CEW-4
-
Upload
claudiuss69 -
Category
Documents
-
view
214 -
download
0
description
Transcript of CEW-4
-
2.3. NICHELUL I ALIAJELE SALE
2.3.1.NICHELUL ELEMENTAR
Nichelul a fost descoperit n anul1751 i se utilizeaz pe scar larg n industrie, att n stare
pur, ct i sub form de aliaje cu alte metale. Se caracterizeaz printr-o rezisten bun la coroziune
n diferite medii, prin rezisten la rupere suficient de ridicat i o plasticitate mare, putndu-se
prelucra cu uurin prin deformare la cald i la rece.
n natur este mai rspndit dect cuprul, dar ceva mai puin ca zincul. Coninutul su n
scoara terestr este de 1,8102 %. Forma sub care se gsete este extrem de variat prin urmare i
metodele folosite pentru extragerea sa sunt numeroase. Minereurile cele mai importante conin
oxizi, sulfuri i silicai.
Nichelul cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate, avnd parametrul reelei a = 3,5167 ,
distana interatomic de 2,486 i numrul de coordinaie 12.
Exist o modificaie cu structur hexagonal care se obine prin condensarea vaporilor acestui
metal sau prin aciunea unui curent gazos format dintr-un amestec de oxid de carbon i hidrogen, la
presiunea atmosferic i temperatura de 175 C asupra nichelului cu reea cubic cu fee centrate.
Ambele modificaii alotropice pot fi ntlnite la temperatur obinuit, ns la nclzire n vid peste
250 C forma hexagonal (nichel ) se transform n modificaia cu structur cubic (nichel ). n intervalul de temperatur 340...380 C nichelul sufer o transformare nsoit de
schimbarea proprietilor magnetice.
Cele mai importante proprieti fizice, tehnologice i mecanice ale nichelului sunt:
- temperatura de topire: 1455 C;
- temperatura de fierbere: 2730 C;
- cldura latent de topire: 1 400 cal/g;
- cldura specific, la 20 C: 0,112 cal/Cg;
- densitatea:8,9 g/cm3
;
- coeficient de dilatare liniar la 20...100 C: 13,7106
;
- modulul de elasticitate: 21 000 daN/mm 2 ;
- limita de curgere: 60...70 daN/mm 2 ;
- rezistena la rupere la traciune: 75...90 daN/mm 2 ;
-
- alungirea relativ (recopt): 35...40 %;
- duritatea Brinell, recopt: 70...90 daN/mm 2 ;
- temperatura de turnare : 1550...1650 C;
- temperatura de recristalizare: 300 C;
- contracia liniar la turnare: 1 %..
Proprieti chimice. Nichelul este din punct de vedere chimic un element puin activ. La
temperatura obinuit aerul, apa sau mpreun nu au nici o aciune asupra lui.
Fiind foarte rezistent la aciunea mediului nconjurtor i n raport cu o serie de ageni chimici,
nichelul se folosete pentru protejarea altor metale mai puin nobile, prin acoperiri galvanice.
2.3.1.1. Influena elementelor nsoitoare asupra structurii i proprietilor nichelului
Plumbul, bismutul i seleniul practic nu se dizolv n nichel i formeaz cu acesta eutectice
uor fuzibile la fel ca i sulful, degradnd la coninuturi mai mari de 0,002...0.003 % proprietile i
prelucrabilitatea prin deformare.
Stibiul, arsenul i cadmiul n cantiti extrem de mici 0,003...0,005 % nrutesc brusc
prelucrabilitatea prin deformare a nichelului i a aliajelor sale.
Sulful este cea mai duntoare mpuritate n nichel. ntre
nichel i sulf, aa cum se constat din diagrama de echilibru
termic prezentat n figura 2.26, se formeaz o serie de
combinaii: Ni 2 S, Ni 3 S 2 , Ni 7 S 6 , NiS, Ni 3 S 4 , NiS 2 . Sistemul
prezint un eutectic la un coninut de 20,01 % sulf.
Fig. 2.26. Diagrama de echilibru termic a sistemului
nichel-sulf.
Pentru a nltura influena duntoare a sulfului asupra nichelului i aliajelor sale, n tehnic
se practic pe scar larg adugarea unei cantiti de 1,5 % Mn i 0,1 % Mg. Rezultate mai bune se
obin, n ceea ce privete eliminarea sulfului printr-o desulfurare suplimentar cu un adaos de
0,004...0,006 % litiu.
-
Hidrogenul se dizolv mai mult n nichel dect n cupru. Cercetrile fcute asupra sistemului
nichel-hidrogen au demonstrat existena unor hidruri de tipul NiH, NiH 2 i NiH 4 . Toate aceste hidruri
au proprietatea de a forma soluii solide cu hidrogenul.
Tabelul 2.7
Solubilitatea hidrogenului n nichelul solid
Temperatura [C] 200 400 600 1000 1400
Solubilitatea [cm 3 H 2 /100 g metal] 1,7 3,15 5,25 9,8 16,2
Hidrogenul provoac n nichel, la fel ca i n cupru, boala de hidrogen, favoriznd astfel
apariia suflurilor care conduc la scderea proprietilor mecanice i fizice ale metalului.
Oxigenul se dizolv n nichelul metalic, producnd la cantiti mai mari de 0,22...0,24 %
scderea brusc a plasticitii. Conform diagramei de echilibru, prezentat n figura 2.27, ntre nichel
i oxigen pot s apar urmtorii compui: Ni 2 O, NiO, Ni 2 O 3 ,
Ni 3 O 4 , Ni 4 O 5 i NiO 2 .
Fig. 2.27. Diagrama de echilibru termic a sistemului
nichel-oxigen.
La solidificare, NiO se separ ca faz independent, la marginea grunilor i provoac fragilitatea
metalului.
Azotul formeaz cu nichelul o combinaie chimic nestabil, Ni 3 N. n nichel i n marea
majoritate a aliajelor sale, azotul chiar dac se dizolv, nu are nici o influen duntoare.
-
Fosforul: Diagrama de echilibru a sistemului nichel
-fosfor, prezentat n figura 2.28, explic motivul pentru
care la elaborarea nichelului i aliajelor sale nu se
utilizeaz ca dezoxidant acest element, folosit pe scar
larg la eleborarea majoritii aliajelor de cupru.
Fig. 2.28. Diagrama de echilibru termic pentru
sistemul nichel-fosfor.
Carbonul. Caracterul interaciunii dintre nichel i carbon prezint o mare importan practic,
deoarece metalul este nsoit n permanen de acest element.
Fig.2.29. Diagrama de echilibru termic
pentru sistemul nichel-carbon.
Din diagrama de echilibru prezentat n fig.
2.29., rezult c ntre nichel (soluia saturat de
carbon n nichel) i carbon se formeaz un
eutectic, la concentraia de 2,22 % C i
temperatura de 1318 C.
La precipitarea carbonului sub form de
grafit, nichelul i pierde maleabilitatea i capacitatea de a fi prelucrat prin deformare plastic, att la
cald ct i la rece. Aa se explic de ce limita superioar de carbon admis n nichel este de numai
0,15 %. La un coninut de 1 % carbon, nichelul devine att de casant, nct poate fi pulverizat.
Fierul, cobaltul, cuprul i manganul formeaz cu nichelul soluii solide care mresc puin
rezistena mecanic i rezistivitatea electric, dar nu au influen negativ asupra prelucrrii prin
deformare plastic.
Cromul confer rezisten la oxidare ca urmare a apariiei peliculei de oxizi (Cr 2 O 3 i
Cr 2 NiO 4 ) compact, cu o mare rezisten la coroziune; formeaz carburi intergranulare de tipul
Me23 C 6 i Me 7 C 3 ; mbuntete refractaritatea i valoarea rezistivitii.
-
2.3.2 ALIAJELE NICHELULUI
Aliajele pe baz de nichel sunt materiale metalice de o importan covritoare n tehnic,
datorit proprietilor deosebite pe care le posed, dintre care putem aminti: caracteristici mecanice
foarte bune att la temperaturi ridicate ct i la temperaturi sczute, refractaritate i rezisten la
coroziune, proprieti magnetice (permeabilitate magnetic variabil sau constant, pentru magnei
permaneni), rezisten la uzur i proprieti de antifriciune corespunztoare, coeficient de dilatare
practic nul n domeniul de temperatur 0...100 C sau apropiat de cel al platinei i sticlei, rezistivitate
electric, for termoelectromotoare ridicat etc.
Dup proprieti i domeniile de utilizare, aliajele pe baz de nichel pot fi convenional
mprite n: - aliaje pentru industria construciilor de maini;
- aliaje pentru industria electrotehnic i electronic;
- aliaje cu proprieti fizice speciale (aliaje refractare, aliaje cu memorie,
aliaje pentru industria aerospaial, energetic, nuclear, chimic, alimentar i criogenie).
n industria constructoare de maini, unde se cer materiale cu o nalt rezisten mecanic i o
mare stabilitate la coroziune se utilizeaz mai ales aliajele nichelului cu cupru, fiind prezente i alte
elemente de aliere precum i aliaje pe baza altor sisteme.
2.3.2.1. ALIAJE NICHEL - CUPRU I MAI COMPLEXE
Proprietile caracteristice ale aliajelor pe baza acestui sistem sunt rezistena foarte mare la
coroziune, stabilitatea ridicat pn la 500 C; se comport mai bine dect nichelul n mediu
reductor i dect cuprul n mediu oxidant i posed o rezisten la fluaj superioar n intervalul
250...500 C. n comparaie cu aliajele pe baz de cupru i fier.
-
Conform diagramei de echilibru prezentat n figura 2.30, aceste dou elemente, fiind
izomorfe i avnd razele atomice de dimensiuni
foarte apropiate, se aliaz n orice proporie, avnd
o miscibilitate total n stare lichid.
Fig.2.30. Diagrama de echilibru termic
pentru sistemul nichel-cupru.
Rezistena la traciune crete odat cu
mrirea coninutului de nichel i atinge un maxim la
60...70 % Ni, fiind nsoit de scderea plasticitii,
dar totui alungirea rmne mai mare de 40 %,
figura 2.31. Ca urmare a acestui fapt, aceste
materiale metalice sunt apreciate pentru
proprietile lor bune de prelucrare, att la cald ct
i la rece, putnd fi ambutisate adnc, matriate, extrudate, trefilate etc., dar au proprieti de
achiabilitate reduse.
n sistemul Ni-Cu rezistivitatea electric i atinge valoarea maxim la 50 % cupru, iar
coeficientul de temperatur a rezistivitii devine minim la aceast compoziie.
Fig. 2.31. Variaia rezistenei la rupere i a
alungirii n sistemul cupru-nichel.
Aceste materiale metalice au proprieti de
turnare dificile: temperatur ridicat (1400...1500 C),
tendin mare de absorbie a gazelor, de a forma
retasuri i incluziuni de zgur, o fluiditate mic etc.
Aceste aliaje sunt preferabil s fie elaborate n cuptoare electrice cu inducie, pentru a se
scurta ct mai mult timpul. Topirea optim se realizeaz n vid, dac nu este posibil, n mediu neutru,
n cel mai ru caz n atmosfer oxidant, dar se interzice elaborarea n atmosfer reductoare.
-
2.3.2.1.1. ALIAJE .NICHEL - CUPRU - ZINC
Aceste aliaje cunoscute sub numeroase denumiri comerciale (alpaca, neusilber, argentan etc.)
au o culoare argintie atunci cnd coninutul de nichel este mai mare de 20 %. La adugarea nichelului
n alame este posibil schimbarea culorii de la galben, respectiv rou, prin verzui, alb, argintiu,
albstrui pn la albastru.
Zincul acioneaz favorabil att asupra plasticitii i fluiditii ct i a rezistenei la rupere la
traciune.
Staniul i plumbul sunt adugate pentru mbuntirea fluiditii, a proprietilor de achiere
i antifriciune, fcnd apte aliajele pentru obinerea cuzineilor, pistoanelor pentru pompe, a
lagrelor de alunecare.
n timpul elaborrii, pentru a se evita impurificarea cu gaze, se recomand folosirea unor
fondani de protecie formai din amestecuri care conin NaCl, Na 2 CO 3 , Na 2 B 4 O 7 , sprturi de
sticl i nisip cuaros uscat.
Turnarea se realizeaz la 1100...1300 C n forme metalice sau nemetalice, pudrate n interior
cu o vopsea pe baz de grafit.
2.3.2.1.2. ALIAJE NICHEL - CUPRU - ALUMINIU
2.3.2.2. ALIAJE NICHEL - MANGAN
Pot fi binare sau complexe i sunt caracterizate printr-o mare refractaritate i rezisten la
oxidare, au o temperatur nalt de volatilizare chiar la un vid naintat, posed putere de emisie de
electroni n tuburi catodice i se prelucreaz uor prin deformare la cald i la rece.
n calitate de elemente de aliere sunt utilizate Al, Fe, Si i C care n cantitile adugate nu
formeaz faze noi, dizolvndu-se integral n nichel.
2.3.2.3. ALIAJE NICHEL - FIER
Dezvoltarea tehnicii n domeniul telecomunicaiilor, automatizrii n industria msurtorilor i
aparaturii electrice, n electronic i a instalaiilor de nalt precizie, necesit aliaje cu proprieti
deosebite, care s se modifice foarte puin cu temperatura sau s rmn constante n anumite limite
ale acestuia. n acest sens, proprietile cele mai valoroase (coeficieni de dilatare constani n
domeniul de temperaturi 0...100 C, sau apropiai de ai platinei i sticlei; permeabilitate magnetic
mare i for coercitiv mic; magnetizare permanent; proprieti magnetice care sunt constante
-
ntr-un domeniu de temperatur; rezisten ridicat la coroziune i oxidare etc.) le posed aliajele pe
baza sistemului nichel - fier.
La temperaturi peste 1000 C, fig. 2.33, nichelul cu fierul formeaz un ir nentrerupt de soluii
solide care cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate.
Fig. 2.33. Diagrama de echilibru termic pentru sistemul nichel-
fier.
Aceste aliaje sunt utilizate pentru construcia releelor foarte
sensibile, transformatoarelor i bobinelor de oc care lucreaz n
cmpuri slabe, n aparate de precizie, ecrane magnetice,
transformatoare de frecven joas i ridicat, inductori care funcioneaz la frecven nalt,
amplificatoare magnetice care funcioneaz n gama frecvenelor acustice, aparate de msur etc.
2.3.2.4. ALIAJE NICHEL - CROM
Aceste aliaje ndeplinesc n cele mai bune condiii cerinele impuse materialelor folosite
pentru confecionarea elementelor de nclzire ale cuptoarelor electrice: refractaritate ridicat i o
rezisten la coroziune deosebit n atmosfer oxidant i la aciunea altor gaze cu care vin n
contact; o durat de funcionare ndelungat la temperatura de regim; rezistivitate electric mare i
un coeficient mic de variaie a acesteia cu temperatura; proprieti mecanice, tehnologice
satisfctoare; posibiliti de prelucrare i de sudare prin toate metodele cunoscute i pre de cost
relativ redus.
proprietilor mecanice i reduce progresiv temperatura punctului Curie, odat cu creterea
coninutului su, aceasta atingnd 0 C la 15 % Cr.
Aliajele care sunt utilizate n mod curent n practica industrial (cromel, nicrom) au un
coninut de crom de pn la 30 % Cr, avnd o structur tipic de soluie solid, ceea ce permite o
prelucrare uoar prin deformare la cald i la rece.
2.3.2.5. ALIAJE REFRACTARE PE BAZ DE NICHEL
Aceste aliaje pot funciona n domeniul temperaturilor 800...1000 C, avnd n compoziie, ca
elemente de aliere: Cr, Co, Fe, Al, Ti, Mo, Wo, Nb, Ta, Be, metale din grupa platinei; beriliu, cupru,
argint ca modificatori i adausuri de rafinare (B, Zr, Hf, Mg, Mn, Th, Ce, Ca, La, Y, Li, Si, C); vanadiu
precum i oxizi ai metalelor din grupa pmnturilor rare
-
2.4. ZINCUL I ALIAJELE PE BAZ DE ZINC
2.4.1. ZINCUL ELEMENTAR
Zincul este unul din metalele industriale importante, fiind utilizat n industria chimic,
industria poligrafic, n galvanotehnie i n alte domenii ale tehnicii, att sub form metalic, ct i
sub form de aliaje.
Zincul se caracterizeaz printr-o plasticitate bun la cald, proprieti mecanice medii i o
rezisten ridicat la coroziune.
Face parte din grupa a doua a sistemului lui Mendeleev, cu numrul de ordine 30 i cu o greutate
atomic de 65,38. Are 12 izotopi a cror mas atomic variaz ntre 62 i 73, unii din ei fiind
radioactivi. Cristalizeaz n sistemul hexagonal compact i nu prezint transformri alotropice.
Cele mai importante proprieti fizico-mecanice ale zincului sunt date n tabelul2.8.
Tabelul 2.8
Proprietile fizico-mecanice ale zincului
Nr. crt. Proprietatea U.M. Valoarea
1 Temperatura de topire C 419,5
2 Temperatura de fierbere C 906,4
3 Densitatea metalului turnat kg/dm 7,13
4 Densitatea metalului topit kg/dm 6,92
5 Cldura latent de topire kcal/mol 0,153
6 Cldura specific la 20 kJ/gC4,18 0,0910
7 Coeficient de dilatare liniar ntre 20...250 J/cmsC4,18 39,510
8 Rezistena la rupere la traciune, n stare turnat [daN/mm] 8...10
9 Rezistena la rupere la traciune, n stare
deformat
[daN/mm] 11...15
10 Rezistena la rupere la traciune, n stare recoapt [daN/mm] 7...10
11 Rezistena la curgere a zincului turnat [daN/mm] 7,5
12 Rezistena la curgere a zincului deformat [daN/mm] 8...10
13 Alungirea relativ a zincului turnat % 0,3...0,5
14 Alungirea relativ a zincului deformat % 10...20
15 Alungirea relativ a zincului recopt % 40...50
16 Duritatea Brinell n stare turnat [daN/mm] 30...40
17 Duritatea Brinell n stare deformat [daN/mm] 35...45
Proprieti chimice. Zincul se dizolv bine n acizi i alcalii, iar nclzit la rou descompune
energic vaporii de ap. Oxizii unor metale (Cd, Pb, Cu, Ni) sunt redui de zinc.
-
Pn la temperaturi de 600 C dizolv hidrogenul, att n stare solid, ct i dup trecerea n
stare lichid.
Zincul n atmosfer uscat nu se oxideaz, pstrndu-i suprafaa strlucitoare mult timp;
numai la temperaturi peste 150C ncepe s se formeze n mod vizibil oxidul de zinc. n oxigen perfect
uscat oxidarea metalului are loc foarte lent, chiar la 400C, ns, trecut n stare lichid se oxideaz
repede i se acoper la suprafa cu o crust de culoare cenuie.
2.4.1.1. Influena elementelor nsoitoare asupra zincului
Staniul formeaz cu zincul un eutectic uor fuzibil, care se separ la limitele grunilor i
provoac apariia fisurilor la prelucrarea plastic la cald a metalului. De aceea, zincul destinat pentru
laminare nu trebuie s conin mai mult de 0,002 % Sn.
Plumbul are o influen redus asupra caracteristicilor mecanice
Fierul mrete duritatea, dar scade puternic plasticitatea.
Cadmiul, dei formeaz cu zincul un eutectic uor fuzibil, la 266C, influeneaz n mic
msur proprietile de plasticitate.
Magneziul produce durificarea i fragilitatea zincului, datorit formrii de faze intermetalice
dure.
Prezena simultan n zinc a elementelor Pb, Sn i Cd provoac o reducere brusc a rezistenei
la coroziune.
Cea mai mare cantitate de zinc este folosit la obinerea alamelor. De asemenea este utilizat
n diferite domenii ale tehnici, n special n industria constructoare de maini, galvanotehnie,
metalurgia aurului i plumbului.
n afara folosirii n stare metalic, zincul este ntrebuinat adesea n industria vopselelor, a
cauciucului, n ceramic i n industria mtsii artificiale, sub form de oxid i sruri ale diferiilor
acizi. n ultimul timp, clorura de zinc (ZnCl 2 ) a cptat o mare ntrebuinare la rafinarea aliajelor
metalelor neferoase.
2.4.2. ALIAJE DE ZINC
Aliajele pe baz de zinc, se pot clasifica dup destinaie, n urmtoarele categorii: - aliaje de
turntorie ( n special pentru turnare sub presiune);
- aliaje deformabile;
- aliaje de antifriciune;
- aliaje tipografice;
- aliaje de lipit.
-
n funcie de sistemele binare i ternare, care stau la baz, aliajele de zinc se pot clasifica n
urmtoarele grupe:
- aliaje cu baz de zinc cu aluminiu;
- aliaje cu baz de zinc cu cupru;
- aliaje cu baz de zinc cu aluminiu i cupru;
- aliaje cu baz de zinc cu aluminiu i magneziu;
- aliaje cu baz de zinc cu mangan;
- aliaje cu baz de zinc cu litiu;
- aliaje cu baz de zinc cu cadmiu.
2.4.2.1. ALIAJE DE ZINC DE TURNTORIE
Se folosesc, n special, pentru obinerea prin turnarea sub presiune a unor piese mici,
fasonate.
Aceste aliaje pot fi mprite convenional, n trei grupe: aliaje zinc-aluminiu, aliaje zinc-cupru
i aliaje zinc-aluminiu-cupru.
Aliaje zinc-aluminiu. Din diagrama de echilibru termic a sistemului Zn-Al, prezentat n fig.
2.35, se constat c zincul formeaz cu aluminiul un eutectic cu un coninut de 5,1 % Al, avnd
temperatura de topire de 382 C. Soluia solid (Zn), bogat n zinc, dizolv mai mult aluminiu la temperaturi ridicate dect la temperaturi joase.
Fig.2.35. Diagrama de echilibru termic
pentru sistemul zinc-aluminiu.
Solubilitatea aluminiului n zinc la
temperatura eutectic este de 1,02 % i
se micoreaz la 0,05 la temperatura
mediului ambiant. Ca urmare domeniul
soluiei solide se simbolizeaz i cu Zn, datorit concentraiei sczute a
aluminiului n acesta.
Faza ZnAl se formeaz n urma
reaciei peritectice:
-
L + 420
C (2.29)
Aceast faz la temperatura de 275 C sufer o descompunere eutectoid:
ZnAl 275
C + (2.30)
Soluia solid , bogat n aluminiu, cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate.
Aluminiul mbuntete proprietile mecanice ale zincului, mai ales n cazul aliajelor presate.
Un adaus de 4 % Al ridic rezistena de rupere la traciune de la 10 la 30 daN/mm 2 i alungirea
relativ de la 5 % la 30. De asemenea, acest element mbuntete apreciabil fluiditatea zincului i
deci capacitatea sa de turnare.
Aliajele de zinc-aluminiu, datorit tendinei de corodare, conin ntotdeauna un adaos de circa
0,05 % Mg.
Nichelul prezent n aceste aliaje mrete stabilitatea lor la mbtrnire.
Aliajele Zn-Al-Cu (cunoscute sub denumirea de zamak) sunt cele mai rspndite aliaje pentru
turnarea sub presiune, avnd proprieti mecanice bune i proprieti tehnologice de turnare foarte
bune. Aceste materiale metalice prezint avantaje foarte importante fa de alte aliaje utilizate n
acest scop. Astfel, n comparaie cu aliajele pe baz de aluminiu, ele au proprieti de turnare i
mecanice superioare i nu se lipesc de forma metalic, iar fa de cele pe baz de cupru sunt mai
ieftine, iar formele metalice utilizate la turnare au o durabilitate mult mai ridicat.
n acelai timp elaborarea zamakurilor se realizeaz cu consumuri energetice mult mai mici
dect a celor pe baz de aluminiu i cupru.
n cazul n care piesele nu trebuie s ndeplineasc condiii speciale, n ceea ce privete
greutatea specific i funcionarea la temperaturi ridicate, aliajele de zinc pot s fie utilizate pentru
producerea celor mai importante organe de maini.
Compoziiile precum i proprietile aliajelor de zinc pentru turntorii sunt reglementate prin
STAS 6025. Este de menionat faptul c norma amintit cuprinde doar dou mrci de aliaje, fiecare cu
4 % Al. Au fost cercetate i stabilite noi compoziii pentru turnare, cu 9, 12 respectiv 27 % Al.
Totui, aceste aliaje pentru a corespunde cerinelor este necesar s nu conin o cantitate de
impuriti duntoare: Pb, Cd, Sn etc., deoarece prezena lor contribuie la intensificarea coroziunii
intercristaline i la mdificarea dimensiunilor pieselor turnate, ceea ce provoac apariia fisurilor.
2.4.2.2. ALIAJE DE ZINC DEFORMABILE
Aceste aliaje se bazeaz tot pe sistemele tratate mai nainte i sunt caracterizate prin
proprieti mecanice foarte bune.
Pentru mbuntirea proprietilor mecanice, a rezistenei la coroziune, aliajele deformabile,
pe baza sistemului Zn-Al-Cu-Mg, sunt microaliate cu bismut, beriliu, nichel, titan, argint etc.
-
Numeroase aliaje pe baz de zinc sunt superplastice, proprietate folosit pe larg n tehnologia
de deformare, compoziia cea mai caracteristic este: 9 % Sn, rest % Zn - cunoscut sub denumirea de
staniol.
2.4.2.3. ALIAJE ANTIFRICIUNE PE BAZ DE ZINC
Cele mai valoroase proprieti mecanice i de antifriciune le au aliajele din sistemul Zn-Al-Cu,
fiind destinate obinerii lagrelor mainilor unelte, piese mici la mainile de ridicat, a forjelor i
laminoarelor.
2.4.2.4. ALIAJE DE LIPIT PE BAZ DE ZINC
Aliajele de lipit pe baz de zinc se utilizeaz pentru mbinarea produselor metalice. n funcie
de destinaia lor, aliajele de lipit trebuie s aib o temperatur de topire relativ joas, aderen bun
fa de alte metale sau aliaje, capacitate mare de difuzie i s dea o mbinare destul de rezistent.
n funcie de temperatura de topire i de destinaie, aliajele de lipit se mpart n aliaje moi i
tari. Din grupa aliajelor de lipit moi fac parte i aliajele pe baz de zinc.
n tehnic sunt utilizate aliaje de lipit din sistemul Zn-Cd i Sn-Zn, destinate pentru lipirea
magneziului, aluminiului i aliajelor sale, precum i pentru lipirea diferitelor metale pe ceramic.
-
2.5. PLUMBUL, STANIUL I ALIAJELE PE BAZ DE
PLUMB I STANIU
2.5.1. PLUMBUL I STANIUL ELEMENTAR
Plumbul i staniul fac parte din grupa metalelor neferoase care se caracterizeaz printr-o
temperatur de topire relativ sczut, o duritate mic i o bun stabilitate la coroziune. Ca urmare a
proprietilor lor, aceste dou metale au gsit o larg utilizare n diferite domenii ale tehnicii, att n
stare metalic, ct mai ales sub form de aliaje.
Staniul prezint dou modificri alotropice:
- -staniu alb, are nsuiri metalice, cristalizeaz n sistemul tetragonal, este stabil la temperaturi mai mari de 13,2 C i
- -staniu cenuiu, are nsuiri semiconductoare, cristalizeaz ntr-o reea de tip
diamant, este stabil sub temperatura de 13,2 C.
Trecerea staniului n staniu este ntrziat de prezena impuritilor (elementelor nsoitoare):Bi, Sb, Pb, Cd etc., i n acelai timp, aceste elemente, coboar i temperatura de
transformare. Astfel, de exemplu, prezena a 0,5 % Bi ntrzie transformarea staniului n staniu . Prin urmare, transformarea alotropic se va produce la o temperatur mult inferioar, i n acelai
timp la viteze mrite, cnd modificarea de volum poate s ajung pn la 27 %. Acest modificare de
volum duce la pulverizarea staniului, fenomenul este cunoscut sub denumirea de ciuma staniului.
Plumbul nu prezint fenomenul de polimorfism, cristalizeaz n sistemul cubic cu fee
centrate.
2.5.1.1.Proprietile chimice, fizice, mecanice i tehnologice
Staniul este un metal foarte stabil n condiii obinuite, deoarece nu reacioneaz cu apa
dulce, de mare, acizi organici, produse alimentare, se oxideaz destul de lent chiar n prezena
umiditii i se dizolv greu n acizii diluai. Oxidarea metalului nu se intensific la temperaturi mai
mari de 150 C, cnd se formeaz la suprafaa sa o pelicul de oxid dens i rezistent, foarte subire,
care-l protejeaz de oxidarea ulterioar.
Stabilitatea la coroziune a plumbului depinde n mare msur de puritatea metalului.
-
Caracteristicile fizice, mecanice i tehnologice ale plumbului i staniului sunt prezentate n
tabelul 2.9.
Tabelul 2.9
Caracteristicile fizice, mecanice i tehnologice ale plumbului i staniului
Caracteristici U.M Starea Staniu Plumb
Greutatea specific la 20 C kg/dm 3 - 5,85 7,2984 11,3915
Temperatura de topire sau de transformare C - 13,2 231.9 327,4
Temperatura de fierbere C - - 2270 1744
Cldura specific la 0 C cal/gC - - 0,0541 0,0305
Coeficient de dilatare liniar ntre 0...100 C 106 /C - - 23 29,5
turnat - 1,9...2,1 1,1...1,3
Rezistena la rupere la traciune [daN/mm 2 ] deformat - 1,7 1,5
recopt - 1,2 1,12
Limita de curgere [daN/mm 2 ] turnat - 1,2 0,5
turnat - 4,9...5,2 3,2...4,5
Duritatea Brinell [daN/mm 2 ] deformat - 5,4 3...4,8
recopt - 5,2 -
turnat - 35...60 30...40
Alungirea relativ % deformat - 37 -
recopt - 80...90 60...70
Temperatura de turnare C - - 350..40
0
445..480
Contracia la turnare % - - 2,8 3,5
Temperatura de nceput de recristalizare C - - 10...25 15...20
Plumbul i staniul au o larg utilizare n technic, mai ales sub form de aliaje uor fuzibile,
aliaje antifriciune i aliaje de lipit. De altfel, dintre metalele nepreioase, plumbul este singurul metal
antiacid i din aceast cauz nu se poate concepe o industrie chimic modern fr utilizarea lui.
Aceste dou metale sunt componenii principali de aliere ai cuprului, att pentru obinerea
alamelor speciale, ct i pentru bronzurile cu staniu sau plumb, materiale metalice excelente pentru
producerea lagrelor, cuzineilor i a altor piese care lucreaz sub sarcin la frecri mari
O parte important din consumul total de staniu se utilizeaz pentru cositorirea tablelor,
fabricarea foielor de staniu i a tuburilor, n industria chimic i n scopul cositoririi electrolitice.
n afar de acestea, staniul este elementul principal ale aliajelor decorative, iar plumbul
reprezint elementul de baz pentru compoziiile tip babbit.
-
Plumbul se consum, de asemenea, n cantiti mari la fabricarea alicelor i gloanelor. n
toate aceste cazuri se adaug n plumb stibiu sau arsen, pentru a-i mri tensiunea superficial i
duritatea.
2.5.2. ALIAJE PE BAZ DE STANIU I PLUMB
Aliajele acestor dou metale n funcie de compoziie i domeniile de utilizare se pot clasifica
n urmtoarele grupe: - aliaje de lipit;
- aliaje antifriciune;
- aliaje tipografice;
- aliaje pentru acumulatoare, armturi i cabluri electrotehnice;
- aliaje uor fuzibile;
- aliaje cu destinaie special.
2.5.2.1. ALIAJE DE LIPIT
Aliajele pentru lipirea materialelor metalice, ceramice sau produse din sticl, n funcie de
destinaia lor, trebuie s aib o temperatur de topire relativ joas, proprieti bune de umectare, o
aderen perfect, o mare capacitate de difuzie, permind n acelai timp obinerea unor mbinri
suficient de rezistente. De asemenea, aceste materiale metalice trebuie s posede o fluiditate foarte
bun, pentru a umple toate interstiiile de lipit, o stabilitate ridicat la coroziune, coeficieni de
dilatare aproape egali cu ai materialelor de mbinat, o rezisten de contact ct mai mic i o
conductibilitate electric ct mai ridicat (pentru domeniul electronic, electrotehnic i radiotehnic),
precum i un pre de cost relativ sczut.
Dintre aliajele de lipit ale staniului i plumbului, uor fuzibile, cele mai rspndite n tehnic
sunt pe baza urmtoarelor sisteme: Sn-Pb; Sn-Pb-Cd; Sn-Pb-Zn i Pb-Ag, fiind utilizate pentru lipirea
oelurilor, cuprului, aluminiului i aliajelor lor, materialelor metalice cu ceramic sau sticl, lipituri
fine n electrotehnic, radiotehnic, electronic, n instalaiile medicale etc.
2.5.2.1.1. Aliaje staniu-plumb. Conform diagramei de echilibru prezentat n figura 2.38, ntre
aceste dou metale se formeaz un eutectic i dou soluii solide i . Eutecticul de compoziia 61,9 % Sn + 38,1 % Pb are o temperatur de topire de 183 C i se caracterizeaz printr-o bun fluiditate.
Avnd n vedere aceast caracteristic, materialele metalice cu o compoziie apropiat de eutectic se
utilizeaz pentru lipirea pieselor care nu trebuie s se nclzeasc prea mult sau unde sunt interstiii
numeroase i extrem de fine n care poate s ptrund numai un aliaj foarte fluid.
-
Fig. 2.38. Diagrama de echilibru termic a
sistemului staniu-plumb.
Soluia solid conine la temperatura eutecticului 2,5 % Pb, iar la temperatura mediului
ambiant solubilitatea plumbului n staniu se
micoreaz, ajungnd la 0,4 %. Materialele metalice
cu structur au proprietatea de a lipi n bune condiiuni majoritatea oelurilor i aliajelor de cupru. Ele au o temperatur sczut de topire, o bun stabilitate la coroziune i, datorit coninutului mic de
plumb, sunt inofensive pentru organism i ca atare se pot utiliza n calitate de materiale metalice de
lipit n industria alimentar i la aparatura medical.
2.5.2.1.2. Aliaje staniu-zinc. Sunt folosite pentru lipirea aluminiului i aliajelor sale, a zincului,
cuprului, alamei, bronzurilor i a oelului galvanizat. Conform diagramei de echilibru, figura 2.39, cele
dou metale sunt complet miscibile n stare lichid, dar parial miscibile n stare solid. La
temperatura eutectic, 199 C, solubilitatea zincului n staniu i a staniului n zinc este de 1,1 %,
respectiv 0,1 % (valoare neglijabil- ca urmare n diagrama de echilibru nici nu apare soluia solid pe
baz de zinc). Materialele metalice cu cea mai larg utilizare n tehnic pe baza acestui sistem, au
urmtoarele compoziii: - 92 % Sn + 8% Zn (staniol);
- 70 % Sn + 30 % Zn;
- 60 % Sn + 40 % Zn, cu sau fr adaosuri de cadmiu,
plumb, aluminiu, magneziu sau cupru.
Fig. 2.39. Diagrama de echilibru termic
pentru sistemul staniu-zinc.
-
2.5.2.1.3. Aliaje plumb-argint. Conform diagramei de echilibru, figura 2.40, ntre aceste
dou elemente se formeaz un eutectic cu
compoziia 97,5 % Pb i 2,5 % Ag, avnd o
temperatur de topire de 304 C. Prezena argintului
n plumb favorizeaz mbuntirea proprietilor de
lipire a acestuia, reduce temperatura de topire i
amelioreaz conductivitatea electric.
Fig. 2.40. Diagrama de echilibru termic
pentru sistemul plumb-argint.
2.5.2.2. ALIAJE ANTIFRICIUNE
Aliajele antifriciune pe baz de staniu sau plumb sunt considerate printre cele mai bune
materiale pentru lagre, fiind caracterizate prin:
- temperatur sczut de topire;
- proprieti bune de turnare;
- rezisten ridicat la frecare i compresiune la presiuni i viteze mari;
- stabilitate nalt la coroziune n diferite substane folosite pentru ungere;
- conductivitate termic suficient;
- aderen corespunztoare la pereii lagrului;
- rezisten mare la uzur;
- o uoar prelucrare prin achiere.
De asemenea, posed o mare plasticitate i o duritate suficient pentru a asigura valori mici
coeficienilor de frecare, avnd o structur heterogen, alctuit dintr-o baz moale (metal pur,
soluie solid sau eutectic) n care se gsesc distribuii uniform compui intermetalici duri, figura 2.41.
Dezavantajul cel mai important al acestor materiale metalice l reprezint proprietile
mecanice foarte sczute, ceea ce implic folosirea unui suport din font, oel, alam sau bronz,
pentru turnarea compoziiilor de lagr.
-
Fig. 2.41. Reprezentare pentru structura
aliajelor de antifriciune.
Toate aliajele de antifriciune pe baz
de staniu i plumb conin stibiu, deoarece
contribuie la durificarea lor, conferindu-le
proprieti de antifriciune.
Aceste materiale metalice pot fi mprite convenional n trei grupe:
- aliaje pe baz de staniu;
- aliaje pe baz de plumb;
- aliaje pe baz de staniu i plumb.
2.5.2.3. ALIAJE TIPOGRAFICE
Ca materiale metalice tipografice se utilizeaz mai ales aliajele pe baz de plumb, cu adausuri
de stibiu, staniu, cupru i arsen. Ele sunt, n general, aliaje de compoziie eutectic, deoarece astfel se
realizeaz o fluiditate optim la turnare. n funcie de destinaia lor, aliajele tipografice se mpart n
aliaje pentru maini de cules i pentru turnarea literelor, fiind caracterizate prin urmtoarele
proprieti:
- duritate i rezisten la uzur ridicat, astfel nct dup utilizri repetate caracterele
tipografice s nu devin neclare;
- fluiditate bun la supranclziri i o tmperatur joas de topire (sub 300 C), avnd n
vedere c aliajul trebuie s fie retopit de mai multe ori, fr pierderi nsemnate;
- capacitate foarte bun de umplere a formei, pentru a reda cu fidelitate toate detaliile
literelor;
- contracie ct mai mic la solidificare i o compactitate suficient;
- stabilitate mare la coroziune fa de substanele cu care vin n contact;
- caracteristici mecanice medii, pentru a nu suporta deformri n timpul funcionrii.