Copie Redus Tm

1

1. Studiul macroscopic al metalelor si aliajelor

Prin studiul macroscopic al metalelor şi aliajelor se înţelege studiul efectuat cu ochiul liber sau cu lupe simple

(mărire max. 50:1) al aspectului exterior al pieselor, sau al suprafeţelor de rupere, sau al unor secţiuni special

pregătite, cu scopul de a obţine informaţii cu privire la felul materialului, granulaţia sa, tratamentele termochimice

aplicate acestuia, sau pentru punerea în evidenţă a unor defecte.

Examinarea macroscopică este prima etapă în cercetarea structurii şi caracteristicilor unei piese metalice,

fiind urmată de obicei de analiza microscopică, analiza chimică, analiza röntgenografică etc. Când se cercetează

macroscopic o piesă metalică, trebuie să se cunoască modul cum a fost prelucrată, modul cum a fost folosită,

solicitările la care a fost supusă, eventual condiţiile în care s-a defectat, pentru a se concentra atenţia asupra

problemelor specificate mai sus şi pentru indicarea corectă a locului şi modului cum trebuie extrase probele.

În cazul unei piese turnate, funcţie de grosimea pereţilor piesei, de natura formei de turnare etc., extinderea celor trei

zone amintite poate fi diferită, dar există toate aspectele enumerate mai sus. În ruptura unei piese turnate pot fi puse

în evidenţă cu ochiul liber şi segregaţiile de impurităţi care sunt colorate altfel decât masa metalică, precum şi

golurile de formă sferoidal-eliptică cu margini curate apărute din cauza incluziunilor de gaze. Aceste defecte rămase

în lingoul sau piesa metalică turnată pot constitui surse de fisuri, crăpături, dislocări şi conduc în final la

ruperi.

Ruperile pot fi clasificate în două mari categorii: ruperi ductile (plastice, tenace) şi ruperi fragile. Din punct de

vedere macroscopic o plastică rupere ductilă este caracterizată printr-o deformaţie ce se produce înainte şi în

timpul propagării fisurii de iniţiere a ruperii.

Ruperea a început în centrul secțiunii epruvetei, extinzându-se și ducând la o separare prin forfecare, după

direcții înclinate la 45˚ față de direcția de aplicare a forței de tracțiune. Acest tip de rupere este denumit și „con-

cupă”.

O rupere fragilă este caracterizată printr-o viteză mare de propagare a fisurii, fără să se producă o deformație

globală prealabilă, ci numai o microdeformaţie.

Pe suprafaţa rupturii nu se observă nici o deformaţie, dar cu ajutorul analizei prin difracţia razelor X, se poate

pune în evidenţă un strat subţire de metal deformat.

Studiind aspectul rupturii, se poate stabili, dacă ruperea s-a propagat prin interiorul cristalelor - rupere

transcristalină (ruptura are aspect sticlos cu suprafaţă netedă) sau de-a lungul limitelor grăunţilor - rupere

intercristalină (ruptura pune în evidenţă mărimea grăunţilor, având aspect grăunțos). Un aspect deosebit prezintă

suprafeţele de rupere ale unor piese din cauza oboselii

Ruperea prin oboseală apare în cazul solicitării piesei la sarcini care variază în timp după o anumită lege. Ruperea

are loc prin iniţirea (de obicei la suprafaţa piesei) şi propagarea unei fisuri până când secţiunea efectivă a piesei

devine mai mică decât secţiunea necesară preluării eforturilor respective, moment în care se produce ruperea fragilă.

Ca urmare suprafaţa de rupere prezintă două zone distincte: o zonă netedă corespunzătoare propagării fisurii şi o

zonă grăunţoasă (cristalină corespunzătoare ruperii fragile prin smulgere intercristalină).

Studiul macroscopic în secţiuni special pregătite. Studiul macroscopic poate fi făcut pe suprafeţe special

pregătite şi atacate chimic cu reactivi metalografici convenabil aleşi, pentru a scoate în evidenţă unele date (legate de

material), cum ar fi: structura primară, (granulaţia structurii), segregaţii, linii de deformare plastică la rece sau la

cald, structura îmbinărilor sudate, tratamente termochimice aplicate.

Pregătirea probelor. Pregătirea unui eşantion pentru examenul macroscopic, necesită următoarele operaţii:

a) operaţia de prelevare (luare) a probelor, care constă în alegerea locului de unde trebuie tăiată proba şi

executarea tăierii; dimensiunea probelor variază în funcţie de scopul cercetării;

b) obţinerea suprafeţelor plane printr-o operaţie de prelucrare mecanică (pilire, polizare, frezare);

2

c) șlefuirea suprafeţelor, utilizându-se hârtie de şlefuit de diferite granulaţii (din ce în ce mai mici) și efectuând

mișcări după două direcții perpendiculare;

d) lustruirea probelor până la obţinerea unui luciu perfect al suprafeţelor; operaţia se poate executa pe pâslă

umezită prin stropire sau pulverizare cu suspensia unui abraziv fin în apă (Al2O3) sau prin metoda lustruirii

electrolitice;

e) spălarea şi uscarea probelor.

f) atacarea probei cu reactivi chimici, sau prin atac electrolitic, sau prin oxidare; cel mai utilizat este atacul cu

reactivi chimici, care se bazează pe structura cristalină a corpurilor metalice şi pe anizotropia proprietăţilor lor.

Punerea în evidenţă a segregaţiei fosforului.

a) Fenomenul de segregaţie dendritică. Fenomenul de segregaţie (neomogenitate) dendritică apare la aliajele

care cristalizează într-un interval de temperaturi.

Prezenta Fosforul, ridica duritatea și rezistența mecanică, dar coboara foarte mult plasticitatea, ajungând ca la

procente de 0,3% P, energia de rupere prin șoc să devină nulă. Din acest motiv, fosforul este considerat impuritate

(conferă oțelului fragilitate la rece) și atunci conținutul său trebuie să fie limitat.

B) Punerea în evidență a segregației fosforului, adică a structurii primare Proba metalografică pregătită se atacă

cu un reactiv numit Oberhoffer, având următoarea compoziție chimică: 1,5 g clorură stanoasă, 1 g clorură cuprică, 30

g clorură ferică, 5 ml acid clorhidric, 500 ml alcool etilic, 500 ml apă. Cercetând proba în lumină verticală, porțiunile

bogate în fosfor apar de culoare deschisă, față de porțiunile sărace în acest element, care rămân negre, mate (fig. 7).

Folosind acest procedeu de atac se poate pune în evidență și structura primară dendritică a unei piese.

c) Punerea în evidență a structurii fibroase (determinată de prezența fosforului) obținută în urma

deformării plastice la cald Dacă deformarea plastică are loc la o temperatură superioară temperaturii de

recristalizare nefazică și dacă viteza de recristalizare este mai mare decât viteza de deformare, la sfârșitul deformării,

materialul va avea o structură recristalizată și deformarea se consideră că a avut loc la cald.

a) Sudarea prin topire. Ciclul termic la sudare. Realizarea îmbinării sudate prin topire presupune prelucrarea

prealabilă a marginilor pieselor ce se îmbină în scopul obținerii unui rost în care se formează baia de metal topit. În

funcție de grosimea pieselor ce se sudează, CUS poate fi realizată din unul sau mai multe rânduri. Rândurile situate

la același nivel alcătuiesc straturile CUS.

b) Analiza macroscopică a unei îmbinări sudate Prin atacarea unei probe special pregătite cu reactiv Adler (15

g clorură ferică, 3 g clorură amoniacală, 5 ml acid clorhidric, 25 ml apă) sau Nital (1-5 cm3 acid azotic, 95-99 cm3

alcool etilic).

2. Incercarea la duritate prin metoda Brinell, Vickers si Rockwell

Duritatea reprezintă capacitatea unui corp de a se opune tendinței de distrugere a straturilor sale superficiale, de către

un alt corp, care acționează asupra sa cu presiuni localizate (pe arii foarte reduse) și care nu capătă deformații

globale.

Avantajele încercărilor de duritate sunt:

- încercarea poate fi executată direct asupra pieselor finite;

- aparatele pentru determinarea durității au o productivitate mare, se pot instala ușor în atelier și nu necesită

personal cu calificare ridicată;

- există în prezent posibilitatea aplicării încercării pe șantier sau în zona unde se află piesele de verificat,

datorită existenței aparatelor portabile.

Încercarea de duritate Brinell este o metoda standardizata, constă în imprimarea un timp dat, cu o forță F,

unei bile de oțel sau din carbură de wolfram, cu diametrul prescris D, perpendicular pe suprafața piesei de încercat și

măsurarea diametrului d, al amprentei (fig. 1).

3

F = forța, în N;

D = diametrul penetratorului, în mm;

d = diametrul mediu al amprentei (măsurat pe direcții perpendiculare);

𝑑 =𝑑1 + 𝑑2

2

Determinarea prin această metodă a durității unui material metalic, prezintă urmatoarele particularitățile.

Valorile obținute cu penetratoare de diferite diametre și sarcini diferite nu sunt comparabile între ele. Pentru ca

cifra care dă duritatea unui material sa fie aceeași, indiferent de condițiile încercării, trebuie asigurată similitudinea

geometrică, adică φ = constant (ceea ce implică 0,24 ∙ D < d < 0,60 ∙ D) și să se păstreze constant raportul 𝐾 =𝐹

𝐷2

numit grad de solicitare.

Diametrul bilei și sarcina se aleg astfel încât diametrul amprentei să fie cuprins între 0,24 ∙ D și 0,60 ∙ D. Dacă

după efectuarea încercării se constată că această condiție nu este îndeplinită, atunci se modifică fie D, fie F, sau

ambele și se reface încercarea. Timpul de menținere al forței trebuie să fie suficient pentru epuizarea curgerii

materialului și obținerea unei urme cu dimensiuni constante (cu scăderea durității, timpul de menținere a sarcinii

crește.

Simbolizarea durității se face indicând diametrul bilei, D, în mm, sarcina F, în daN și timpul de menținere τ în s,

în cazul în care acestea diferă de condițiile normale de încercare, care sunt: D = 10 mm, F = 3000 kgf, (K = 30), τ =

15 s. Grosimea piesei de încercat a trebuie sa fie a = minim (8 ∙ h), în care:

Dacă diferența dintre cele două diametre este mai mare de 2 % ∙ d (adică din media acestora), încercarea se repetă

luându-se măsuri pentru asigurarea perpendicularității direcției forței pe suprafața piesei de încercat. Pentru

determinarea durității unui material se fac trei determinări, iar la dispunerea amprentelor se ține seama de indicațiile

de mai sus.

Duritatea se obține prin calcul și se verifică cu indicațiile din SR EN ISO 6506-1:2006 (STAS 165-83).

În cazul determinării durității prin metoda Brinell se poate aprecia și valoarea rezistentei la rupere a materialului

cu formula Rm = 10 ∙ q ∙ HB [N/mm2], în care q = coeficient funcție de material și ale cărui valori se iau din

standard.

Încercarea de duritate Vickers Metoda Vickers, standardizată prin SR EN ISO 6507-1:2006 (STAS 492-78),

constă în imprimarea un timp dat τ, cu o forță F, unei piramide pătratice drepte din diamant, perpendicular pe

suprafața de încercat și măsurarea amprentei (fig. 2). Duritatea Vickers se exprimă ca o mărime convențională, prin

valoarea numerică dată de formula:

în care:

F = forța, în N;

4

d = diagonala medie a amprentei; 𝑑 =𝑑1+𝑑2

2, in mm

Geometria penetratorului, piramida pătratică dreaptă cu unghiul diedru a două fețe laterale opuse de 136 și

unghiul dintre muchiile laterale opuse = 14 , s-a obținut pornind de la încercarea de duritate Brinell executată astfel

încât să se obțină diametrul mediu al amprentei d = 0,375 ∙ D. Acest fapt conduce la ideea ca amprentele lăsate de

penetrator (piramidă) să fie întotdeauna asemenea, rezultând deci că duritatea obținută este independentă de sarcină.

Adâncimea de pătrundere a piramidei este ℎ = 𝑑/7 metoda putând fi utilizată la încercarea de duritate a

pieselor subțiri, a straturilor tratate termochimic, la determinarea durității constituenților metalografici etc.

Grosimea piesei de încercat trebuie să fie a = minim (1,5 ∙ d 1,5 ∙ 7 ∙ h 10,5 ∙ h). Cu toate că, practic, duritatea

Vickers nu variază cu forța de încercare, standardele aferente prescriu un șir de valori de sarcini care se utilizează,

clasificând încercarea, din punct de vedere al sarcinii în:

- încercarea Vickers cu sarcini medii F = 5; 10; 20; 30; 50; 100 kgf (daN);

- încercarea Vickers cu sarcini mici, cu F = 0,5; 1; 2; 3; 4 kgf (daN);

- microduritate Vickers cu F = 0,005; 0,010; 0,020; 0,050; 0,100; 0,200 kgf (daN).

Durata de aplicare a sarcinii va fi de 10 ... 15 s în cazul oțelurilor, de 30 ... 55 s în cazul metalelor și

aliajelor neferoase și de 120 ... 125 s în cazul metalelor moi.

Distanța dintre centrele a două amprente consecutive și dintre centrul primei amprente și marginea probei va fi de

2,5 ∙ d pentru cazul în care duritatea materialului de încercat este mai mare de 100 HV, aceasta crescând odată cu

scăderea durității materialului de încercat.

Simbolizarea durității se face indicând forța de încercare și timpul de menținere, în cazul în care acestea

diferă de condițiile normale de încercare (F = 30 kgf, τ = 15 s). Pentru efectuarea încercării, suprafața probei trebuie

să fie perfect netedă, având rugozitatea Ra < 0,4 μm (proba trebuie să fie pregătită ca pentru analiză metalografică).

Pentru calculul durității cu formula (2), trebuie ca diferența dintre diagonale să fie sub 5 % ∙ d (adică din media

acestora). În caz contrar, ca și la încercarea Brinell, se vor lua măsuri pentru a asigura perpendicularitatea direcției de

aplicare a sarcinii pe suprafața piesei de încercat. Duritatea obținută prin calcul se verifică cu cea indicată în SR EN

ISO 6507-1:2006 (STAS 492- 78).

Încercarea de duritate Rockwell Metoda Rockwell standardizată prin SR EN ISO 373 -1:2010, constă în

imprimarea unui penetrator (bilă de oțel sau con de diamant) cu o sarcină inițială, F0 și apoi cu o suprasarcină, F1,

perpendicular pe suprafața de încercat și măsurarea adâncimii remanente de pătrundere, e, după îndepărtarea

suprasarcinii, menținându-se aplicată sarcina inițială (fig. 4).

5

Duritatea Rockwell se exprimă ca o mărime convențională, prin diferența dintre o adâncime convențională

cunoscută E și adâncimea pătrunderii remanente e.

HR = E – e Există duritate Rockwell pe scara „C”, în cazul utilizării penetratorului tip con de diamant, sau duritate

Rockwell pe scara „B”, în cazul utilizării penetratorului tip bilă de oțel.

HRC = EC – e

HRB = EB – e

Înaintea efectuării încercării propriu-zise, se vor efectua 1 ... 2 urme pe piesa de încercat, fără a fi luate în

considerare rezultatele obținute.

Suprafața piesei de încercat trebuie să fie netedă cu o rugozitate de maxim Ra = 1,6 μm, lipsită de defecte sau

porțiuni oxidate. Încercarea se execută efectuând un număr de cel puțin trei urme (pentru a face o medie aritmetică a

valorilor obținute).

Grosimea piesei de încercat trebuie să fie a = minim (8 ∙ e).

3. Incercarea la tractiune si la incovoiere prin soc

Încercarea la tracţiune

În timpul funcţionării lor, piesele şi construcţiile metalice sunt supuse la acţiunea unor forte exterioare (acţiune

mecanică) care au ca efect apariţia deformaţiilor (starea de deformaţie) şi dezvoltarea unor forţe interioare (starea de

tensiuni), dependente de proprietăţile mecanice ale materialului din care sunt confecţionate.

Proprietăţile mecanice determină modul de comportare al materialelor la acţiunea mecanică. Principalele proprietăţi

mecanice sunt: elasticitatea, plasticitatea şi comportarea la rupere.

De obicei, aceste proprietăţi se determină prin încercări mecanice, în urma cărora, se pot obţine atât date calitative,

cât şi valorile unor mărimi fizice sau convenţionale (numite caracteristici mecanice) pentru aprecierea anumitor stări

critice de deformaţie sau de tensiuni, care nu trebuie atinse la solicitarea în exploatare a pieselor.

Condiţiile de executare a încercărilor mecanice sunt stabilite convenţional şi standardizate. Din punct de vedere al

vitezei de solicitare, acestea pot fi: statice, având viteza de solicitare cel mult egală cu 100𝑁

𝑚𝑚 2 ∙𝑠 şi dinamice la

care viteza de solicitare este mai mare de 100𝑁

𝑚𝑚 2 ∙𝑠(o solicitare dinamică se poate obţine printr-un singur ciclu de

solicitare, sau prin cicluri repetate).

Ţinând cont că o stare de tensiuni oarecare se poate echivala, pe baza unor criterii (teorii de rezistenţă) cu starea de

tensiuni cea mai simplă şi cea mai uşor de realizat experimental, aceea de întindere monoaxială, încercarea la

tracţiune constituie încercarea de bază a unui material.

Încercarea la tracţiune constă în aplicarea, în general până la rupere, pe direcţia axei

longitudinale a epruvetei, a unei forţe crescătoare şi măsurarea (înregistrarea) variaţiei lungimii epruvetei; viteza de solicitare se alege în funcţie de caracteristicile de determinat între

limitele 10÷30[𝑁

𝑚𝑚 2 ∙𝑠]

Determinarea lungirii epruvetei în timpul încercării se poate face în două moduri:

6

- prin măsurarea distanţei dintre două puncte ale sistemului de prindere al epruvetei în maşina de încercat;

- prin utilizarea unui extensometru fixat pe epruvetă între secţiunile aflate la distanţa L0.

Reprezentarea în coordonate rectangulare, a variaţiei sarcinii curente, funcţie de lungirea

epruvetei ∆L, poartă numele de diagrama încercării la tracţiune sau caracteristica materialului

Definirea caracteristicilor de elasticitate determinate prin încercarea la tracţiune Proprietatea unui material de a se deforma în urma solicitărilor produse de forţe exterioare şi

de a reveni la forma iniţială când aceste solicitări îşi încetează acţiunea, poartă numele de elasticitate.

Definirea caracteristicilor de plasticitate şi de rezistenţă determinate prin încercarea la tracţiune Proprietatea unui material de a se deforma în urma solicitărilor produse de forţe exterioare şi de a nu reveni

complet la forma iniţială, când aceste solicitări îşi încetează acţiunea, se numeşte plasticitate.

Caracteristicile de plasticitate definite conform SR EN ISO 6892-1:2010 (STAS 200-75) sunt: - limita de curgere

aparentă, Re, convenţională Rp0,2 şi remanentă Rr0,2; - alungirea la rupere, An; - gâtuirea la rupere

(stricţiunea), Z; - de o deosebită importanţă este caracteristica Rm = rezistenţa mecanică a materialului, ca

fiind valoarea maximă a raportului convenţional R (𝑅𝑚𝐹𝑚𝑎𝑥

𝑆0).

Criterii de apreciere a comportării la rupere a materialelor pe baza rezultatelor încercării la tracţiune Prin rupere se înţelege fenomenul de fragmentare a unui corp în două sau mai multe părţi şi apare atunci când starea

de tensiuni este incompatibilă cu capacitatea de deformare a materialului din care este confecţionat.

Materialele pot fi: ductile şi materiale fragile.

Aprecierea tipului de material (ductil sau fragil) se poate face şi prin: - valorile alungirii sau gâtuirii la rupere; -

aria cuprinsă sub domeniul comportării plastice, Up; (măsură a tenacităţii materialului care reprezintă capacitatea

materialului de a absorbi energie în domeniul deformării plastice);

Încercarea de încovoiere prin şoc Comportarea la rupere a unui material în condiţiile unei viteze mari de

solicitare, a unei temperaturi şi stări de tensiune date, se pune în evidenţă prin încercări dinamice, la care

aplicarea unui singur ciclu de solicitare se face cu viteză foarte mare (şoc).

Aceste încercări sunt încercări distructive şi constau în ruperea dintr-un singur impact a epruvetelor, de către o

masă aflată în mişcare de rotaţie sau de cădere liberă şi determinarea energiei consumată pentru ruperea epruvetei

(rezistenţa la şoc a materialului).

Încercarea de încovoiere prin şoc constă în ruperea dintr-o singură lovitură cu un ciocan - pendul (ciocanul

Charpy) a unei epruvete, prevăzută la mijloc cu o crestătură, aşezată liber pe două reazeme, cu crestătura în partea

opusă punctului de lovire, în vederea determinării energiei absorbite (în jouli) pentru rupere.

Epruveta standardizată are lungimea de 55 mm, secţiunea pătrată cu latura de 10 mm şi crestătura poate fi în formă

de „V” (la 45 ˚) cu adâncimea de 2 mm, cu raza la baza crestăturii de 0,25 mm, sau în formă de „U” cu adâncimea de

5 mm, cu raza la baza crestăturii de 1 mm.

Dacă grosimea materialului nu permite realizarea de epruvete cu secţiune pătrată, având latura de 10 mm, atunci se

pot folosi epruvete cu secţiunea redusă, având lăţimea de 7,5 mm sau 5 mm, cu crestătură în formă de „V”, executată

7

pe una din feţele înguste.

Încercarea de încovoiere prin şoc furnizează o caracteristică complexă numită energia de rupere, care ia în

consideraţie tenacitatea materialului.

Scopul acestei încercări este de a studia comportarea materialului la rupere (ductilă sau fragilă) sub efectul simultan

al unei viteze mari de solicitare şi prezenţei concentratorilor de tensiuni (crestăturile în „V” sau „U”). Valorile

caracteristicii obţinute nu pot fi utilizate în calculele de proiectare, dar constituie cifre de calitate obligatorii pentru

un material.

Se apreciază că: - încercarea pe epruvete cu crestătură în „V” reflectă capacitatea materialului de a se opune

propagării fisurii; - încercarea pe epruvete cu crestătură în „U” reflectă capacitatea materialului de a se opune

amorsării şi propagării fisurii.

Pentru metalele şi aliajele cu reţea cristalină de cub cu volum centrat (oţeluri de carbon şi slab aliate, oţeluri

feritice şi martensitice) această încercare devine mai semnificativă atunci când este condusă de-a lungul unui

domeniu de temperaturi. Cu scăderea temperaturii se observă o scădere bruscă a energiei de rupere.

Condiţii de executare a încercării.

Epruveta trebuie sprijinită exact pe reazeme astfel încât, planul de simetrie al crestăturii să nu se afle la mai

mult de 0,5 mm de planul de simetrie al reazemelor.

Dacă temperatura de încercare nu este specificată în standardul de produs corespunzător, aceasta trebuie să fie de 23

± 5 ˚C.

Dacă temperatura de încercare este specificată în standardul de produs corespunzător, fără limite de toleranţă, atunci

se adoptă limite de toleranţă de ± 2 ˚C.

În cazul încercării la temperaturi diferite de temperatura ambiantă epruveta trebuie să fie introdusă în prealabil într-

un mediu de răcire sau de încălzire, un timp suficient ca temperatura specificată să fie atinsă în tot volumul epruvetei

(de exemplu, cel puţin 10 minute într-un mediu lichid sau cel puţin 30 minute într-un mediu gazos). Epruveta trebuie

supusă încercării într-un interval de 5 secunde din momentul în care este scoasă din mediu, iar dispozitivul de

transfer trebuie astfel conceput şi utilizat încât temperatura epruvetei să fie menţinută în toleranţa de temperatură.

Aprecierea comportării la rupere a materialelor pe baza încercării de încovoiere prin şoc Comportarea la rupere a unui material este dependentă de tenacitatea lui, adică de capacitatea materialului de a

acumula energie în domeniul deformării plastice.

În cursul unei solicitări mecanice corespunzătoare, un material metalic poate parcurge trei stări distincte:

- starea elastică; se instalează la tensiuni mici și se caracterizează prin deformații reversibile (se anulează integral la

încetarea acțiunii solicitării.

- starea plastică; se instalează după depășirea unei anumite limite a solicitării și se caracterizează prin apariția unor

deformații remanente (sunt ireversibile și nu dispar la încetarea acțiunii solicitării).

- ruperea. apare la solicitări mari, când sunt învinse legăturile coezionale dintre atomi. Se întrerupe continuitatea

metalică prin apariția unor noi suprafețe de separație. Atomii marginali ai suprafețelor de separație noi formate ies

din sfera de atracție reciprocă. Materialele metalice se găsesc în această stare accidental, cu ocazia exploatării, sau în

timpul unor încercări mecanice distructive.

4. STRUCTURA CRISTALINA A METALELOR

Metalele sunt alcătuite dintr-o reţea cristalină ordonată, formată din ioni pozitivi, numită matrice şi dintr-un nor

sau gaz electronic, ce circulă liber printre ioni, format din electroni de valenţă

(electronii de pe ultimul strat ex.: Mg2+).

8

Coeziunea (legătura) întregului ansamblu este realizată pe seama atracţiei reciproce dintre ionii pozitivi şi norul

electronic, stabilindu-se astfel o legătură atomică specifică numită legătură metalică.

Ionii pozitivi (atomii) sunt amplasaţi în nodurile reţelei cristaline sub forma unor sfere.

Ordonarea reţelei cristaline se referă la poziţiile relative ale atomilor alăturaţi şi la distanţele dintre aceşti atomi, ce

sunt constante în cadrul fiecărei direcţii spaţiale.

În metale acționează două tipuri de forţe:

- forţa de atracţie, Fa, de natură electrostatică, între ioni şi electroni;

- forţa de respingere, Fr, între ioni sau între electroni.

Rezultanta acestor forţe este forţa de legătură FL, dintre atomii metalului.

Studiul reţelei cristaline se face cu ajutorul celulei elementare. Celula elementară este cel mai mic complex de

atomi, prin a cărui repetare în spaţiu se poate obţine întreaga reţea cristalină.

Celula elementară are forma unei prisme, iar laturile ei se numesc parametrii reţelei (egali cu distanţele interatomice).

- Un sistem de cristalizare al unei reţele este determinat de cei trei parametrii ai reţelei, a (r0x), b (r0y), c (r0z) şi cele

trei unghiuri dintre cele trei direcţii spaţiale, α, β, γ.

În funcţie de valoarea unghiurilor α, β, γ şi de relaţiile dintre parametrii reţelei a, b şi c, reţelele cristaline se împart în

şapte sisteme cristalografice (cubic, hexagonal, romboedric, pătratic sau tetragonal, rombic, monoclinic şi

triclinic). Dintre acestea, la metale se întâlnesc:

-sistemul cubic cu volum centrat - CVC (în fiecare colț și în centrul rețelei se află câte un atom, a = b = c, α = β = γ

= 90˚ ),

-sistemul cubic cu fețe centrate - CFC (în fiecare colț și în centrul fiecărei fețe se află câte un atom, a =b = c, α = β

= γ = 90˚ ) și

-sistemul hexagonal compact - HC (conține câte un atom în fiecare colț al prismei, câte unul în centrul fiecărei baze

și 3 atomi în interiorul prismei, a = b ≠ c, α = β = 90˚ , γ = 120˚ ).

Aranjamentul regulat al atomilor în rețeaua cristalină nu este perfect decât în volume mici de metal, numite

cristale sau grăunți cristalini.

Materialele metalice sunt corpuri policristaline, deoarece conțin o infinitate de grăunți cristalini, fiecare având

rețeaua cristalină orientată după altă direcție (datorită modului specific în care se produce cristalizarea, grăunții

cristalini, în timp ce cresc, se stânjenesc reciproc și-și rotesc rețeaua cristalină).

5. Imperfectiuni (defecte)in cristale

Cristalul ideal (perfect) are o structură regulată în toată masa sa, cu atomii ocupând toate nodurile în rețeaua

cristalină. Cristalul ideal nu există însă în realitate.

Cristalele reale din care sunt alcătuite metalele prezintă o serie de defecte.

Defectul reprezintă orice abatere de la aranjamentul regulat al atomilor în rețea. Însușirile (proprietățile)

materialelor metalice pot fi:

a) Insensibile la defectele structurale:

- conductibilitatea electrică;- permeabilitatea magnetică; - temperatura de topire; - temperatura de vaporizare;-

elasticitatea;- rigiditatea; - culoarea.

b) Sensibile la defectele structurale:

- rezistențele mecanice; - plasticitatea; - duritatea; - fluajul (deformare lentă și continuă, în timp, sub acțiunea unor

solicitări mecanice constante);- tenacitatea.

Defectele structurale se clasifică în trei categorii:

-defecte punctiforme (sunt locuri goale în rețea, neocupate de atomi )

a)- vacanțe, atomi străini sau proprii ai rețelei, care ocupă poziții intermediare în cadrul rețelei

b)- atomi interstițiali și atomi străini de rețeaua cristalină, ce substituie atomii acesteia, în cadrul ei

c) - atomi de substituție;

-defecte liniare (apar în lungul unei linii în cadrul rețelei cristaline și se numesc dislocații);

- defecte de suprafață (au o alcătuire bidimensională și sunt reprezentate de planele cristalografice de la suprafața

cristalelor cu orientări diferite).

6. Alotropia metalelor(polimorfismul)

Alotropia sau polimorfismul reprezintă proprietatea unor metale (Fe, Si, Mn, Ti, Co) de a-și schimba tipul

rețelei cristaline o dată cu schimbarea temperaturii, adoptând forme cristaline noi, numite forme alotropice sau

modificații proprii.

9

Această transformare are loc datorită tendinței metalului de a adopta, la temperatura respectivă, forma cristalină cu

energie liberă, E, minimă (stare de echilibru stabilă), în care (U = energia internă a sistemului, dată de energia

cinetică și potențială a microparticulelor, T = temperatura, S = entropia care indică gradul de dezordine din sistem).

Transformarea alotropică, numită și cristalizare secundară, este o transformare în stare solidă, care are loc la o

temperatură numită punct critic de transformare (temperatură critică). Această temperatură, specifică fiecărui metal,

se menține constantă în timpul transformării.

Transformarea alotropică se produce cu absorbție de căldură, dacă are loc în timpul încălzirii, sau cu degajare

de căldură, dacă are loc în timpul răcirii metalului. Fierul prezintă trei stări alotropice: Feα, Feγ, Feδ.

Feα - cristalizează în sistem CVC și este stabil până la 9100C;

Feγ - cristalizează în sistem CFC și este stabil între (910 ÷ 1392)0C;

Feδ - cristalizează în sistem CVC și este stabil între (1392 ÷ 1538)0C.

Feα și Feδ au același tip de rețea cristalină, dar atomii de fier au raze atomice diferite. Temperatura de topire a

fierului este 15380C.

Formele alotropice ale unui material metalic au proprietăți bine definite, diferite de la o formă alotropică la alta.

7. Ruperea materialelor metalice.Factorii de care depinde comportarea la rupere

Ruperea este fenomenul de fragmentare a unui corp în două sau mai multe părți sub acțiunea unei stări de tensiuni.

Ruperile se clasifică după mai multe criterii:

a) după modul cristalografic în care se produce ruperea

-rupere prin smulgere, produsă de tensiunea normală σ, dată de raportul dintre forța de solicitare normală, F, și

suprafața, S, pe care aceasta acționează;

- rupere prin alunecare, produsă de tensiunea tangențială, τ, dată de raportul dintre forța de solicitare tangentă, T, și

suprafața, S pe care aceasta acționează);

b) după aspectul ruperii :

-rupere cu aspect cristalin stralucitor produsa prin smulgere

- rupere cu aspect fibros, produsă prin forfecare);

c) după deformațiile plastice care preced ruperea

-ruperi fragile, care nu sunt precedate de deformații plastice, se produc cu viteză mare, prin smulgere, se propagă

intercristalin și au aspect cristalin strălucitor;

-ruperi ductile, care sunt precedate de deformații plastice, se produc prin alunecare, se propagă transcristalin și au

aspect fibros, caracteristic de cupă-con).

Comportarea la rupere, ductilă sau fragilă, a unui material metalic nu este o caracteristică intrinsecă a acestuia ci

este influențată de o serie de factori:

-natura materialului,

-temperatura,

- prezența concentratorilor de tensiune (gradul de triaxialitate al solicitării-al stării de tensiuni),

- viteza de solicitare.

8. COMPORTAREA LA OBOSEALA A MATERIALELOR METALICE .FACTORII DE CARE

DEPINDE REZISTENTA LA OBOSEALA

Sub acțiunea unei sarcini variabile în timp (ca mărime și ca sens), rezistența și tenacitatea (plasticitatea) materialelor

metalice scad, iar ruperea are loc la tensiuni de solicitare mai mici decât rezistența la rupere a materialului metalic.

Fenomenul se numește oboseală, iar ruperea produsă astfel se numește rupere prin oboseală.

Solicitările variabile au un caracter periodic și se pot caracteriza printr-un ciclu de solicitare, care reprezintă variația

valorilor tensiunii de solicitare, σv în timpul unei perioade, T. Ciclurile de solicitare variabile pot fi: ondulante (când

tensiunile au același semn) sau alternante (când tensiunile își schimbă semnul).

10

Ruperea prin oboseală cuprinde următoarele stadii: inițierea fisurii; propagarea lentă a fisurii, către interiorul

piesei, fără ruperea acesteia, până când secțiunea portantă (transversală nefisurată) a piesei devine prea mică pentru a

mai rezista sarcinilor aplicate; ruperea finală bruscă.

Rezistența la oboseală a materialelor metalice este influențată de o serie de factori, cum ar fi:

a) factori constructivi (adoptați la proiectarea piesei, ex.: natura materialului, forma și dimensiunile piesei),

b) factori tehnologici (adoptați la prelucrarea piesei; ex.: granulația materialului, calitatea suprafeței, prezența

unei stări suplimentare de tensiuni în stratul piesei)

c) factori de exploatare (prevăzuți în timpul exploatării piesei, ex: natura mediului, temperatura de exploatare,

mărimea tensiunii variabile, σv,

d) prezența unei tensiuni statice, σs , care se suprapune peste tensiunea variabilă,

e) prezența concentratorilor de tensiune).

9. DIAGRAMA DE ECHILIBRU Fe-C METASTABILA SIMPLIFICATA.

Componentul de bază al aliajelor din sistemul Fe-C este Fe. Acesta prezintă trei stări (forme)alotropice sau

modificații proprii:

Feα - stabil până la 910˚C, cristalizează în sistem CVC;

Fe γ - stabil între 910˚ ÷ 1392˚C, cristalizează în sistem CFC;

Feδ - stabil între 1392˚ ÷ 1538˚C, cristalizează în sistem CVC

Diagrama de echilibru metastabilă a sistemului de aliaje Fe-Fe3C

Constituenții metalografici ai aliajelor din sistemul metastabil Fe-Fe3C sunt:

a) monofazici:

- soluția lichidă, L;

- ferita, α - soluție solidă interstițială de carbon, C, în Feα (α ≡ Feα(C)); concentrația

maximă de C care se poate dizolva în Feα este de 0,02 % la 7270C; concentrația de C în Feα scade la ta (unde: ta =

temperatura mediului ambiant); excesul de C din α suprasaturată se separă sub formă de cementită terțiară, Fe3CIII;

- ferita, δ - soluție solidă interstițială de C în Feδ (δ ≡ Feδ(C)); concentrația maximă de C care se poate dizolva în

Feδ este de 0,1 % la 14950C;

- austenita, γ - soluție solidă interstițială de C în Feγ (γ ≡ Feγ(C)); concentrația maximă de C care se poate

dizolva în Feγ este de 2,11 % la 11480C; concentrația de C în Fe γ scade până la 0,77 % la 7270C; excesul de C din γ

suprasaturată se separă sub formă de cementită secundară, Fe3CII;

11

- cementita, Fe3C - compus definit cu 6,67 % C și temperatura de topire 12500C; este o fază metastabilă

deoarece, prin menținere la temperaturi înalte sau în prezența siliciului, se descompune: Fe3C → 3Fe + C; are

duritate mare (800HV), fiind fragilă; la temperatura ambiantă este magnetică, iar la 2150C își pierde magnetismul.

b) bifazici: - perlita, P - amestec mecanic eutectoid format din ferită, α, și cementită eutectoidă, Fe3C, obținută prin

descompunerea austenitei:

- ledeburita, Led - amestec mecanic eutectic format din austenită, γ, și cementite eutectică, Fe3C, obținută prin

solidificarea lichidului: ; la temperatura ambiantă, ledeburita se numește ledeburită

transformată, [Led], deoarece conține perlită în urma descompunerii eutectoide a austenitei; este formată deci din

perlită și cementită eutectică (primară).

Liniile diagramei: - linia ECF : este linia corespunzătoare temperaturii transformării eutectice;

- linia PSK: notată A1, este linia corespunzătoare temperaturii transformării eutectoide;

- curba GS: notată A3, este curba sub care din austenită începe să se separe ferită;

- curba SE: notată Acem, este curba de variație cu temperatura a solubilității C în Feγ; sub ea, din γ suprasaturată se

separă carbonul în exces sub formă de cementită secundară, Fe3CII;

- curba PQ: este curba de variație cu temperatura a solubilității C în Feα; sub ea, din α suprasaturată se separă

carbonul în exces sub formă de cementită terțiară, Fe3CIII.

a) Fe tehnic: < 0,02% C;

b) Oțeluri carbon[0,02 ÷ 2,11)% C

c) Fonte albe

10. Oteluri carbon.Fonte albe

Aliajele diagramei metastabile: a) Fe tehnic: < 0,02% C;

b) Oțeluri carbon: [0,02 ÷ 2,11)% C(Oțelurile carbon conțin maxim 2,11% C. În afară de Fe și C, mai conțin și

elemente însoțitoare permanente, cum ar fi: Si (max. 0,5 %), Mn (max. 0,7%), P (max. 0,05%), S (max. 0,05%). Si și

Mn sunt dezoxidanți (introduși voit) iar S și P sunt impurități introduse o dată cu minereurile de fier. Oțelurile carbon

prezintă numai transformarea eutectoidă și se analizează după diagrama metastabilă. Se prelucrează prin deformare

plastică la rece sau la cald, deoarece au tenacitate (plasticitate) ridicată. Cu creșterea conținutului de carbon, crește

cantitatea de Fe3C, și prin urmare crește duritatea, respectiv rezistența la rupere și scade plasticitatea)

c) Fonte albe: [2,11 ÷ 6,67) % C(Fontele albe conțin între [2,11 ÷ 6,67) % C. Se numesc albe deoarece în spărtură au

culoare argintie, datorită prezenței Fe3C. Se obțin la răcirea cu viteză mare a aliajului și/sau la conținuturi mici de

elemente grafitizante (Si, P, Al, Ni, Cu – care descompun cementita) și la conținuturi mari de elemente

antigrafitizante (Mn, Cr, Mo, V - care stabilizează cementita). Prezintă ambele transformări (eutectică și eutectoidă).

Se studiază după diagrama metastabilă. Cu creșterea conținutului de carbon, crește cantitatea de Fe3C, fapt pentru

care fontele albe sunt dure, fragile și casante și nu se prelucrează prin deformare plastică. Se așchiază foarte greu,

deoarece au rezistență mare la uzură. Piesele din fontă albă se obțin prin turnare. Au utilizări restrânse, în special la

piesele de uzură (bile pentru mori, saboți de frână, fălci de concasor) sau ca materie primă pentru obținerea oțelurilor,

a fontelor cenușii și a fontelor maleabile.

11. Diagrama de echilibru Fe-c stabila. Fonte cenusii

Aliajele diagramei stabile: Fontele cenușii. Se numesc cenușii, deoarece în spărtură au culoare cenușie, datorită

prezenței grafitului. În fontele cenușii grafitul are formă lamelară. În vederea obținerii acestor fonte, este necesar ca

transformările structurale să se realizeze în conformitate cu diagrama de echilibru stabil Fe-Cgr. Acest lucru este

posibil dacă sunt îndeplinite simultan următoarele condiții:

- aliajele au concentraţia masică de carbon suficient de ridicată pentru a se asigura apariţia grafitului

(carbonului liber) în structurile care se formează la răcirea lor din stare lichidă;

- aliajele sunt răcite foarte lent (cu viteză foarte mică) din stare lichidă, pentru asigurarea desfăşurării

transformărilor structurale în condiţiile corespunzătoare atingerii stărilor de echilibru stabil; deoarece viteza de răcire

a aliajelor turnate în forme este invers proporţională cu grosimea pereţilor produselor sau semifabricatelor care

trebuie realizate, rezultă că structurile având grafitul ca fază pot să se formeze numai în piesele cu pereţi groşi turnate

12

din aliaje fier-carbon; la răcirea cu viteză mică cementita formată disociază termic şi asigură carbonul liber necesar

constituirii germenilor de grafit (prin reacţii de tipul Fe3C → 3Fe + Cgr);

- aliajele au în compoziţia chimică (pe lângă fier şi carbon) concentraţii masice suficient de mari de siliciu şi alte

elemente cu efect grafitizant, cum ar fi fosforul, aluminiul, nichelul şi cuprul); prezenţa siliciului în aliajele fier-

carbon topite asigură (în timpul solidificării şi răcirii lor) formarea cu prioritate a unor compuşi de tipul Fe3Si, FeSi

sau FeSi2, care fixează fierul, împiedică formarea cementitei (Fe3C) sau produce descompunerea acesteia (prin

reacţii de tipul Fe3C + Si ⇒ Fe3Si + C) şi asigură carbonul liber necesar constituirii germenilor de grafit.

In funcție de cantitatea de siliciu introdusă în fonta lichidă și de viteza de răcire a pieselor turnate, fontele cenușii se

clasifică în:

-fontă cenușie feritică - se obține la concentrații mari de Si și/sau la o răcire foarte lentă din starea lichidă

- fontă cenușie perlitică - se obține la concentrații de Si mai mici și/sau la o răcire mai rapidă din starea lichidă decât

în cazul fontei cenușii feritice

- fontă cenușie ferito-perlitică) - se obține la concentrații de Si și/sau la o răcire în condiții intermediare cazurilor

anterior considerate.

Proprietățile fontelor cenușii:

- rezistență mare la compresiune și foarte mică la întindere (datorită grafitului lamelar);

- capacitate mare de amortizare a vibrațiilor (se utilizează la confecționarea batiurilor mașinilor unelte);

- așchiabilitate bună, rezistență la uzură, rezistență la coroziune în anumite medii;

- turnabilitate bună (datorită fluidității ridicate și a contracției scăzute);

- tenacitate foarte scăzută (alungire A < 2 %), fapt pentru care nu se prelucrează prin deformare plastică; datorită

formei grafitului (lamelar) apare efectul de crestătură, care se manifestă prin concentrarea puternică a tensiunilor la

vârfurile lamelelor de grafit (care se manifestă ca fisuri în interiorul fontei), ceea ce conduce la scăderea bruscă a

tenacității.

Pentru creșterea caracteristicilor de rezistență mecanică, plasticitate și tenacitate, se modifică forma lamelară a

grafitului prin introducerea în fonta cenușie lichidă a unor cantități mici de substanțe (numite modificatori - ex: Mg,

Ca, Ba), care schimbă mecanismul germinării şi creşterii formaţiunilor de grafit, la solidificarea fontelor.

Piesele din fonte maleabile se obţin printr-un proces tehnologic care implică parcurgerea a două etape:

a) în prima etapă, piesele cu configuraţia şi dimensiunile dorite se realizează prin turnare din fontă albă (fontă cu

conţinut scăzut de siliciu, la care toate transformările structurale la răcirea din stare lichidă se realizează în

conformitate cu diagrama de echilibru metastabil Fe-Fe3C);

b) b) în etapa a doua, piesele turnate cu structură de fontă albă (fig. 4.3, a) sunt supuse unor operaţii tehnologice

care constau din reîncălzirea (recoacerea) pieselor la temperaturi înalte, menţinerea îndelungată a pieselor la

aceste temperaturi şi/sau răcirea foarte lentă a pieselor de la aceste temperaturi, în scopul descompunerii totale

sau parţiale a cementitei şi generării în structura piesei a cuiburilor de grafit (carbon liber).

12. RECOACERI FARA SCHIMBARE DE FAZA APLICATE PIESELOR DIN OTEL

Sunt tratamente termice prin care un material metalic aflat într-o stare structural instabilă, provocată de

prelucrările anterioare, este adus într-o stare stabilă, fără realizarea în acest scop a vreunei transformări de fază.

Această categorie de tratamente termice cuprinde:

- recoacerea de omogenizare;

- recoacerea de recristalizare;

- recoacerea de detensionare.

1) RECOACEREA DE OMOGENIZARE - se aplică lingourilor și pieselor turnate, care prezintă segregație puternică (neomogenitate chimică, structurală și

de proprietăți), în scopul eliminării neomogenităților chimice ale structurii dendritice primare; omogenizarea

compoziției chimice (a structurii) se realizează prin difuzia atomilor;

- în urma tratamentului se obține o stare structurală de echilibru, cu granulație grosolană; suplimentar, pentru

finisarea granulației, se aplică un tratament termic ulterior, numit recoacere de normalizare, pentru a obține un efect

pozitiv maxim;

- aplicarea tratamentului conduce la îmbunătățirea proprietăților de plasticitate ale piesei turnate (crește alungirea, A,

crește gâtuirea, Z);

- tratamentul este costisitor, datorită temperaturii ridicate și timpului de menținere ridicat, fapt pentru care se aplică

la piesele de mare importanță, turnate din oțeluri aliate; de asemenea, prețul piesei tratate termic este majorat, în

urma aplicării tratamentului termic suplimentar pentru finisarea granulației.

2) RECOACEREA DE RECRISTALIZARE

13

- se aplică pieselor sau semifabricatelor din oțel, prelucrate prin deformare plastică la rece, care prezintă o structură

ecruisată, în scopul anulării efectelor ecruisării, deci pentru refacerea capacității de deformare plastică a materialului

(restabilirea proprietăților de plasticitate);

- în timpul încălzirii și menținerii au loc procese de restaurare și recristalizare, care asigură restabilirea proprietăților

de plasticitate ale oțelurilor deformate plastic la rece.

3) RECOACEREA DE DETENSIONARE

- se aplică pieselor din oțel care prezintă tensiuni interne (datorate unor modificări dimensionale neuniforme ale

materialului piesei, ca urmare a deformării plastice, încălzirii neuniforme sau locale, sau datorită producerii

nesimultane în masa piesei a unor transformări de fază), în scopul eliminării

acestora; prezența tensiunilor interne este nedorită, deoarece în timpul exploatării pieselor aceste tensiuni se

însumează cu tensiunile rezultate din solicitările de lucru ale piesei și pot produce deteriorarea acesteia;

- tensiunile interne apar în piesele deformate plastic, turnate, sudate sau prelucrate mecanic.

13. RECOACERI CU SCHIMBARE DE FAZA

Recoacerile cu schimbare de fază aplicate pieselor din oțeluri sunt tratamente termice ce constau în

încălzirea unui material metalic deasupra unuia dintre punctele sale de transformare în stare solidă și răcirea

ulterioară a acestuia cu viteză mică, în scopul atingerii echilibrului structural. Această categorie de tratamente

termice cuprinde:

- recoacerea completă se aplică în principal pieselor confecționate din oțeluri hipoeutectoide, dar se poate aplica și

celor din oțeluri hipereutectoide, pentru:

înlăturarea structurilor neomogene și/sau cu grăunte grosolan din piesele turnate, turnate și supuse recoacerii de

omogenizare, sudate sau deformate plastic la cald;

scăderea rezistenței la rupere, a limitei de curgere și a durității;

creșterea caracteristicilor de plasticitate;

îmbunătățirea capacității de deformare plastică și de prelucrabilitate prin așchiere;

- recoacerea de normalizare se aplică atât pieselor confecționate din oțeluri hipoeutectoide, dar și celor

confecționate din oțeluri hipereutectoide, pentru:

înlăturarea structurii grosolane rezultată la prelucrările anterioare;

finisarea granulației pieselor supuse recoacerii de omogenizare;

reducerea tensiunilor interne;

îmbunătățirea rezistenței oțelurilor cu conținut mediu de carbon;

îmbunătățirea structurii în zonele sudate;

îmbunătățirea prelucrabilității prin așchiere a oțelurilor cu C 0,3%;

- recoacerea incompletă se aplică în general pieselor confecționate din oțeluri hipoeutectoide, înlocuiește recoacerea

completă atunci când granulația este corespunzătoare și urmărește numai obținerea unei structuri de echilibru ferito-

perlitică, cu duritate minimă; se elimină tensiunile interne, se obține o structură de echilibru, se îmbunătățește

prelucrabilitatea prin reducerea durității);

- recoacerea izotermă (se aplică pieselor confecționate din oțeluri hipo/hipereutectoide; se obține o structură

14

uniformă în toată masa piesei, se reduce timpul total de tratament termic în cazul pieselor confecționate din oțeluri

aliate, la care viteza de răcire trebuie să fie foarte mică, pentru a obține reducerea durității);

- recoacerea de globulizare a cementitei (se aplică oțelurilor hipereutectoide, în scopul obținerii unei structuri

perlitice globulare cu duritate minimă; se îmbunătățește prelucrabilitatea prin așchiere și capacitatea de prelucrare

prin deformare plastică la rece).

14. CALIREA MARTENSITICA

Călirea este tratamentul termic ce constă în încălzirea unui material metalic deasupra unuia din punctele sale de

transformare în stare solidă și răcirea ulterioară cu viteză mare, în scopul obținerii unei stări structurale în afară de

echilibru, cu rezistență mecanică și duritate ridicate.

Se numește călire martensitică, deoarece constituentul metalografic obținut este martensita (M). –

Tratamentul se aplică oțelurilor cu procentul de C ≥ (0,2…0,25) %.

Parametrii de regim sunt :temperatura de incalzire, timpul de mentinere,viteza de racire

Comportarea la călire a unui oțel se exprimă prin noțiunea de călibilitate. Călibilitatea este o caracteristică

tehnologică a materialului, ce exprimă aptitudinea acestuia de a se căli pe o anumită adâncime. Călibilitatea crește cu

creșterea procentului de carbon, cu creșterea procentului elementelor de aliere și cu scăderea vitezei critice de răcire.

Piesele călite au duritate mare, (600…650) HV și tenacitate foarte mică.

Călirea nu se recomandă pentru piesele solicitate dinamic.

- Metodele prin care se realizează tratamentul termic de călire:

- călirea clasică într-un singur mediu (călire martensitică simplă)-constă în încălzirea piesei la temperatura ti =A3

+ (30…50)˚C (aplicată oțelurilor hipoeutectoide), menținerea la această temperatură, urmată de răcirea rapidă într-un

singur mediu (de obicei apă); piesele se pot deforma sau fisura datorită tensiunilor reziduale rezultate în urma

transformării martensitice → se aplică la piesele cu configurație

simplă.

- călirea în două medii (sau întreruptă); -constă în încălzirea piesei la temperatura ti = A1 + (30…50)˚C (aplicată

oțelurilor hipereutectoide), menținerea la această temperatură, răcirea rapidă în apă până la o temperatură superioară

lui Ms, urmată de răcirea lentă în domeniul transformării martensitice, în ulei sau aer → se diminuează pericolul

deformăriisau fisurării.

-călirea în trepte; -constă în încălzirea piesei la temperatura ti = A3 + (30…50)˚C (aplicată pieselor din oțeluri

aliate), menținerea la această temperatură, răcirea în băi de săruri topite de la ti până la o temperatură de menținere

izotermă tiz = Ms + (20…30)0C, menținerea la această temperatură (cca. 5…15 min) până la egalizarea temperaturii

pe întreaga secțiune a piesei, urmată de răcirea lentă în domeniul transformării martensitice, în ulei sau aer → se

reduc deformațiile și se evită pericolul fisurării

- călirea izotermă; are ca scop obținerea bainitei, se aseamănă cu călirea în trepte, dar presupune menținerea un timp

mai îndelungat la tiz (cca. 45 min), astfel încât austenita să se transforme complet în bainită la temperaturi cuprinse

între (300…400)˚C.

-călirea sub 0˚C ; se aplică pieselor din oțel cu procent ridicat de carbon sau din oțeluri aliate, la care temperatura

Mf este situată sub 0˚C; se aplică ca o continuare a tratamentului termic de călire martensitică; constă în încălzirea

piesei la temperatura ti = A3 + (30…50)˚C, menținerea la această temperatură, răcirea până la temperatura ambiantă

ta într-un singur mediu (apă, ulei sau băi de săruri), răcirea suplimentară a

pieselor de la temperatura ambiantă la (-40…-80)˚C în medii criogene (azot lichid, zăpadă carbonică, etc),

menținerea la această temperatură (10…20) min, urmată de readucerea la ta, în scopul transformării austenitei

reziduale în martensită; se aplică produselor care necesită o stabilitate dimensională foarte bună (ex.: rulmenți,

instrumente de măsură).

-călirea superficială. constă în durificarea numai la suprafață a pieselor confecționate din oțeluri, în vederea creșterii

durității, rezistenței la uzare, oboseală, coroziune. Încălzirea piesei se face prin trecerea acesteia printr-un inductor

prin care circulă un curent de înaltă frecvență (încălzire prin inducție, folosind curenți de înaltă frecvență - călire

CIF). La trecerea curentului prin inductor se generează un flux magnetic, ce induce în piesă curenți de inducție de o

anumită intensitate. Piesa se încălzește la exterior pe o grosime D (adâncimea de pătrundere a curenților de inducție

în piesă - ec. 5.1), în timp ce miezul rămâne neafectat.

15. REVENIREA SI IMBUNATATIREA OTELURILOR

Structura de călire, indiferent de metoda adoptată, este una în afara echilibrului. Caracteristicile finale ale produselor

sunt obținute numai după aplicarea unor încălziri care să accelereze procesele de reechilibrare.

15

Astfel, revenirea este tratamentul termic ce constă în încălzirea și menținerea unui material metalic călit la o

temperatură inferioară temperaturii sale minime de transformare în stare solidă (tî < A1), în scopul obținerii unei stări

structurale mai aproape de echilibru. Se aplică după călire și se realizează prin difuzie. În funcție de temperatura la

care se realizează încălzirea și de structurile obținute, revenirea se clasifică în: revenire joasă, revenire medie și

revenire înaltă.

a) Revenirea joasă:

- temperatura de încălzire ti: (120…250)˚C;

- răcire în aer;

- se obține martensită de revenire, cu duritate mare și mai puțin tensionată.

b) Revenirea medie:


- răcire în aer;

- se obține troostită de revenire, cu proprietăți elastice (limită de curgere ridicată a materialului piesei).

c) Revenirea înaltă:


- răcire în aer;

- se obține sorbită de revenire, cu tenacitate ridicată și rezistență mecanică bună.

Tratamentul termic de călire la martensită urmat de revenire la sorbită (revenire înaltă) poartă denumirea de

tratament termic de îmbunătățire, obținându-se cea mai favorabilă asociere de proprietăți (rezistență

mecanică și tenacitate) pentru un oțel.

16. TRATAMENTE TERMOCHIMICE .CEMENTARE, NITRURAREA, CIANURAREA SI

CARBONITRURAREA

Tratamentele termochimice sunt tratamente de suprafață, realizate prin difuzie, care se efectuează în medii active

din punct de vedere chimic și au ca rezultat modificarea compoziției chimice, a structurii și a proprietăților straturilor

superficiale ale pieselor tratate.

Tratamentele termochimice constau în îmbogățirea stratului superficial al piesei cu unul sau mai multe elemente

(de îmbogățire), C, N, Cr, etc., pe o anumită adâncime, prin încălzirea și menținerea piesei într-un mediu solid, lichid

sau gazos.

Tratamentele termochimice se aplică în următoarele scopuri:

- creșterea durității;

- creșterea rezistenței la uzură;

- creșterea rezistenței la oboseală;

- creșterea rezistenței la coroziune în diferite medii.

Procesele care stau la baza tratamentelor termochimice sunt:

- disocierea (are loc în mediul de îmbogățire și constă în eliberarea atomilor elementelor care difuzează);

- adsorbția (pătrunderea atomilor activi ai elementului de îmbogățire în stratul superficial al piesei);

- difuzia (deplasarea elementului activ adsorbit în interiorul metalului pe o anumită adâncime a piesei).

B) Cementarea (carburarea) Cementarea constă în îmbogățirea stratului superficial al piesei cu carbon și se aplică

pieselor din oțel (oțel pentru cementare) cu conținut scăzut de carbon (<= 0,25 % C) și care prezintă o structură

ferito-perlitică.

Parametrii tratamentului termochimic de cementare sunt:

temperatura de încălzire, tî: (930…950)˚C;

timpul de menținere, τm [ore], se stabilește în funcție de grosimea stratului cementat, x [mm]: , unde Kc este un

coeficient stabilit în funcție de temperatura de încălzire și de tipul oțelului;

mediul de lucru: gazos (ex. metan CH4), solid (ex. mangal și carbonat de bariu).

După carburare, stratul superficial al pieselor are o concentrație masică de carbon de (0,8…0,9) % și o structură

perlitică, iar structura miezului este ferito-perlitică

După carburare, piesele se supun unui tratament termic de călire martensitică (pentru obținerea unei durități ridicate a

stratului superficial) și, eventual, unui tratament termic (călire martensitică sau normalizare) de recristalizare a

miezului (pentru finisarea granulației, creșterea rezistenței mecanice și a tenacității miezului, ca urmare a structurilor

obținute - sorbită, troostită sau martensită cu conținut scăzut de carbon).

C) Nitrurarea Nitrurarea constă în îmbogățirea stratului superficial al piesei cu azot și se aplică în următoarele

scopuri:

- creșterea durității stratului superficial;

16

- creșterea rezistenței la uzare;

- creșterea rezistenței la oboseală;

- creșterea rezistenței la coroziune;

Nitrurarea este un tratament final (piesele nitrurate nu se mai prelucrează ulterior, pentru a nu îndepărta stratul

obținut și nu se mai reîncălzesc, deoarece se descompun nitrurile din stratul superficial, se elimină azotul și se

anulează efectul nitrurării). Nitrurarea se realizează în atmosferă gazoasă de amoniac (

Metode de nitrurare: a) nitrurarea pentru creșterea rezistenței la uzare (a durității) - se aplică pieselor din oțel cu (0,3…0,4) % C, aliat

cu Al, Cr, Mo (fig. 6.3);

b) nitrurarea pentru creșterea rezistenței la oboseală - se aplică pieselor din oțel carbon sau oțeluri aliate (fără Al) –

tratamentul se conduce tot în trepte ca în cazul a), însă duritatea stratului nitrurat este mai mică, (600…800)HV (nu

se mai formează nitrurile de Al); rezistența la oboseală a pieselor nitrurate crește cu (30…90) %;

c) nitrurarea pentru creșterea rezistenței la coroziune - se aplică pieselor din orice tip de oțel (fig. 6.4); se formează

un strat de nitruri, Fe2N, care prezintă o bună rezistență la acțiunea mediilor coroziv.

C) Cianurarea și carbonitrurarea Tratamentele termochimice de cianurare și carbonitrurare constau în îmbogățirea

stratului superficial al piesei cu carbon și azot.

Parametrii tratamentelor termochimice de cianurare și carbonitrurare:

mediul de lucru:

pentru cianurare: băi de săruri topite - cloruri, cianuri, carbonați;

pentru carbonitrurare: atmosferă gazoasă - 75% CH4 + 25% NH3;

temperatura de încălzire:

pentru cianurare: tî = (550…600)0C (se obține un strat îmbogățit cu precădere în azot, cu duritate ridicată și

rezistență mare la uzare - tratamentul este asemănător nitrurării, fapt pentru care, după cianurare, nu se mai aplică

alte tratamente termice );

pentru carbonitrurare: tî = (820…880)0C (se obține un strat îmbogățit cu precădere în carbon - tratamentul

este asemănător carburării, fapt pentru care, după carbonitrurare, se aplică călirea martensitică pentru durificarea

stratului).

17. OTELURI ALIATE .SIMBOLIZAREA LOR

Oțelurile aliate sunt aliaje complexe care, pe lângă elementele de bază (Fe și C) și elementele însoțitoare

permanente (Mn, Si, S, P), conțin și elemente de aliere (Cr, Ni, Mn, Si, Mo, Ti, V,.).

Scopul alierii:

creșterea rezistenței mecanice;

creșterea durității;

creșterea rezistenței la coroziune;

obținerea unor proprietăți speciale.

Elementele de aliere pot influența poziția și mărimea domeniului monofazic feritic sau austenitic, astfel:

cele care măresc domeniul feritic (Cr, Mo, W, Si, Ti, Al, V, etc.) se numesc alfagene sau feritizante; la

concentrații mari în elemente alfagene, oțelurile aliate au, la temperatura ambiantă (+ 200C), o structură feritică și se

numesc oțeluri feritice;

cele care măresc domeniul austenitic (Ni, Mn, N, Cu, Zn, Co etc.) se numesc elementele gamagene sau

austenitizante; la concentrații mari în elemente gamagene, oțelurile aliate au, la temperatura ambiantă, o structură

austenitică și se numesc oțeluri austenitice.

Clasificarea oțelurilor aliate - se face după mai multe criterii:

a) după natura elementelor de aliere și numărul lor:

- oțeluri aliate cu un singur element (cu Ni, cu Cr, cu Mn, etc.);

- oțeluri aliate cu două elemente (Cr-Ni, Cr-Mn, etc.);

- cu trei elemente (Cr-Ni-Mo, Cr-Mn-Si, etc.);

b) după gradul de aliere: - oțeluri slab aliate (cu suma elementelor de aliere Sa < 5 %);

- oțeluri mediu aliate (cu suma elementelor de aliere 5 % < Sa < 10 %);

- oțeluri înalt aliate (cu suma elementelor de aliere Sa ≥ 10 %);

17

c) după structura pe care o prezintă în stare recoaptă: - oțeluri ferito-perlitice;

- oțeluri perlitice;

- oțeluri ledeburitice;

- oțeluri feritice;

- oțeluri semiferitice;

- oțeluri austenitice;

- oțeluri austenito-feritice;

d) după destinație: - oțeluri de construcție;

- oțeluri pentru rulmenți;

- oțeluri pentru scule;

- oțeluri pentru țevi;

- oțeluri cu proprietăți speciale:

oțeluri inoxidabile - sunt aliaje Fe-C-Cr, cu min. 12 % Cr (pentru asigurarea rezistenței la coroziune); sunt înalt

aliate și, în contact cu atmosfera, se acoperă cu un strat pasiv de oxizi de crom, aderent, dens, continuu, impermeabil

și puțin solubil în multe medii corozive; pot fi:

feritice (au structură feritică, pot fi deformate plastic și prelucrate bine prin așchiere; conțin %C <0,1; %Cr

≥ 12÷13; ex.: 10Cr170);

austenitice (au tenacitate foarte bună, sunt rezistente la coroziune atmosferică, nu au rezistență mecanică

foarte mare, sunt ușor sudabile, prelucrabile prin deformare plastică, au așchiabilitate scăzută; sunt aliate cu crom și

cu peste 8 % Ni; ex.: 10NiCr180);

martensitice (sunt ușor călibile, prelucrabile prin așchiere, greu sudabile, greu prelucrabile prin deformare

plastică; sunt aliate cu crom >12 % și conțin mult carbon (0,1 ÷ 0,4)% ; ex.: 40Cr130);

oțeluri refractare - sunt aliaje Fe-C-Cr, cu min. (20 ÷ 30)% Cr (pentru asigurarea refractarității), la care se adaugă

Al și Si; pot fi:

feritice (ex: 10AlCr240);

austenitice (ex: 15SiNiCr200);

martensitice (ex: 19MoCr120).

e) în funcție de natura lor, la temperatura ambiantă oțelurile aliate se împart în mai multe clase structurale:

- oțeluri perlitice - clasă căreia îi aparțin cele mai multe oțeluri de construcție; sunt slab aliate, cu structură

asemănătoare oțelurilor carbon;

- oțeluri feritice - sunt înalt aliate, având puțin carbon (%C < 0,1) și multe elemente alfagene; au structură formată

din ferită și carburi;

- oțeluri austenitice - sunt înalt aliate și conțin puțin carbon și multe elemente gamagene; au structura formată din

austenită și carburi;

- oțeluri martensitice (autocălibile) - sunt înalt aliate, având mult carbon (%C > 0,20) și multe elemente gamagene; la

răcirea în aer suferă transformarea martensitică, structura fiind formată din martensită și carburi;

- oțeluri ledeburitice - sunt oțeluri hipereutectoide, ce conțin multe elemente ce formează carburi (W, Cr, Co, Mo,

V); se numesc astfel pentru că, deși %C < 2,11, prezintă transformarea eutectică, în urma căreia se formează

ledeburita; se folosesc în general ca oțeluri de scule; deoarece permit așchierea cu viteze mari, se mai numesc și

oțeluri rapide.

Simbolizarea oțelurilor aliate. Se face prin litere și cifre. Primul grup de cifre indică conținutul de carbon, în sutimi de procent. Urmează

simbolurile elementelor de aliere, în ordinea crescătoare a importanței lor (ultimul simbol este al principalului

element de aliere). Ultimul grup de cifre indică, în zecimi de procent, cantitatea elementului principal de aliere (ex.:

17MoCrNi06 reprezintă un oțel aliat, având 0,17%C și 0,6%Ni, ca element principal de aliere).

Oțelurile aliate pentru rulmenți se simbolizează RUL, urmat de o cifră care indică numărul de ordine din grupa

acestor oțeluri. Oțelurile rapide de scule se simbolizează Rp, urmat de numărul de ordine al

mărcii din standard.

Oțelurile aliate turnate au în față simbolul T (ex: T40TiCrNi17).

Oțelurile pentru țevi se simbolizează OLT (ex: OLT35, unde 35 este rezistența la rupere în daN/mm2), iar

oțelurile aliate pentru țevi se simbolizează în funcție de conținutul mediu de carbon și cel al elementelor de

aliere.

18

18. TURNAREA IN FORME TEMPORARE CU PERETI GROSI

Formele temporare de turnare cu pereți groși sunt confecționate din amestec de formare(nisip de turnătorie, liant,

elemente de adaos).

Prezintă următoarele proprietăți: plasticitate (proprietatea amestecului de formare de a reproduce și a menține

configurația modelului sau a cutiei de miez);

- rezistență mecanică (proprietatea amestecului de formare de a rezista la solicitări de compresiune, forfecare,

încovoiere, tracțiune);

-refractaritate (proprietatea amestecului de formare de a rezista la temperatura de turnare a metalelor și aliajelor și

de a nu reacționa chimic cu acestea);

-durabilitate (proprietatea amestecului de formare de a-și păstra caracteristicile fizice la turnări repetate) și -

permeabilitate la gaze (proprietatea amestecului de formare de a permite gazelor să treacă prin masa lui). Părțile

componente ale unei forme temporare de turnare sunt:

1- cavitatea formei (spațiul în care se obține configurația exterioară a piesei turnate, prin solidificarea metalului

introdus, obținut cu ajutorul modelelor, care au configurația piesei și dimensiuni mai mari decât dimensiunile piesei

finite);

2-amestecul de formare; (este alcătuit din nisip, liant și elemente de adaos; îndesarea amestecului în forme se poate

realiza manual sau mecanizat (prin presare, scuturare, aruncare, etc.).

3.miezul (utilizat pentru realizarea orificiilor din piesa turnată, executat în cutii de miez, având configurația

corespunzătoare golului interior al piesei turnate);

4. maselota deschisă sau închisă (rezervor de metal topit, care se solidifică ultimul, compensând contracția piesei,

concentrând astfel retasura principală);

5.răcitori interiori sau exteriori (elemente metalice sau nemetalice, care măresc viteza de răcire a materialului

metalic topit în zona nodurilor termice, asigurând solidificarea dirijată sau simultană a piesei, împiedicând astfel

formarea retasurilor secundare);

6. rețeaua de turnare directă, indirectă sau cu atac lateral (ansamblul elementelor care servesc la introducerea

aliajului lichid în cavitatea formei);

7.canale de aerisire (executate cu o vergea metalică, în scopul creșterii permeabilității amestecului de formare);

8. rame de formare (cadre rigide sau demontabile, confecționate din lemn sau materiale metalice, folosite la

executarea și susținerea formelor temporare).

9.Piesa turnata.

- Procesul tehnologic de turnare în forme temporare cu pereți groși cuprinde următoarele etape:

realizarea formelor de turnare;

uscarea/întărirea formelor și miezurilor (pe cale fizică, prin uscare propriu-zisă, sau pe cale chimică, cu ajutorul

dioxidului de carbon, în cazul folosirii silicatului de sodiu ca liant);

turnarea materialului metalic în forme;

dezbaterea și curățirea pieselor turnate (maselotele și rețelele de turnare se îndepărtează prin lovire cu ciocanul,

tăiere cu fierăstrăul, cu jet de plasmă sau autogen, iar nisipul se îndepărtează de obicei prin sablare, bombardând

piesa cu alice din fontă sau oțel).

19. Turnarea în forme permanente dinamice (turnarea centrifugală) În timpul turnării și solidificării metalului topit, forma este antrenată în mișcare de rotație în jurul unei axe verticale

(turnarea centrifugală cu ax vertical) sau orizontale (turnarea centrifugală cu ax orizontal

Metalul turnat este proiectat de către forța centrifugă pe pereții formei aflată în mișcare de rotație și se solidifică,

generând astfel piesa turnată.

Metoda este folosită pentru obținerea pieselor tubulare, cu simetrie de rotație și goluri interioare, fără a utiliza

miezuri. Atât lungimea, cât și diametrul exterior al piesei turnate, depind de dimensiunile formei, în schimb grosimea

peretelui piesei depinde de cantitatea de metal topit introdusă în formă. Piesele cu înălțime mică și diametre mari

(bucșe, inele etc.) se realizează pe mașini de turnare centrifugală cu ax vertical, iar piesele lungi și groase, cu

diametre mici (conducte, cămăși pentru pompe, etc.) se realizează pe mașini de turnare centrifugală cu ax orizontal.

În cazul turnării materialelor metalice în forme permanente dinamice se realizează compactitatea peretelui piesei,

precizie ridicată a diametrului exterior, calitate bună a suprafeței exterioare, structura granulară fină a piesei turnate

datorită răcirii cu viteză ridicată, grosime neuniformă a pereților piesei.

19

20. Laminarea Laminarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică (la rece sau la cald), ce constă în trecerea forțată a

unui semifabricat metalic printre doi cilindrii care se rotesc în același sens, sau în sens contrar.

Principalele scheme de laminare sunt:

laminare longitudinală (fig. 9.4, a) - semifabricatul inițial, 1 (de obicei lingou cu lungimea l0, lățimea b0,

grosimea h0) se introduce între cilindrii 2 și rezultă în final produsul 3 cu dimensiunile l1, b1, h1;

laminare transversală (fig. 9.4, b) - semifabricatul plan execută o mișcare de avans longitudinal intermitent

(când se oprește execută mișcare de avans transversal).

laminare elicoidală (sau oblică) (fig. 9.4, c) - cilindrii laminorului au formă tronconică (dublă conicitate);

aceștia sunt înclinați cu un unghi α, pentru a antrena semifabricatul în timpul procesului.

În general, în timpul laminării se produce:

o micșorare a grosimii materialului: Dh = h0 - h1;

o creștere a lungimii materialului: Dl = l1 - l0;

o oarecare creștere a lățimii materialului: Db = b1 - b0.

Pe lângă modificarea formei, realizată pe cale pur mecanică, metalul este supus și unor modificări structurale,

evidențiate prin variația proprietăților mecanice.

Procesul tehnologic include următoarele operații de bază:

încălzirea lingourilor;

laminarea;

tăierea la lungime fixă;

înlăturarea eventualelor defecte.

Utilajul folosit se numește laminor. Cilindrii laminorului sunt confecționați din oțel turnat sau forjat, sau din fontă

albă, cu duritatea părții active (150 ÷ 800) HB. În general, pentru a realiza un anumit grad de deformare, se execută

de obicei mai multe treceri succesive ale semifabricatului printre cilindrii laminorului, după micșorarea prealabilă a

distanței dintre ei.

20

Produse obținute prin laminare, cu aplicabilitate mai largă:

bare cu diverse dimensiuni și secțiuni;

profile cu configurație simplă sau complexă;

table, benzi;

țevi, sârme;

produse speciale (arbori, etc.);

produse intermediare (realizate pe laminoare de mare putere):

- blumuri - sunt semifabricate cu secțiune pătrată (150 x 150) mm2… (400 x 400) mm2, destinate relaminării

sau forjării în piese;

-țagle - sunt semifabricate cu secțiune pătrată (40 x 40) mm2… (140 x 140) mm2, sau dreptunghiulară (140 x

35) mm2…(280 x 70) mm2, sau rotundă (diametrul 80…350) mm, folosite pentru relaminare sau forjare în piese;

- sleburi sau brame - sunt semifabricate cu secțiune dreptunghiulară având grosimea min. 80 mm, lățimea

(300…2000) mm, destinate relaminării (în table groase sau platbande, benzi) sau forjării;

- platine - sunt semifabricate cu secțiune dreptunghiulară având grosimea (6…30) mm, lățimea (150…400) mm,

destinate relaminării în pachete pentru obținerea tablelor subțiri.

Avantajele laminării:

productivitate ridicată;

se obțin profile a căror realizare prin alte procedee nu ar fi posibilă.

Dezavantajele laminării:

precizia dimensională și calitatea suprafeței sunt inferioare celor obținute prin alte procedee;

complexitatea mare a utilajelor folosite.

Extrudarea Extrudarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică (la rece sau la cald), ce constă în trecerea

semifabricatului metalic (supus unor forțe de compresiune aplicate cu ajutorul unui piston) prin orificiul calibrat al

unei matrițe.

Clasificarea procedeelor de extrudare. În funcție de sensul deplasării produsului extrudat, (ve), în raport cu sensul de deplasare al pistonului, (vp),

extrudarea poate fi:

extrudare directă (fig. 9.5, a);

extrudare indirectă (fig. 9.5, b);

extrudare mixtă sau combinată (fig. 9.5, c).

Etapele procesului tehnologic de extrudare:

pregătirea semifabricatului:

- debitarea (prin forfecare, strunjire);

21

-curățirea (degresare în soluții alcaline, decapare în soluție de acid clorhidric, spălare);

- depunerea purtătorului de lubrifiant, pentru menținerea lubrifiantului pe suprafața piesei (ex.: fosfatarea

suprafeței prin introducerea pieselor în băi slab acide de fosfat de zinc);

- lubrifierea cu lubrifianți solizi (var, talc, etc.);

extrudarea propriu-zisă;

aplicarea tratamentelor termice și executarea operațiilor finale (ex.: protecție anticorozivă); în general,

tratamentele termice pot fi:

- pregătitoare - aplicate pentru creșterea deformabilității materialelor semifabricatelor;

- intermediare - aplicate pentru restabilirea plasticității materialelor ecruisate după mai multe operații de extrudare;

- finale - aplicate pentru asigurarea caracteristicilor produselor extrudate.

Utilaje și scule folosite la extrudare:

utilaje: extrudarea se execută pe prese mecanice sau hidraulice;

scule: scula folosită la extrudare este alcătuită dintr-o matriță și un piston; în general, la o matriță pentru extrudare

se disting trei zone caracteristice (con de deformare, cilindru de calibrare și cilindru de ieșire - fig. 9.6, a); matrițele

sunt executate din oțel de scule sau aliaje dure (carburi metalice); forma pistonului este determinată de tipul

extrudării și de forma piesei (fig. 9.6, b).

Produse obținute prin extrudare, cu aplicabilitate mai largă:

profile pentru construcții metalice (ex.: corniere);

piese pentru construcția de mașini;

produse utilizate în construcții civile (ex.: tocuri de aluminiu).

Avantajele extrudării:


precizia dimensională și calitatea suprafețelor obținute sunt mai bune decât cele obținute în cazul laminării sau

forjării;

obținerea de profile complicate, mai ieftin decât cele laminate sau forjate;

economie de material, datorită adaosurilor mici de prelucrare, sau chiar a obținerii de produse finite.

Dezavantajele extrudării:

durabilitatea redusă a matriței, datorită solicitărilor mecanice și termice mari;

materiale extrudate: metale și aliaje neferoase, mase plastice (PVC).

Tragerea și trefilarea Tragerea este un procedeu de prelucrare prin deformare plastică la rece sau la cald, ce constă în trecerea forțată a

materialului printr-o matriță a cărei secțiune este mai

mică decât secțiunea inițială a semifabricatului, sub acțiunea unei forțe de tracțiune (tragere) (fig. 10.1).

22

Trefilarea este un procedeu de prelucrare prin deformare plastică la rece sau la cald, ce constă în trecerea

forțată a materialului printr-o filieră a cărei secțiune este mai mică decât secțiunea inițială a semifabricatului, sub

acțiunea unei forțe de tracțiune (tragere) (fig. 10.2). Procedeul este similar tragerii și este aplicat pentru obținerea

sârmei, iar forța de tracțiune este dezvoltată de toba pe care se înfășoară sârma obținută.

Etapele procesului tehnologic de tragere/trefilare:

pregătirea semifabricatului:

- curățirea de oxizi (pe cale mecanică, prin sablare, sau pe cale chimică

- prin imersarea semifabricatului în soluții acide);

- aplicarea purtătorului de lubrifiant, pentru menținerea lubrifiantului pe suprafața piesei (prin imersarea

semifabricatului în băi cu compoziție chimică adecvată; ex: pentru cuprare se folosesc băi de sulfat de cupru, pentru

fosfatare se folosesc băi de fosfat de zinc);

ascuțirea semifabricatului la unul din capete, pentru a putea trece prin matriță sau filieră (prin forjare sau

laminare);

lubrifierea semifabricatului, pentru micșorarea coeficientului de frecare (cu lubrifiant solid - ex.: var, talc sau lichid

- ex.: uleiuri minerale sau vegetale);

tragerea/trefilarea propriu-zisă;

aplicarea tratamentelor termice:

- înainte de prelucrare - aplicate pentru creșterea deformabilității materialelor semifabricatelor;

- intermediare - aplicate după fiecare trecere sau după mai multe treceri, pentru restabilirea plasticității

materialelor ecruisate;

- finale - aplicate pentru asigurarea caracteristicilor produselor obținute.

Utilaje și scule folosite:

utilaje:

- pentru tragere: banc de tragere;

- pentru trefilare: instalație de trefilare cu tambur (simplă - cu o singură filieră sau multiplă - cu mai multe

filiere, montate una după alta);

23

scule:

- pentru tragere: matriță (fig. 10.3, a);

- pentru trefilare: filieră (fig. 10.3, b).

Produse obținute, cu aplicabilitate mai largă:

prin tragere:

- bare trase dintr-un produs laminat la cald;

- profile simple și complexe;

- țevi cu pereți subțiri (trase din semifabricate tubulare);

prin trefilare:

- sârme.

Avantaje:

productivitate ridicată (viteză mare de tragere/trefilare);

precizie dimensională și suprafață netedă;

utilaje simple.

Forjarea Forjarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică la cald sau la rece, care constă în modificarea formei și

dimensiunilor semifabricatului inițial, fără fisurare macroscopică, sub acțiunea unor forțe statice sau dinamice

exercitate de prese sau ciocane.

Clasificarea forjării:

a) după numărul gradelor de libertate ale semifabricatului în timpul deformării:

forjare liberă - semifabricatul se deformează liber în spațiul dintre sculele de lucru (semifabricatul de deformează

nelimitat în spațiul dintre ciocan și nicovală);

forjare de profilare - sculele profilate restricționează deplasarea materialului după anumite direcții (deformarea

semifabricatului este limitată după anumite direcții);

forjare de matrițare (matrițarea) - semifabricatul este obligat să ocupe cavitatea unei matrițe (deformarea

semifabricatului este limitată după toate direcțiile, acesta fiind forțat să ocupe cavitatea unei matrițe);

b) după temperatura de deformare:

forjare la cald;

forjare la rece;

c) după viteza de deformare:

forjare cu viteză mare;

forjare cu viteză mică; d) după modul de deformare:

forjare manuală;

forjare mecanizată.

A. Forjarea liberă Forjarea liberă este operația de deformare plastică a metalelor și aliajelor, prin lovire sau prin presiune, între scule

24

plane sau profilate. Forjarea liberă constă în combinarea unor operații simple, numite și operații elementare sau game

de forjare, care se succed într-o anumită ordine, ce depinde de forma și dimensiunile piesei ce trebuie realizată.

Operații simple de forjare liberă: a) Refularea este operaţia ce constă în comprimarea unui semifabricat

în direcţia axei principale. Prin refulare se măresc dimensiunile secţiunii transversale ale semifabricatului, pe seama

micşorării înălţimii sale (fig. 10.4).

b) Întinderea este operaţia prin care se realizează mărirea lungimii semifabricatului, pe seama micşorării

secţiunii transversale. Întinderea poate fi simplă (fig. 10.5), cu lăţire, sau profilată.

c) Găurirea este operaţia prin care se realizează perforarea unui semifabricat cu ajutorul unui dorn plin

sau tubular; se realizează în mai multe faze, aşa cum se prezintă în figura 10.6.

25

d) Răsucirea este operaţia de prelucrare prin forjare liberă ce constă în rotirea unor părţi ale

semifabricatului în jurul axei longitudinale, cu un unghi a cărui mărime este determinată de forma şi configuraţia

piesei (fig. 10.7).

e) Lărgirea pe dorn este operaţia prin care se realizează mărirea diametrului interior şi exterior al unui

semifabricat inelar sau tubular, pe seama micşorării grosimii acestuia (fig. 10.8).

f) Întinderea pe dorn este operaţia care constă în modificarea diametrului exterior şi a lungimii unui

semifabricat tubular, sub acţiunea unor loviri succesive (fig. 10.9).

26

g) Tăierea prin forjare este operaţia de prelucrare prin forjare liberă, ce constă în separarea totală sau

parţială a unor bucăţi de semifabricat, în piese sau în semifabricate pentru alte procedee de prelucrare (fig. 10.10).

h) Îndoirea este operaţia prin care se realizează curbarea unui semifabricat după un contur determinat.

Îndoirea se poate realiza atât pe dorn, cât şi în matriţă (fig. 10.11, a, b).

Tehnologia de obținere a unei piese prin forjare liberă:

întocmirea desenului piesei forjate (pornindu-se de la desenul de execuție al piesei finite, se aplică acesteia

adaosurile de prelucrare mecanice și adaosurile tehnologice);

stabilirea dimensiunilor semifabricatului inițial; semifabricatele de pornire la forjare: lingouri, blumuri, brame, etc.;

alegerea succesiunii logice a operațiilor și fazelor de forjare;

alegerea utilajului de lucru;

alegerea și stabilirea sculelor de forjare;

27

forjarea propriu-zisă;

stabilirea operațiilor suplimentare (control, prelucrări prin alte procedee).

Scule și utilaje folosite la forjare liberă:

scule:

- nicovale, dornuri, dălți, etc.;

-dispozitive pentru susținerea și deplasarea semifabricatelor (clești de forjă, furci de răsucire);

- instrumente de măsură (compas, echer, șubler, etc.).

utilaje:

- ciocane (realizează deformarea prin lovituri repetate) – cu acționare pneumatică, cu abur, cu acționare mecanică, cu

acționare hidraulică;

- prese - cu acționare hidraulică, cu acționare mecanică, cu fricțiune.

Produse obținute prin forjare liberă, cu aplicabilitate mai largă:

piese cu secțiune simplă, de dimensiuni mari (arbori netezi, în trepte);

discuri pline sau perforate;

piese paralelipipedice, prismatice, etc.

21. Forjarea de profilare În cazul forjării de profilare, semifabricatele sunt deformate plastic între scule profilate și sunt transformate în piese

forjate, cu precizie mai bună decât în cazul forjării libere. Forjarea de profilare se numește și forjare de precizie.

Cele mai utilizate tehnologii sunt:

a) forjarea radială (fig. 10.12) - se utilizează pentru fabricarea pieselor cu secțiune constantă (ex.: bare, țevi)

sau variabilă (arbori în trepte). Procedeul constă în deformarea plastică a unui semifabricat cu ajutorul a (2...4)

ciocane, care acționează simultan după direcții opuse. Semifabricatul primește o mișcare de avans și o mișcare de

rotație, iar operația executată este o întindere.

b) forjarea roților dințate (fig. 10.13) - semifabricatul se încălzește la temperatura de deformare, cu ajutorul

unui inductor. Semifabricatul este danturat prin presarea lui între sculele (rolele) care îl antrenează totodată, pe

măsură ce acesta se deformează. Danturarea se realizează după (3…5) treceri (rotații) ale semifabricatului între scule.

c) forjarea arborilor cotiți cu fibraj continuu (fig. 10.14) - semifabricatul de pornire se obține prin forjare

radială, după care se strunjește pentru a obține treptele de diametre prevăzute în documentația tehnică. În timpul

procesului, se combină mișcarea de deplasare sub acțiunea forței F cu refularea simultană a celor două brațe, sub

acțiunea forței F1.

22. Matrițarea Matrițarea este procedeul tehnologic de deformare plastică la rece sau la cald a unui semifabricat, în cavitatea

profilată a unei scule de lucru numită matriță. În funcție de modul în care are loc deformarea plastică a materialului

metallic prelucrat, matrițarea se face:

a) matrițare în matriță deschisă (matrițare cu bavură) - materialul poatecurge în afara locașului matriței

Semifabricatul, debitat la dimensiunile necesare și încălzit la temperatura de deformare, se așează în locașul

semimatriței inferioare. El este lovit sau apăsat cu o forță crescătore ca intensitate de semimatrița superioară, sub

acțiunea căreia metalul se deformează până la umplerea locașului matriței. Materialul semifabricatului este

ștrangulat la ieșirea din locașul de matrițare (prin intermediul puntiței), pentru ca să asigure mai întâi umplerea

acestuia și numai după aceea este lăsat să curgă liber în canalul de bavură.

b) în matriță închisă (matrițare fără bavură) - materialul este obligat să ocupe integral cavitatea matriței.

c) Tehnologia matrițării:

debitarea semifabricatului, prin așchiere sau deformare plastică;

încălzirea semifabricatului la temperatura de deformare plastică;

matrițarea propriu-zisă;

executarea operațiilor complementare (debavurare, îndreptare pentru eliminarea defectului de la

debavurare, calibrare).

Scule și utilaje folosite la matrițare:

scule: matriță alcătuită din două părți (semimatrița superioară și semimatrița inferioară);

utilaje: ciocane, prese.

Avantaje:


28

precizie ridicată;

obținere de piese cu forme complexe.

Dezavantaje:

cost ridicat al matrițelor (confecționate din oțeluri speciale);

greutate limitată a pieselor ce pot fi matrițate;

procedeul se justifică pentru serii mari de piese.

d)

23. Sudarea prin topire cu arc electric și electrozi înveliți Procedeul de sudare manuală cu electrozi înveliți folosește ca sursă termică folosește ca sursă termică arcul

electric.

Arcul electric este o descărcare electrică stabilă într-un mediu gazos, ce se produce între doi electrozi, la

densități mari de curent și la presiune atmosferică (temperatura maximă atinsă în coloana arcului electric este de

(4500 ÷ 5000)˚C.

În timpul sudării, arcul electric arde între un electrod învelit și baia de metal lichid, formată în rostul dintre

piesele de sudat, prin topirea materialului de adaos și a marginilor materialului de bază.

Căldura degajată de arcul electric topește vergeaua metalică a electrodului și marginile materialului de bază,

formând în rostul dintre piesele supuse sudării o baie metalică; în urma solidificării băii metalice se formează

cusătura.

De asemenea, tot sub acțiunea căldurii degajate de arcul electric, învelișul electrodului se topește și se

descompune termic (ex.: ), formând:

gaze - împiedică baia de metal lichid să se contamineze cu elementele dăunătoare din atmosferă (ex.: O2, N,

etc.) și protejează baia de metal topit;

zgură lichidă - acoperă parțial baia metalică, protejând-o și în același timp permite desfășurarea reacțiilor

metalurgice favorabile, cum ar fi: dezoxidarea și alierea; crusta de zgură formată, după solidificare, acoperă

cusătura, protejând-o termic și chimic, micșorând viteza de răcire, diminuând astfel pericolul apariției fisurilor în

zona de sudare (CUS și ZIT).

În general, o cusătură este alcătuită din straturi (I, II…) și rânduri (1, 2…) (fig. 11.3, a). Atât rândurile depuse prin

sudare cât și cusăturile se caracterizează prin următorii parametrii geometrici: pătrunderea p, lățimea lc și

supraînălțarea h (fig. 11.3, b).

Tehnologia sudării manuale cu electrozi înveliți.

1. Analiza datelor de bază privind piesele ce trebuie sudate:

a) configurația lor geometrico dimensională (gabarit, grosime, formă);

b) compoziția chimică și caracteristicile mecanice ale materialului din care sunt confecționate piesele; c)

starea structurală în care se află materialul pieselor.

2. Stabilirea parametrilor de regim și a prescripțiilor tehnologice privind executarea operației de sudare,

astfel:

a) se adoptă tipul îmbinării, în funcție de poziția reciprocă a elementelor ce se sudează (îmbinare cap la

cap, îmbinare în colț) - tabelul 11.1;

b) se stabilește poziția de sudare, în funcție de posibilitățile de așezare ale pieselor în vederea sudării

(orizontală, în cornișă, pe plafon, verticală);

c) se adoptă forma și dimensiunile rostului ce trebuie realizat între piesele ce se sudează, în funcție de materialul

de bază și de grosimea pieselor.

29

d) se stabilește alcătuirea îmbinărilor sudate (număr de rânduri și de straturi) și se alege tipul și diametrul

electrozilor folosiți la sudare; trebuie respectate următoarele indicaţii:

pătrunderea unui rând - se alege p (2...5) mm;

diametrul electrozilor, de, se stabileşte, alegând dintre valorile standardizate ale diametrelor electrozilor, cel mai

apropiat de valoarea calculată cu relaţia:

d 1,5 √p [mm]; numărul de straturi din care se alcătuieşte cusătura, se stabileşte cu relaţia:

numărul de rânduri pe fiecare strat se adoptă astfel încât aria secţiunii unui rând să fie Sr (8..14)de;

tipul electrozilor se alege în funcţie de tipul metalului de bază, poziţia de sudare, tipul curentului de sudare, etc.;

e) se stabilesc condițiile pentru sudare (temperatura de preîncălzire, tratamentul termic post sudare, în funcție de

sudabilitatea metalului de bază). În funcţie de aceasta, trebuie determinate temperatura de preîncălzire şi parametrii

tratamentelor termice după sudare.

f) se alege sursa de curent pentru sudare, polaritatea (directă sau indirectă) și se stabilesc parametrii de regim

(intensitatea curentului de sudare, Is și tensiunea arcului electric, Ua); în acest sens, se calculează intensitatea

curentului de sudare, Is, în funcție de tipul oțelului.

g) se stabilește viteza de sudare în funcție de caracteristicile de depunere ale electrozilor înveliți.

h) se stabilesc prescripțiile tehnologice privind executarea sudării (amorsarea arcului electric, înclinarea

electrodului, deplasarea electrodului.

24. Sudarea si taierea cu flacără oxiacetilenică

Flacăra oxiacetilenică este flacăra rezultată în urma arderii în oxigen a acetilenei (temperatura maximă

atinsă este de cca. 30000C la (3…5) mm de capătul arzătorului pentru sudare). În funcție de raportul dintre debitele

de oxigen și acetilenă utilizate la formarea amestecului de gaze, flacăra oxiacetilenică se clasifică în:

flacără neutră (normală) - β = 1,1 ÷ 1,2 (utilizată pentru sudarea tuturor tipurilor de oțeluri și cuprului)

flacără carburantă - β = 0,7 ÷ 1,1(utilizată pentru sudarea aluminiului, fontelor și pentru încărcarea cu aliaje dure,.);

flacără oxidantă - β = 1,2 ÷ 1,5 (utilizată pentru sudarea bronzurilor și alamelor, etc.).

În funcție de sensul de deplasare al arzătorului și de poziția sârmei (MA) față de arzător în timpul formării cusăturii,

sudarea cu flacără oxiacetilenică se poate realiza:

spre stânga sau cu sârma înainte (fig. 12.1, a) - în timpul sudării, sârma din material de adaos se deplasează

înaintea arzătorului pentru sudare, flacăra fiind îndreptată către materialul de bază din zona nesudată (aplicată pentru

sudarea pieselor cu grosimi mai mici de 3 mm);

spre dreapta sau cu sârma înapoi (fig. 12.1, b) - în timpul sudării, sârma din material de adaos se deplasează în

spatele arzătorului pentru sudare, flacăra fiind îndreptată spre cusătura realizată (aplicată pentru sudarea pieselor cu

grosimi mai mari de 3 mm).

Flacăra oxiacetilenică, formată la ieşirea din arzătorul pentru sudare, este îndreptată spre rostul pieselor unde,

datorită temperaturii ridicate, topeşte marginile acestora şi capătul vergelei metalice, formând baia de metal lichid.

Prin deplasarea arzătorului şi a sârmei pe direcţia de sudare X, se crează condiţiile de solidificare a băii de metal

lichid şi se obţine cusătura (CUS). Pe lângă topirea celor două metale, flacăra oxiacetilenică are şi rolul de a proteja

baia de metal lichid de acţiunea nocivă a aerului,

prin împiedicarea contaminării acesteia cu elemente dăunătoare din atmosferă (O2, N2, etc.).

Regimul de sudare cu flacără oxiacetilenică se stabilește ținându-se cont de materialul piesei, forma și dimensiunile

ei, locul de amplasare și poziția acesteia în timpul sudării. Principalii parametrii de regim:

forma și dimensiunile rostului - se adoptă în funcție de grosimea piesei și de tipul îmbinării (cap la cap sau în colț);

materialul de adaos (vergea metalică) - se alege în funcție de compoziția metalului de bază (materialul piesei);

parametrii regimului de sudare: debitul de acetilenă, debitul de oxigen, viteza de sudare și unghiul de înclinare al

arzătorului;

becul de sudare - se alege în funcție de debitul de acetilenă utilizat.

25. Sudarea prin topire cu arc electric în mediu de gaz protector În funcție de natura electrodului, procedeele de sudare în mediu de gaz protector se împart în: A) procedee de

sudare în mediu de gaz protector, cu electrozi nefuzibili (ex.: sudarea WIG, etc.); B) procedee de sudare în mediu de

30

gaz protector, cu electrozi fuzibili (ex.: sudarea MIG sau MAG).

A) Sudarea prin topire cu electrod nefuzibil în mediu de gaz inert (sudarea WIG – wolfram inert gaz) În cazul sudării WIG, arcul electric arde între electrodul refractar (din wolfram pur sau aliat cu thoriu sau zirconiu) și

baia de metal topit, realizată în rostul dintre piesele ce se sudează. În timpul sudării, coloana arcului electric și baia

de metal lichid sunt protejate cu ajutorul unui gaz inert (Ar, He sau amestecuri de gaze inerte - ex.: Ar + He, Ar +

N2, etc). Baia de metal lichid este realizată fie integral din material de bază topit, fie cu contribuția unui material de

adaos topit dintr-o vergea (sârmă), prin introducerea acesteia în baia de sudare. Prin deplasarea pistoletului pe

direcția de sudare se creează condițiile de solidificare a băii de metal lichid și se obține cusătura, cu suprafața curată,

deoarece nu se formează zgură.

În cazul sudării WIG se parcurg aceleași etape ca la sudarea manuală cu electrozi înveliți, astfel:

se adoptă tipul îmbinării (cap la cap sau în colț);

se stabilește poziția de sudare (la sudarea manuală se adoptă orice poziție, la

sudarea mecanizată se preferă poziția orizontală sau în cornișă);

se adoptă forma și dimensiunile rostului (sunt standardizate);

se stabilește alcătuirea îmbinării sudate (număr rânduri, număr straturi);

deoarece se sudează piese cu grosime mică, îmbinările sudate sunt alcătuite dintr-un număr redus de rânduri și

straturi, astfel:

- dacă grosimea este sub 3 mm se sudează fără metal de adaos, cu un singur rând;

-dacă grosimea este cuprinsă între (3 ÷ 6) mm, se sudează cu unul sau două rânduri, cu sau fără metal de

adaos, cu rosturi în I;

- dacă grosimea este de (6 ÷ 10) mm, se sudează cu aport de metal de adaos, cu rosturi în V;

- dacă grosimea este de (10 ÷ 12) mm, se sudează cu aport de metal de adaos, cu rosturi în X.

se aleg materialele de sudare (electrozii refractari, gazul inert, sârmele din metal de adaos);

se aleg sursele de sudare.

Regimul de sudare se stabilește în funcție de tipul materialului ce se sudează. Principalii parametrii de regim sunt:

diametrul electrozilor, diametrul düzei ceramice a pistoletului, diametrul sârmei din material de adaos, intensitatea

curentului de sudare, tensiunea arcului electric și debitul de gaz.

- În cazul sudării MIG/MAG, arcul electric arde între o sârmă electrod din metal de adaos (pentru procedeul MIG

sârma electrod este identică cu materialul de bază; pentru procedeul MAG sârma electrod conține procente ridicate

de elemente dezoxidante (0,9 ÷ 1,2) % Si, (1,2 ÷ 2,5) % Mn și baia de metal lichid, realizată în rostul dintre piesele

ce se sudează prin topirea materialului de adaos și a marginilor pieselor. În timpul sudării, coloana arcului și baia de

metal lichid sunt protejate cu ajutorul unui gaz inert/activ (gaz inert Ar, He sau amestecuri de gaze inerte pentru

procedeul MIG; gaz activ - CO2 sau amestecuri de gaze: CO2 + Ar, CO2 + N2, etc. pentru procedeul MAG). Prin

deplasarea pistoletului pe direcția de sudare (manual sau mecanizat), se creează condițiile de solidificare a băii de

metal lichid și se obține cusătura. Caracteristicile mecanice ale îmbinărilor sudate și configurația lor geometrică sunt

influențate de modul cum se realizează, în timpul sudării, transferul metalului topit de pe vârful sârmei electrod în

baia lichidă, astfel: transfer pulveriform sau spray arc (pierderile de material de adaos prin împroșcare cu stropi sunt

minime, iar pătrunderea cusăturii este mare); transfer globular (pierderile de material de adaos prin împroșcare cu

stropi sunt mari iar pătrunderea cusăturii este mică); transfer cu scurtcircuit sau short arc (asigură o încălzire slabă a

pieselor ce se sudează și pătrunderi mici ale cusăturii). Regimul de sudare se stabilește în funcție de tipul materialului

ce se sudează. Principalii parametrii de regim: diametrul sârmei electrod, viteza de avans a sârmei electrod, debitul

de gaz inert/activ, intensitatea curentului de sudare, tensiunea arcului electric, viteza de sudare.

26. Sudarea prin presiune cap la cap, la rece Sudarea prin presiune cap la cap, la rece, se folosește pentru îmbinarea în capete a unor piese cu configurație simplă

(sârme, bare, țevi), confecționate din materiale având capacitate mare de deformare plastică la rece (aluminiu, cupru,

nichel și aliajele lor). Piesele de sudat sunt fixate în sistemul format dintr-un bac fix și unul mobil. Bacul mobil este

apropiat de cel fix, fețele frontale ale pieselor sunt aduse în contact, iar zona de sudare (situată între bacuri) este

supusă acțiunii forței axiale de compresiune. Are loc o deformare plastică a materialului din această zonă și se

declanșează procesele ce conduc la realizarea îmbinării sudate.

Parametrii tehnologici de bază ai procesului de sudare la rece, cap la cap, sunt: lungimea liberă a componentelor (în

afara bacurilor de fixare); presiunea de refulare (sudare); starea suprafețelor; temperatura (Ts ≤ Tr ; Ts = temperatura

de sudare; Tr = temperatura de recristalizare ≈ 0,4Tt ; Tt = temperatura de topire a materialului, în K).

Sudarea prin presiune cap la cap, cu încălzire electrică prin rezistenţă

31

Sudarea prin presiune cap la cap, cu încălzire electrică prin rezistenţă, se bazează pe încălzirea locală produsă prin

efectul Joule, la trecerea curentului electric prin piesele de sudat.

-Piesele de sudat sunt fixate în dispozitive de strângere (bacuri), răcite la interior cu apă. Bacul mobil permite

apropierea și apăsarea pieselor în timpul operației de sudare. Componentele de sudat sunt conectate la un

transformator de sudare, prin intermediul bacurilor.

-Variante tehnologice de sudare: sudarea la cald în stare solidă (aducerea pieselor în contact prin deplasarea bacului

mobil; preîncălzirea capetelor libere ale pieselor, prin punerea transformatorului sub tensiune; refularea capetelor

libere ale pieselor, prin mărirea forței axiale de compresiune; scoaterea transformatorului de sub tensiune); sudarea

cu topire intermediară (punerea transformatorului sub tensiune; preîncălzirea intermitentă a capetelor libere ale

pieselor, prin apropierea și depărtarea bacului mobil; topirea din capetele libere ale pieselor, prin deplasarea cu viteză

mică a bacului mobil, astfel încât să nu se realizeze un contact perfect între piese, pentru ca proeminențele

suprafețelor de contact să se topească treptat când se ating, datorită fenomenului de scurtcircuit; refularea capetelor

libere ale pieselor prin accelerarea deplasării bacului mobil; scoaterea transformatorului de sub tensiune); sudarea cu

topire directă (punerea transformatorului sub tensiune; topirea din capetele libere ale pieselor, prin deplasarea cu

viteză mică a bacului mobil, astfel încât să nu se realizeze un contact perfect între piese, pentru ca proeminențele

suprafețelor de contact să se topească treptat când se ating, datorită fenomenului de scurtcircuit; refularea capetelor

libere ale pieselor, prin accelerarea deplasării bacului mobil; scoaterea transformatorului de sub tensiune).

Sudarea în puncte

- Sudarea în puncte se folosește la realizarea de îmbinări prin suprapunere între piese plane: table, platbande.

- Piesele de sudat sunt apăsate cu o forță de către electrozii (cuiele de contact), racordați la secundarul unui

transformator de sudare. Electrozii sunt răciți la interior cu apă. După strângerea pieselor între electrozi, este transmis

un impuls de curent, prin punerea transformatorului sub tensiune, care topește piesele în zona de contact prin efectul

Joule al curentului electric, formând nucleul topit. După un timp, se scoate transformatorul de sub tensiune, se

întrerupe alimentarea transformatorului, iar nucleul topit se răcește și se solidifică, obținându-se un punct de sudură.

- Principalii parametrii de lucru: forța de apăsare, intensitatea curentului de sudare și durata impulsului de curent.

Sudarea în linie

- Sudarea în linie se folosește la realizarea de îmbinări prin suprapunere între piese plane. Se execută un șir de puncte

de sudură, individuale sau suprapuse parțial, ori o cusătură continuă, după o traiectorie rectilinie sau curbă.

- Mașinile pentru sudarea în linie au construcția asemănătoare cu a celor folosite la sudarea în puncte, singurele

deosebiri constând în folosirea unor role de contact, în locul cuielor de contact și existența unui mecanism ce

imprimă o mișcare de rotație acestor role.

- Principalii parametrii de lucru: forța de apăsare, intensitatea curentului de sudare și spațiul parcurs de piesele

antrenate de rolele de contact.

Sudarea prin presiune, cu încălzire prin frecare

- În cazul sudării prin presiune cu încălzire prin frecare, pentru activarea termică a zonei de sudare se utilizează

căldura rezultată prin transformarea energiei mecanice a forțelor de frecare dintre suprafețele de contact ale pieselor

ce se sudează, presate reciproc și aflate într-o mișcare relativă. Mișcarea relativă necesară generării căldurii de

activare se obține: rotind una din piesele de sudat; rotind în sensuri contrare ambele piese de sudat; rotind o piesă

ajutătoare între cele două piese de sudat; deplasând rectiliniu și alternativ una din piesele de sudat. Când etapa de

încălzire este finalizată se execută etapa de refulare.

27. Prelucrări prin așchiere executate pe strung - Prelucrarea materialelor prin așchiere constă în îndepărtarea de pe suprafața semifabricatelor, cu ajutorul sculelor

așchietoare, a unor așchii, în scopul obținerii formei, dimensiunilor și calității suprafeței cerute de desenul de

execuție.

- Procesul de așchiere se realizează datorită interacțiunii sculei așchietoare cu semifabricatul. Pentru ca scula să poată

desprinde un strat de material, trebuie ca între ea şi piesă să existe cel puţin două mişcări distincte şi anume: mişcarea

principală de aşchiere (care realizează procesul de desprindere a aşchiei de pe suprafaţa semifabricatului; mişcarea

principală este de rotaţie sau de translaţie şi se realizează cu o anumită viteză de aşchiere); mişcarea de avans (care

are ca scop aducerea unor noi straturi de material în faţa tăişului sculei, deoarece acesta nu poate cuprinde dintr-o

dată întreaga suprafaţă de prelucrat; mişcarea de avans se realizează cu o anumită viteză numită viteză de avans).

- Un alt criteriu important de clasificare al prelucrărilor prin așchiere îl constituie precizia prelucrărilor. Din acest

punct de vedere, prelucrările pot fi: de degroşare (de exemplu, strunjire, rabotare, găurire, etc.); de semifinisare (de

exemplu, strunjire, frezare, alezare); de finisare (de exemplu, strunjire, frezare, rectificare, alezare); de suprafinisare

(de exemplu, honuire, lepuire, lustruire, etc).

32

- Procesul de aşchiere este caracterizat de un ansamblu de parametrii, ale căror valori reprezintă regimul de aşchiere:

adâncimea de aşchiere (este stratul de metal măsurat perpendicular pe suprafaţa prelucrată, îndepărtat la o singură

deplasare a sculei în sensul mişcării de avans); avansul (este mărimea cu care se deplasează scula la o rotaţie

completă sau după o cursă dublă, în cazul în care mişcarea principală de aşchiere este de translaţie); viteza de

aşchiere (este viteza medie a mişcării principale de aşchiere, determinată la vârful sculei).

28. Prelucrări prin așchiere executate pe strung Principalele prelucrări prin așchiere executate pe strungul normal: strunjirea cilindrică exterioară (se aplică în special

la prelucrarea arborilor netezi sau în trepte); strunjirea suprafeţelor frontale (se execută cu avans transversal continuu,

prin prinderea semifabricatului în consolă sau între vârfuri); strunjirea cilindrică interioară (se aplică pieselor care au

o gaură realizată anterior, putându-se obţine diverse suprafeţe); strunjirea racordărilor, canalelor şi retezarea (se

realizează folosind cuţite cu cap îngustat şi de forme potrivite scopului urmărit, cu avans longitudinal, transversal sau

combinat); găurirea, lărgirea, adâncirea şi alezarea (se execută, în general, prin prinderea sculelor respective în pinola

păpuşii mobile, având mişcarea de avans, semifabricatul executând mişcarea de rotaţie); strunjirea conică (se poate

realiza prin mai multe metode, în funcţie de lungimea piesei, mărimea conicităţii şi suprafaţa pe care se execută);

filetarea (se poate realiza cu ajutorul unor scule speciale numite tarozi-pentru filete interioare și filiere-pentru filete

exterioare, sau cu ajutorul cuțitelor de strung).

29. Prelucrări prin așchiere executate pe mașina de rabotat Rabotarea este procedeul de prelucrare prin aşchiere realizat, cu cuțite de rabotat, pe maşini de rabotat, la care

mişcarea principală de aşchiere este rectilinie alternativă în plan orizontal, iar mişcarea de avans are un caracter

intermitent, realizată la sfârşitul fiecărui ciclu al mişcării principale.

Mașinile de rabotat pot fi cu cuțit mobil sau cu masă mobilă.

Cuţitele de rabotat prezintă aceeaşi geometrie şi aceleași unghiuri ca cele utilizate la strunjire, fiind însă mai

robuste decât acestea, deoarece lucrează în condiţii mai grele, pătrunderea în aşchie efectuându-se de fiecare dată cu

şoc.

Principalele prelucrări prin așchiere executate pe mașina de rabotat: a) Prelucrarea suprafeţelor plane orizontale:

la maşina de rabotat cu cuţit mobil (denumită şeping) scula aşchietoare execută mişcarea principală (rectilinie

alternativă în plan orizontal), iar semifabricatul (masa) execută mişcarea de avans intermitent f (

la maşina de rabotat cu masă mobilă (denumită raboteză) semifabricatul (masa) execută mişcarea principală, iar

scula aşchietoare (cuţitul), mişcarea de avans intermittent.

b) Prelucrarea canalelor dreptunghiulare (fig. 14.15) se realizează cu cuţite cu cap îngustat, la care

lungimea tăişului principal trebuie să fie egală cu lăţimea canalului, sau, în cazul în care lăţimea canalului este mai

mare decât lungimea tăişului, se execută mai multe treceri;

b) Prelucrarea canalelor dreptunghiulare (fig. 14.15) se realizează cu cuţite cu cap îngustat, la care lungimea

tăişului principal trebuie să fie egală cu lăţimea canalului, sau, în cazul în care lăţimea canalului este mai mare decât

lungimea tăişului, se execută mai multe treceri;

33

e) Prelucrarea suprafeţelor plane verticale se realizează cu ajutorul cuţitelor normale sau a cuţitelor de colţ,

înclinate cu (15…20)0 faţă de direcţia de avans;

d) Prelucrarea suprafeţelor plane înclinate se realizează fie prin înclinarea saniei port-cuţit cu unghiul

necesar, fie prin înclinarea semifabricatului cu ajutorul unui dispozitiv special.

30. Prelucrări prin așchiere executate pe mașina de frezat - Frezarea reprezintă procedeul de prelucrare prin aşchiere a materialelor, efectuat pe o maşină-unealtă denumită

maşină de frezat, cu ajutorul unei scule aşchietoare cu mai multe tăişuri (freză).

- Procesul de aşchiere prin frezare este caracterizat prin faptul că mişcarea principală de aşchiere este executată de

freză, iar mişcările de avans sunt executate de semifabricat.

- Principalele tipuri de prelucrări prin așchiere efectuate pe maşinile de frezat universale sunt: frezarea suprafeţelor

plane orizontale (efectuată cu ajutorul frezelor cilindrice sau cu capete de frezat, în cazul utilizării capului de frezat

vertical); frezarea suprafeţelor plane verticale (executată cu freze frontale şi cu freze cilindro-frontale, lucrând atât cu

partea cilindrică, cât şi cu cea frontală); frezarea suprafeţelor plane înclinate (realizată cu ajutorul frezelor unghiulare

sau cu freze frontale, înclinând semifabricatul sau înclinând capul de frezat); frezarea canalelor cu secţiune în coadă

de rândunică, triunghiulară, dreptunghiulară (executată cu freze corespunzătoare fixate, în arborele principal, sau

utilizând capul vertical de frezat); frezarea roţilor dinţate, frezarea canalelor elicoidale, frezarea profilurilor (se

realizează utilizând accesorii şi dispozitive speciale).

31. Prelucrări prin așchiere executate pe mașina de rectificat Rectificarea este o operație de mare finețe, realizată în scopul finisării suprafețelor, asigurând o înaltă precizie

dimensională şi de formă, precum şi o calitate superioară (rugozitate mică) a suprafeţelor prelucrate. Se execută pe

mașini de rectificat, cu turații mari și adâncimi foarte mici de așchiere, cu o sculă aşchietoare denumită piatră de

rectificat sau disc abraziv, constituită din granule abrazive, legate printr-un liant. Granulele abrazive sunt sfărâmături

de materiale dure cristaline, care, prin muchiile şi vârfurile ascuţite, prezintă proprietăţi aşchietoare. Pietrele de

rectificat se diferenţiază în funcţie de natura abrazivului, de granulaţia particulelor abrazive, de natura liantului, de

duritatea şi de forma geometrică.

În funcție de tipul prelucrării, maşinile de rectificat pot fi: maşini de rectificat rotund (exterior între vârfuri,

interior, fără vârfuri - exterior şi interior, universale); maşini de rectificat plan (orizontale cu masă dreptunghiulară,

orizontale cu masa rotativă, verticale cu masă dreptunghiulară, verticale cu masă rotativă, longitudinale); maşini de

rectificat speciale (pentru filete, profile, găuri de centrare, arbori canelaţi, roti dinţate).

Mișcarea principală este de rotație și o execută scula așchietoare. Tot scula poate executa și unele mișcări de avans.

Piesa execută restul mișcărilor de avans.

Principalele tipuri de suprafeţe ce se prelucrează prin rectificare sunt prezentate în continuare.

a) Rectificarea suprafeţelor cilindrice exterioare este realizată pe maşini la care piatra de rectificat execută mişcarea

principală I iar piesa, prinsă între vârfuri (centre), execută mişcarea de avans circular II.

Rectificarea între centre a suprafeţelor cilindrice exterioare se poate realiza în mai multe variante.

b) Rectificarea plană () se utilizează la prelucrarea suprafeţelor plane degroşate prin rabotare sau frezare şi la

prelucrarea directă a pieselor din materiale dure sau cu adaos mic.

c) Rectificarea suprafeţelor cilindrice interioare se poate executa în mai multe variante în funcţie de

configuraţia piesei şi cinematica maşinii-unelte. Se execută cu piesa fixă, iar piatra de rectificat execută mişcarea

principală în jurul axei proprii, mişcarea de avans circular, în jurul axei alezajului, avansul longitudinal şi avansul de

pătrundere).

34

32. Prelucrări prin așchiere executate pe mașina de găurit - Maşinile de găurit sunt destinate prelucrării găurilor în semifabricate, cu ajutorul burghielor, precum şi

prelucrării prin lărgire, adâncire, alezare, filetare, etc. a găurilor existente.

- Mișcarea principală (I) este de rotație și o execută scula așchietoare care execută și mișcarea de avans vertical

(II). Piesa este fixă.

- Găurirea (burghierea) - este procedeul prin care se execută găuri în materialul plin, cu ajutorul unei scule

aşchietoare numită burghiu (cu diametrul maxim de 80 mm).

- Lărgirea este procedeul de aşchiere, cu ajutorul unei scule aşchietoare numită lărgitor, constând în mărirea

diametrului găurilor, obţinute în prealabil prin turnare, forjare, matriţare şi mai rar prin găurire. - Adâncirea este

operaţia de execuţie, cu ajutorul unei scule aşchietoare numită adâncitor (teșitor), a unei găuri cilindrice sau conice,

la extremitatea unei găuri existente, coaxială cu aceasta.

- Alezarea este procedeul de prelucrare prin aşchiere, cu ajutorul unei scule aşchietoare numită alezor, a găurilor

la care se prescrie o precizie dimensională şi o calitate superioare ale suprafeţei. În general, alezarea este o operaţie

finală, de finisare a alezajelor.

- Lamarea este operaţia de prelucrare prin aşchiere, cu ajutorul unei scule aşchietoare numită lamator, a

suprafeţelor frontale ale găurilor, pentru a asigura perpendicularitatea suprafeţei frontale pe axa găurii. - Filetarea se

execută cu ajutorul tarozilor.

Copie Redus Tm

Documents

Transcript of Copie Redus Tm