1455 C). Este maleabil, tenace ºi ductil, uºor deformat plastic la rece. Se utilizeazã pentru nichelarea pe cale galvanicã ºi la elaborarea aliajelor speciale (Ni aliat cu 2% Mn, 2% Al ºi 1,5% Si este numit alumel, fiind folosit în pirometrie pentru mãsurarea temperaturilor înalte). Cromul este un metal de culoare alb-strãlucitor, cu densitate 7200 kg/m 3 ºi temperatura de topire T top = 1920 C. Se utilizeazã pentru acoperiri galvanice ºi la fabricarea aliajelor. Aliajele nichelului ºi cromului au cea mai largã utilizare în electrotehnicã ºi se împart în douã grupe: aliaje pentru rezistenþe de încãlzire electricã: CROMEL, NICROM 1, NICROM 2, KANTAL; aliaje cu permeabilitate magneticã mare: permalloy, cu 80% Ni ºi 20% Fe, supermalloy, cu adaos de 20% Mo. Aceste aliaje se folosesc în telefonie ºi în tehnica curenþilor slabi. Un loc aparte îl ocupã aliajele pe bazã de nichel cu dilatare micã: invar, elinvar, platinit. SARCINI DE LUCRU 1. Denumiþi aliajele Cu cu Zn ºi cu Sn. 2. Indicaþi semnul care poate fi aºezat între densitatea Zn ºi a Cr ºi, apoi, între temperaturile lor de topire. 3. Citiþi aliajele CuZn38Pb2Mn2, CuSn10Zn2 ºi aratãþi conþinutul lor. 4. Daþi exemple de aliaje pe bazã de Al anticorosive ºi durificabile. 5. Ce aliaj se poate folosi la executarea rezistenþei unui reºou electric? 6. Numiþi aliajele utilizate pe scarã largã în telefonie ºi în tehnica curenþilor slabi. TEST DE EVALUARE I. Încercuiþi litera care corespunde rãspunsului corect din urmãtoarele variante: 1. Temperatura de topire a cuprului este: a) 1450 C; b) 1803 C; c) 1083 C. 2. Temperatura de topire a staniului este: a) 327 C; b) 323 C; c) 232 C. 3. Aliajul anticorosiv pe bazã de aluminiu este: a) SILUMINIU; b) DURALUMINIU; c) ANTICORODAL. II. Completaþi spaþiile punctate: 1. Proprietãþile cuprului pot fi îmbunãtãþite prin aliere cu.... 2. În electrotehnicã se utilizeazã urmãtoarele aliaje Cu-Ni:.... 3. Pentru turnarea cuzineþilor pe lagãre se utilizeazã aliajele.... III. Menþionaþi cel puþin patru domenii de utilizare a aliajelor neferoase:... IV. Scrieþi ce reprezintã notaþiile: CuZn38Pb2Mn2 ºi CuSn10Zn2. Se acordã un punct din oficiu. Timp de lucru: 15 minute 0,50 p. 0,50 p. 0,50 p. 0,50 p. 1 p. 1 p. 2 p. 3 p. 17