LUCRAREA NR. 3CONSTITUENŢII STRUCTURALI

(METALOGRAFICI) AI ALIAJELOR

1. PRINCIPIUL LUCRĂRII

Aliajele sunt materiale metalice omogene la scară macroscopică, obţinute în mod obişnuit prin solidificarea unor faze lichide (topituri) care conţin speciile atomice ale mai multor elemente chimice.

Elementele chimice conţinute în structura unui aliaj sunt denumite componentele a liajului. Orice aliaj are în compoziţie un component principal (numit şi component de bază) metalic şi unul sau mai multe componente secundare (numite şi componente de aliere) metalice sau nemetalice. Totalitatea aliajelor alcătuite din aceleaşi componente, luate în diferite proporţii, formează un sistem de aliaje.

Sistemul reprezentat de un aliaj se găseşte în stare de echilibru termodinamic (energia liberă a sistemului este minimă), dacă componentele sale se distribuie în structura aliajului, funcţie de natura şi intensitatea forţelor de legătură interatomică şi de condiţiile de temperatură şi presiune în care se află aliajul, sub formă de faze.

Faza este o parte structurală omogenă a unui aliaj, delimitată în structura aliajului prin suprafeţe de separaţie (interfeţe) şi caracterizată prin proprietăţi fizico-chimice specifice. Compoziţiile fazelor din structura aliajelor se definesc şi se exprimă utilizând aceleaşi caracteristici ca şi în cazul aliajelor: concentraţiile masice sau atomice ale componentelor şi concentraţia electronică. Fazele specifice structurii aliajelor solide sunt: soluţiile solide, compuşii chimici (compuşii intermetalici) şi metalele pure. Fazele nu mai pot fi împărţite în elemente de altă natură, nici mecanic şi nici optic, ci numai chimic.

Constituenţii structurali (metalografici) sunt părţile care se evidenţiază la examinarea microscopică a structurii aliajelor.

Constituenţii structurali ai aliajelor se clasifică în două categorii: constituenţi structurali omogeni sau monofazici, atunci când sunt formaţi dintr-o singură fază şi constituenţi structurali eterogeni sau multifazici, atunci când sunt formaţi din mai multe faze.

Constituenţii structurali omogeni (monofazici) întâlniţi în structura aliajelor sunt metalul pur, soluţia solidă şi compusul definit.

Constituenţii structurali eterogeni (multifazici) întâlniţi în structura aliajelor sunt amestecul mecanic eutectic şi amestecul mecanic eutectoid.

A. Constituenţi structurali omogeni sau monofazici

1. Metalul pur este un constituent metalografic omogen a cărui reţea cristalină este formată dintr-un singur fel de atomi. Acest constituent apare în structura aliajelor atunci când forţele de interacţiune dintre atomii aceleiaşi componente sunt mai mari decât cele dintre atomii aparţinând componentelor diferite. Metalele pure se caracterizează printr-o temperatură unică de topire-solidificare. La microscop acestea apar sub forma unor cristale poliedrice diferenţiate prin limitele dintre ele sau prin coloraţie, în cazul unui atac pronunţat, aşa cum se prezintă în figura A.1.

Îndrumar – Studiul şi Ingineria Materialelor

Fig. A.1 Aspectul metalografic al unui metalul pur caracterizat prin cristale poliedrice diferenţiate prin limitele dintre ele sau prin coloraţie (se observa de asemenea prezenta unor impurităţi)

2. Soluţiile solide se formează în structura unui aliaj atunci când forţele de atracţie dintre atomii diferiţi (aparţinând diverselor componente ale aliajului) sunt sensibil egale cu forţele de atracţie dintre atomii identici (aparţinând aceluiaşi component); soluţiile solide au structura cristalină corespunzătoare unuia din componentele metalice ale aliajului şi se caracterizează printr-o distribuţie întâmplătoare (statistică) a atomilor componentelor aliajului în această structură.

În orice soluţie solidă din structura unui aliaj, componentul metalic al aliajului (de obicei componentul de bază) care conferă soluţiei tipul structurii sale cristaline şi asigură mediul în care se distribuie celelalte componente este numit solvent sau dizolvant, în timp ce oricare alt component care participă la formarea soluţiei solide (cu atomii distribuiţi aleator în structura cristalină a solventului) este numit dizolvat sau solut.

Soluţia solidă este un constituent metalografic omogen a cărui reţea cristalină este formată din două sau mai multe specii de atomi. Soluţiile solide, spre deosebire de metalele pure, se solidifică într-un interval de temperatură. La microscop acestea apar sub forma unor cristale poliedrice aşa cum se prezintă în figura A.2, caz în care se numesc soluţii solide omogene, sau sub formă de cristale dendritice, prezentate în figura A.3, caz în care se numesc soluţii solide neomogene.

Fig. A.2 Aspectul metalografic (la diferite mărimi) al unei soluţii solide omogene caracterizat prin prezenţa cristalelor poliedrice

2

Universitatea Petrol – Gaze din Ploieşti

Fig. A.3 Aspectul metalografic (la diferite mărimi) al unei soluţii solide neomogenecaracterizat prin prezenţa cristalelor dendritice

3. Compusul intermetalic este un constituent metalografic omogen a cărui reţea cristalină este formată din două sau mai multe specii de atomi, ce se găsesc într-o anumită proporţie, bine precizată. Compuşii intermetalici (chimici) se formează în structura unui aliaj atunci când forţele de atracţie dintre atomii diferiţi sunt mai mari decât forţele de atracţie dintre atomii identici (aparţinând aceluiaşi component) şi există tendinţa ca atomii unor componente să se înconjoare simetric cu atomii altor componente ale aliajului; legăturile chimice dintre atomii componentelor care formează compuşi intermetalici pot fi de tip metalic, covalent, ionic sau mixt.

Compuşii intermetalici se caracterizează prin:- structuri cristaline proprii (atomii componentelor care formează un compus intermetalic sunt distribuiţi în nodurile şi/sau interstiţiile structurii cristaline, care diferă de obicei de structurile cristaline ale componentelor);- valori de bază strict definite (fixe) ale concentraţiilor componentelor care îi alcătuiesc (valori constante ale rapoartelor stoechiometrice ale componentelor).

La microscop compuşii intermetalici apar sub forma unor cristale poliedrice sau aciculare cu contururi bine definite, cu muchii drepte şi vârfuri ascuţite, albi-luminoşi, aşa cum se prezintă în figura A.4.

Fig. A.4 Aspectul metalografic al unui compus intermetalic mărire x 200 caracterizat prin cristalele poliedrice cu contururi bine definite, cu muchii drepte şi vârfuri ascuţite, albi-luminoşi

3

Îndrumar – Studiul şi Ingineria Materialelor

B. Constituenţi structurali eterogeni sau multifazici

Procesul prin care se separă dintr-o fază lichidă un amestec de faze solide se numeşte transformare eutectică, iar amestecul mecanic de faze rezultat din acest proces este denumit eutectic.

Procesul prin care se separă dintr-o soluţie solidă un amestec de faze solide se numeşte transformare eutectoidă, iar amestecul mecanic de faze solide rezultat prin realizarea acestui proces este denumit eutectoid.

Eutecticul şi eutectoidul sunt constituenţi metalografici eterogeni, amestecuri mecanice de doua sau mai multe faze solide ce se separă simultan, la o temperatură şi o concentraţie bine determinate, dintr-o fază lichidă şi respectiv dintr-o fază solidă. De aici se trage concluzia că eutecticul şi eutectoidul au o temperatură unică de topire-solidificare, la fel ca şi metalele pure.

La microscop aceştia au un aspect globular sau lamelar, funcţie de forma fazelor ce alcătuiesc amestecul mecanic.

Eutecticul se prezintă de obicei sub formă de cristale alcătuite din globule ale unei faze, de mărimi şi forme diferite, distribuite în masa de bază a altei faze aşa cum reiese din figura B.1, poate fi însă şi lamelar aşa cum se observă în figura B.2.

Eutectoidul se prezintă de obicei sub formă de cristale alcătuite din lamelele unei faze distribuite în masa de bază a altei faze aşa cum se prezintă în figura B.3, poate avea şi aspect globular, aşa cum se observă în figura B.4.

Fig. B.1 Aspectul metalografic al unui eutectic sub formă de cristale alcătuite din globule ale unei faze, de mărimi şi forme diferite, distribuite în masa de bază a altei faze

Fig. B.2 Aspectul metalografic al unui eutectic lamelar

4

Universitatea Petrol – Gaze din Ploieşti

Fig. B.3 Aspectul metalografic al unui eutectoid sub formă de cristale alcătuite din lamelele unei faze distribuite în masa de bază a altei faze

Fig. B.4- Aspectul metalografic al unui eutectoid globular

2. CONŢINUTUL ŞI SCOPUL LUCRĂRII

Lucrarea constă în studiul cu ajutorul microscopului metalografic a unor probe din diferite aliaje, urmărindu-se identificarea, după aspectul lor specific, a constituenţilor structurali.

Lucrarea are ca scop însuşirea de către studenţi a cunoştinţelor teoretice şi deprinderilor practice necesare identificării tipurilor de constituenţi metalografici la efectuarea analizei microstructurii materialelor metalice.

3. MODUL DE LUCRU ŞI APARATURA NECESARĂ

Studenţii vor examina cu ajutorul microscoapelor structura mai multor eşantioane metalografice atacate, urmărindu-se identificarea corectă a tipurilor de constituenţi (metalul pur, soluţia solidă, compusul definit, amestec mecanic), fără a ţine seama de natura chimică a acestora.

Pentru efectuarea lucrării se vor folosi următoarele materiale şi aparate: microscoape metalografice optice, probe metalografice pregătite în scopul examinării, din diferite materiale metalice.

4. CONŢINUTUL REFERATULUI

Referatul lucrării va conţine:

- prezentarea sintetică a tipurilor de constituenţi metalografici ce alcătuiesc structura materialelor metalice şi al aspectului specific al acestora la microscop;

-schiţa structurilor, cu punerea în evidenţă a tipurilor de constituenţi metalografici identificaţi, obţinute prin examinarea cu ajutorul microscopului a probelor metalografice supuse cercetării.

Caracterizarea metalografică a diverşilor constituenţi structurali ai aliajelor (studierea aspectului constituenţilor structurali ai aliajelor cu ajutorul microscopiei metalografice) se va face prin completarea fişei de laborator.

5

Îndrumar – Studiul şi Ingineria Materialelor

UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIEŞTIFACULTATEA: I.M.E. DISCIPLINA: STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR DATA ...............................

FIŞA LUCRĂRII NR. 3

Tema: constituenţii structurali (metalografici) ai aliajelor

Definiţie:

1. Faza: ……………...

……………………………………………………………………………………….………..

……………………………………………………………………………………………..……

2. Constituent structural:

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………….…..

Clasificarea constituenţilor:

6

Constituenţiistructurali

Universitatea Petrol – Gaze din Ploieşti

Rezultatele examinării cu ajutorul microscopului a probelor metalografice:

Nr.

crt.

Denumirea constituentului

identificat

Tipul constituentuluiDescrierea aspectului la microscop

al cristalelor constituentuluiMob Moc Mm Schiţa structurii

1

2

3

4

5

6

Întocmit: Verificat:Nume ................Prenume ............Grupa..................Semnătura............

7