3. PROPRIETĂŢI MECANICE

Proprietăţile mecanice ale metalelor arată modul în care metalele se comportă sub acţiunea diferitelor forţe exterioare la care sunt supuse.

Proprietăţile mecanice ale metalelor sunt următoarele:

a) Rezistenţa la rupere determină proprietatea corpului de a se împotrivi la acţiunea forţelor exterioare care tind sa-l distrugă. b) Elasticitatea este proprietatea metalelor de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale, după îndepărtarea forţelor care au produs deformarea.

c) Plasticitatea este proprietatea materialelor de a se deforma sub anumite sarcini, fără apariţia fisurilor în interiorul materialului.

d) Tenacitatea este proprietatea materialelor de a se rupe sub acţiunea sarcinilor, după deformaţii permanente vizibile.

e) Fragilitatea este proprietatea metalelor de a se rupe brusc sub acţiunea forţelor, fără apariţia deformaţiilor permanente.

f) Duritatea este proprietatea metalelor de a se opune pătrunderii unui corp de o duritate superioară, care nu capătă deformaţii permanente.

g) Fluajul este proprietatea metalelor de a se deforma lent şi continuu în timp, sub acţiunea unei sarcini constante; aceasta proprietate variază cu temperatura.

h) Rezilienţa este proprietatea metalelor de a rezista la şocuri (de a se opune la sarcini dinamice).

i) Rezistenţa la uzură este proprietatea metalelor de a se opune la acţiunea de distrugere prin frecare a suprafeţelor.

j) Rezistenţa la oboseală este proprietatea metalelor de a se opune la solicitări variabile repetate.

k) Relaxarea este proprietatea unor metale de a prezenta o scădere a tensiunilor, sub deformaţie constantă în timp.

l) Ecruisarea este proprietatea unor metale de a-şi mări rezistenţa datorită prelucrărilor mecanice.

PROPRIETĂŢI FIZICE

In tehnică trebuie să se ţină seama de aceste proprietăţi, alegându-se metale în funcţie de condiţiile de lucru, de legătura lor cu mediul înconjurător.

Principalele proprietăţi fizice ale metalelor sunt :

a) Greutatea specifică, este greutatea unităţii de volum dintr-un material.

b) Dilataţia termică, este proprietatea metalelor de a-şi mări volumul prin încălzire.

c) Contracţia este proprietatea metalelor de a-şi micşora volumul la răcire.

d) Conductivitatea termică este proprietatea metalelor de a transmite căldura.

e) Conductivitatea electrică este proprietatea metalelor de a conduce curentul electric între doua puncte din interiorul acestora, între care există o diferenţă de potenţial.

f) Capacitatea de iluminare este proprietatea corpurilor metalice de a emite radiaţii luminoase la o anumita temperatura de încălzire.

g) Magnetismul este proprietatea unor metale de a atrage bucăţi metalice de aceeaşi natură.

PROPRIETĂŢI CHIMICE

Proprietăţile chimice ale metalelor se referă la capacitatea lor de a rezista la acţiunea chimică a diferitelor medii active.

Principalele proprietăţi chimice ale metalelor sunt :

a) Rezistenţa la coroziune este proprietatea metalelor de a rezista la acţiunea agenţilor care acţionează asupra lor din punct de vedere chimic. b) Refractaritatea este proprietatea metalelor de a rezista la temperaturi înalte

PROPRIETĂŢILE TEHNOLOGICE

Proprietăţile tehnologice arată modul de comportare a materialului la diferite metode de prelucrare, la cald sau la rece.

Dintre proprietăţile tehnologice mai importante sunt:

a) -turnabilitatea, care se caracterizează prin fluiditate, contracţie şi tendinţă de segregare.

Fluiditatea este proprietatea unui metal de a umple bine o formă de turnatorie. Contracţia este proprietatea metalelor de a-si micşora volumul la răcire, după

solidificare. Tendinţa de segregare este proprietatea aliajelor de a prezenta neomogenitate

chimică în diferite zone ale piesei, după solidificare.

b) -capacitatea de prelucrare prin deformare plastică este proprietatea metalelor de a se deforma şi de a căpăta o forma nouă, sub acţiunea forţelor exterioare, fără a se rupe.

Capacitatea de prelucrare prin deformare plastică vizează două aspecte: - maleabilitatea, care este capacitatea metalelor de a fi trase în foi subţiri. - ductilitatea, care este proprietatea metalelor de a fi putea trase în fire subţiri.

c) - forjabilitatea este proprietatea metalelor de a prezenta o rezistenţă redusă la deformare, atunci când sunt lovite sau presate, la temperaturi cât mai joase. d) - sudabilitatea este proprietatea metalelor de a putea fi asamblate prin sudare.

Sudarea se poate realiza cu sau fără material de adaos.

e) - prelucrabilitatea prin aşchiere este proprietatea unui material de a putea fi prelucrat cu ajutorul sculelor prevăzute cu tăişuri (cuţite de strung, burghie, freze).

f) -călibilitatea reprezintă proprietatea unor materiale de a-şi mări duritatea, printr-o răcire bruscă a piesei încălzite la o anumită temperatură.

5. STRUCTURA CRISTALINĂ A METALELOR ŞI ALIAJELOR

Corpurile solide care se găsesc în natură se împart în corpuri cristaline, amorfe şi combinaţii ale acestora.

Materialele metalice (metale şi aliaje γ, indiferent de modul lor de obţinere, prezintă în stare solidă o structură cristalină, caracterizată prin aranjarearegulată a atomilor în spaţiu.

Reţeaua cristalină reprezintă un complex de atomi distribuit regulat în spaţiu. Convenţional, atomii sunt reprezentaţi prin centrul lor de greutate.

Dacă mai mulţi atomi α ioni γ se deplasează unul faţă de altul la o anumită distanţă de-a lungul unei linii se obţine un şir reticular; dacă deplasarea se produce după două direcţii se obţine un plan cristalografic (plan reticular); dacă deplasarea are loc după trei direcţii, dintre care cea de-a treia nu se găseşte în planul primelor două, se obţine o reţea cristalină α . Aceasta este alcătuită din paralelipipede elementare, numite celule elementare . La intersecţia liniilor paralele se obţin nodurile, care sunt ocupate de atomi (ioni).

Celula elementară reprezintă grupul minim de atomi, caracterizat prin simetrie cristalină şi prin a cărei repetare în spaţiu după cele trei direcţii conduce la formarea reţelei cristaline. Forma şi mărimea unei celule elementare este dată de lungimea laturilor a, b, c şi de mărimile unghiurilor α=β =ɤ; Laturile (muchiile) celulei elementare poartă numele de parametrii reţelei (constantele sau perioadele reţelei ). În funcţie de cele 6 mărimi caracteristice ale celulei elementare, cristalele existente în natură se împart în 7 sisteme cristaline (tab. I.2.1.) prezentând 14 tipuri de reţele cristaline (reţele Bravais), (fig. I.2.3.). De memorat schemele:

6. SISTEME CRISTALINE

Nr.crt.

Sistemul cristalin Lungimea laturilor şi mărimea unghiurilor

Reţeaua cristalină

1. Cubic a = b = c; α=β =ɤ = 90° Simplă (CS) cu volum centrat (CVC) cu feţe centrate (CFC)

2. Tetragonal a = b ≠ c; α=β =ɤ = 90° Simplă (TS) cu volum centrat (TVC)

3. Ortorombic a ≠ b ≠ c; α=β =ɤ = 90° Simplă (OS) cu volum centrat (OVC) cu baze centrate (OBC) cu feţe centrate (OFC

4. Romboedric (trigonal)

a = b = c; α=β =ɤ ≠ 90° Simplă (R)

5. Hexagonal a = b ≠ c; α=β = 90°ɤ = 120°

Simplă (H)

6. Monoclinic a ≠ b ≠ c; α=ɤ =90° ≠ β Simplă (MS) cu baze centrate (MBC)

7. Triclinic a ≠ b ≠ c; α≠ β≠ ɤ ≠90° Simplă (T)

Compactitatea reţelei cristaline Din categoria metalelor cuprinse în sistemul periodic, 15 metale au reţea C.V.C. (fig. I.2.4.), 15 metale au reţea C.F.C. αfig. I.2.5.) şi 25 metale au reţea H.C. (fig. I.2.6.), celelalte tipuri de reţele fiind mai rar întâlnite.

Compactitatea unei reţele cristaline poate fi caracterizată prin urmatoarele proprietati:

- coeficientul de compactitate (k)= raportul dintre volumul sferelor şi volumul total al reţelei. Acesta fiind totdeauna subunitar, compactitatea va fi cu atât mai ridicată cu cât valoarea lui k se apropie de unitate.

În spaţiile interstiţiale ale reţelei pot fi cuprinşi şi atomi străini cu raze atomice mici, fără ca prezenţa acestora să producă deformaţii ale reţelei. Astfel de atomi străini pot fi de hidrogen, azot sau carbon. Se observă că reţeaua CFC, deşi are o compactitate foarte mare şi volum liber mic, prezintă un mod de fragmentare al acestui volum liber avantajos dizolvării interstiţiale a atomilor străini. Această particularitate prezintă o importanţă deosebită în transformările de fază ce stau la baza tratamentelor termice şi termochimice aplicate oţelurilor.

PROPRIETATILE SISTEMELOR CRISTALINE:

Metalele care cristalizează în sistemul C.V.C . sunt caracterizate printr-o rezistenţă mecanică ridicată şi o plasticitate moderată (αV, Cr, Fe α, Nb, Mo, Ta, W). Metalele care cristalizează în sistemul C.F.C. se caracterizează printr-o ductilitate şi maleabilitate ridicată α Al, Cu, Ni, Ag, Ir, Pt, Au, Pb, Fe α). Metalele care cristalizează în sistemul H.C. au o plasticitate scăzută (α Be, Mg, Yn, Cd, Ti, Zrγ, , Nb, Mo, Ta, W).

7. IMPERFECŢIUNI ÎN CRISTALE

Orice abatere de la aranjarea regulată a atomilor în reţeaua cristalină se numeşte imperfecţiune (defect) cristalină.

De memorat schema:

Vacanţele reprezintă noduri neocupate de atomi (fig. I.2.10a).Vacanţele sunt în continuă mişcare în interiorul cristalului datorită agitaţiei termice şi se

realizează printr-o serie întreagă de permutări între o vacanţă şi un atom vecin. Sursele de vacanţe sunt regiunile din cristal unde densitatea atomică este mai redusă

(suprafaţa corpului metalic, limitele grăunţilor, dislocaţiile).

Atomii interstiţiali (fig. I.2.10b) numiţi şi atomi de pătrundere, ocupă poziţii în afara nodurilor reţelei şi provoacă deformarea reţelei cristaline din vecinătatea lor.

Atomii de substituţie (de înlocuire) (fig. I.2.10c) sunt atomi de un fel care înlocuiesc atomi de un alt fel; în acest caz se produce deformarea reţelei care depinde de diferenţa dintre diametrele atomice ale celor două feluri de atomi.

Defecte punctiforme complexe: - de tip Schottky (fig. I.2.10d1) ;

Defectul Schottky se formează în cristalele ionice şi constă în prezenţa unei perechi de vacanţe (o vacanţă anionică şi o vacanţă cationică).

- de tip Frenkel (fig. I.2.10d2). Defectul de tip Frenkel este caracteristic cristalelor ionice şi constă în trecerea unui atom în

poziţie interstiţială şi formarea unei vacanţe.

Vacanţele şi atomii interstiţiali constituie obstacole în calea deplasării electronilor sub influenţa unui câmp electric şi astfel, odată cu creşterea concentraţiei acestor defecte creşte şi rezistivitatea electrică a metalelor.

Atomii interstiţiali şi de substituţie se întâlnesc în mod obişnuit la metalele impure sau la aliaje. Toate defectele punctiforme determină deformarea reţelei cristaline, influenţând astfel proprietăţile mecanice ale materialelor metalice.

8. CURBA DE RĂCIRE a fierului α ,pe baza variaţiei în timp a temperaturii (fig. I.2.8.).

Se pun în evidenţă trei paliere:

- la 1538 °C când se produce cristalizarea primară a fierului, - la 1394 °C când se produce transformarea alotropică a fierului σ în fierul ɤ;- la 912 °C când are loc transformarea alotropică a fierului ɤ în fierul α.

Pe curba de răcire se observă şi o inflexiune la 770 °C, când are loc o transformare magnetică: fierul α, nemagnetic trece în fier α, magnetic.

Transformările care se produc în stare solidă se referă la cristalizarea secundară şi sunt: transformări de ordinul I ñ transformările alotropice ale fierului şi transformări de ordinul II ñ transformarea magnetică.

Temperaturile la care se produc transformările în stare solidă se numesc puncte critice, care se notează astfel: A4 - la 1394 °C; A3 - la 912 °C şi A2 - la 770 °C denumit punct Curie.

Punctele critice ale fierului prezintă valori diferite la încălzire (notate cu Aci) faţă de răcire (notate cu Ari), Diferenţa dintre valorile punctelor critice la încălzire şi la răcire poartă numele de histerezis termic, care este cu atât mai mare cu cât viteza de răcire este mai mare.

9. ALOTROPIA METALELOR

-alotropie sau polimorfism = proprietatea unor metale de a prezenta două sau mai multe reţele cristaline diferite, stabile la diferite temperaturi.

Diferitele reţele cristaline poartă numele de forme alotropice, iar trecerea de la o formă la alta se numeşte transformare alotropică (polimorfică).

Formele alotropice se notează cu α, β, ɤ, ş.a., atribuite în ordinea creşterii temperaturii. Formele alotropice diferă prin reţeaua lor cristalină şi ca urmare au proprietăţi. Transformările alotropice sunt reversibile.

Transformările alotropice ale metalelor prezintă o importanţă tehnică deosebită, deoarece aliajele acestor metale pot fi supuse unor tratamente termice variate, în urma cărora rezultă structuri ce pot prezenta unele proprietăţi fizico-mecanice deosebite.

Transformările alotropice sunt însoţite de modificări ale volumului specific, ca urmare a modificării compactităţii reţelei cristaline.

Alotropia fierului

Temperatura de topire a fierului este de 1538 °C. Importanţa practică cea mai mare o prezintă cele două forme alotropice: fierul α, cu reţea CVC şi fierul ɤ cu reţea CFC.

Având reţele cristaline diferite, acestea prezintă şi o solubilitate diferită a carbonului, aspect care stă la baza tratamentelor termice aplicate oţelurilor.

Urmărind variaţia cu temperatura a energiei libere specifice fiecărei forme alotropice α (fig. I.2.7.), se observă că de la 0 °C la 912 °C este stabil fierul α, care are energia liberă mai mică; între 912 °C şi 1394 °C este stabil fierul ɤ, cu energia liberă mai mică, iar între 1394°C şi 1538 °C este stabil fierul α de temperaturi înalte, denumit şi fier σ .

10. CONSTITUENŢII DE ECHILIBRU AI ALIAJELOR Fe-Fe3C

Proprietăţile diferitelor aliaje cuprinse în sistemul Fe-Fe3C depind de natura, ponderea şi proprietăţile diferiţilor constituenţi, care formează structura lor.

Constituenţii care apar în diagrama de echilibru Fe-Fe3C sunt: - ferita, - austenita, - cementita, - perlita - ledeburita.

a) -Ferita este o soluţie solidă de carbon în fierul α cu reţea cubică cu volum centrat (fig. I.4.3a),

motiv pentru care se mai numeşte şi soluţie solidă α. Deoarece fierul α dizolvă foarte puţin carbon (0,0218 % C la 727°C şi 0,006 % C la 20 °C) se apropie foarte mult de fierul tehnic (au proprietăţi asemănătoare), motiv pentru care se numeşte ferită.

Ferita este un constituent moale şi plastic. Ferita are punctul Curie la A2 = 770 °C.

b) -Austenita este o soluţie solidă de întrepătrundere a C cu fierul ɤ, cu reţeaua cubică cu feţe centrate, motiv pentru care se numeşte şi soluţie solidă ɤ. Austenita dizolvă 2,11 % C la 1148 °C şi 0,77 % C la 727 °C, fiind stabilă numai la temperaturi ridicate, peste 727 °C. Când aliajul conţine însă elemente de aliere, austenita poate să apară şi la temperatura ordinară.

Austenita este un constituent plastic, favorabil prelucrărilor prin deformare plastică la cald a oţelurilor. Are greutatea specifică mare şi este paramagnetică.

Reprezentarea schematică a celulei elementare de austenită este dată în figura I.4.3b. c)- Cementita, la microscop apare de culoare alb strălucitoare în cazul utilizării reactivului Nital. Din punct de vedere al formei sub care apare la microscop, se disting următoarele categorii de cementită:

- cementita aciculară (sub formă de cristale primare în fontele hipereutectice); - cementita sub formă de reţea (în oţelurile hipereutectoide); - cementita globulară sau grăunţoasă (în oţelurile hipereutectoide, în care reţeaua a fost

sfărâmată prin forjare sau tratament termic sau în oţelurile eutectoide în perlită); - cementită lamelară (în oţelurile eutectoide cu structură perlitică lamelară).

Cementita, fiind dură şi fragilă, determină creşterea durităţii şi rezistenţei, precum şi coborârea tenacităţii oţelurilor. Dintre aliajele Fe-C, fontele albe conţin cementită în cantităţi foarte mari, motiv pentru care fontele albe au secţiune de rupere de culoare albă strălucitoare şi sunt foarte dure şi casante.

d)- Perlita este un amestec mecanic eutectoid format din ferită (moale şi plastică ) şi cementită (dură şi fragilă), de aceea este dură şi plastică.

În structura perlitei, ferita şi cementita se află dispuse sub formă de lamele, de unde a rezultat şi denumirea de perlită lamelară. Cu cât aceste lamele sunt mai fine, cu atât proprietăţile perlitei vor fi mai ridicate. Atunci când cementita apare sub formă de globule în masa de ferită, amestecul se numeşte perlită globulară. Din punct de vedere magnetic perlita este feromagnetică deoarece, conţine ferită feromagnetică. e)-Ledeburita este formată din perlită şi cementită la temperatura mediului ambiant. Ledeburita este feromagnetică deoarece conţine perlită feromagnetică.

11. FORME DE SEPARARE ALE CARBONULUI ÎN ALIAJELE FE-C

Elementul principal de aliere al fierului este carbonul, care se poate separa sub două forme:

a)- carbon legat sub forma compusului finit numit cementită (carbură de fier), care corespunde echilibrului metastabil;

Cementita conţine de 6,67% C. Cementita prezintă proprietăţi metalice, luciu metalic, conductibilitate electrică.

Temperatura de topire se consideră a fi de 1227 °C. Ea se caracterizează prin duritate foarte mare şi fragilitate. Cementita are punctul Curie Ao = 230 °C. Cementita nu este un produs stabil, astfel că în anumite condiţii de temperatură se descompune

în atomi de Fe şi carbon liber (grafit): Fe3COO › 3Fe+C(grafit)

b)- carbon liber sub formă de grafit , corespunzător echilibrului stabil.

Carbonul liber sub formă de grafit se întâlneşte numai în structura fontelor cenuşii. Grafitul prezintă o reţea cristalină stratificată hexagonală simplă, în care straturile atomice

compacte ale reţelei cristaline sunt legate prin forţe Van der Waals, astfel că alunecarea între straturi se produce cu uşurinţă.

Grafitul are temperatură înaltă de topire, este refractar şi are rezistenţă scăzută.

CONSTITUENŢI STRUCTURALI ÎN ALIAJE Metalul pur are structura vizibilă la microscop formată din grăunţi alotriomorfi (fără simetrie exterioară). Dacă metalele cu reţea CFC sunt supuse prelucrărilor prin deformare plastică la rece şi apoi sunt recoapte, în structură se observă apariţia maclelor. Acestea eu aspectul unor benzi diferit colorate în raport cu restul grăuntelui, care străbat grăuntele de la un capăt la altul.

Soluţia solidă α poate fi: - neomogenă, care la microscop prezintă o structură dendritică εrezultată după turnare); - omogenă, a cărei structură poate conţine: - grăunţi alotriomorfi, după recoacerea de omogenizare; - macle, rezultate după deformarea plastică la rece şi recoacere.

Compusul apare la microscop sub formă de cristale idiomorfe (forme regulate).

Amestecul mecanic poate fi: - amestec mecanic eutectic, care se formează prin cristalizarea din topitură a două faze solide la temperatură şi compoziţie fixe; - amestec mecanic eutectoid, care se formează prin transformare în stare solidă, adică prin descompunerea unei solutii solide în alte două faze solide diferite de prima, la temperatură şi compoziţie fixe.

DOMENIUL OŢELURILOR CARBON ŞI AL FONTELOR ÎN DIAGRAMA FE-FE3C

În figura I.4.4 se observă că după conţinutul de carbon, aliajele se împart in două categorii: - oţeluri, care conţin până la 2,11≥C; - fonte albe (aspect argintiu al rupturii, determinat de prezenţa masivă a cementitei), cu un conţinut de carbon de la 2,11 până la 6,67≥C.

După conţinutul de carbon (în raport cu punctul eutectoid S), oţelurile se subîmpart în: - oţeluri hipoeutectoide, care conţin până la 0,77≥C şi la temperatura ambiantă prezintă o structură alcătuită din ferită şi perlită; - oţeluri eutectoide, care conţin 0,77≥C şi au o structură perlitică (la temperatura ambiantă); - oţeluri hipereutectoide, care conţin între 0,77 şi 2,11≥C şi a căror structură este formată din perlită şi cementită secundară (la temperatura ambiantă).

La rândul lor, după conţinutul de carbon (în raport cu punctul eutectic C), fontele se clasifică în : - fonte hipoeutectice care conţin între 2,11 şi 4,3≥C şi a căror structură este alcătuită din perlită, cementită secundară si ledeburită (la temperatura ambiantă); - fonte eutectice, care conţin 4,3≥C şi a căror structură este formată numai din ledeburită (la temperatura ambiantă); - fonte hipereutectice, care conţin între 4,3 şi 6,67≥C, având structura alcătuită din ledeburită şi cementită primară (la temperatura ambiantă).

15. CLASIFICAREA SI SIMBOLIZAREA OTELURILOR

1. Oţelurile de construcţie sunt destinate a fi utilizate în: - construcţii metalice; - construcţii mecanice, adică executarea de piese pentru diferite maşini, instalaţii,

utilaje, maşini unelte, automobile, etc. Cea mai mare parte a oţelurilor carbon de construcţie o reprezintă oţelurile de

construcţie cu destinaţie generală, care pot fi de două feluri: a)- oţeluri carbon obişnuite, b)- oţeluri carbon de calitate. a)- Oţelurile carbon obişnuite sunt folosite în mod curent pentru construcţiile metalice

sau piese de maşini mai puţin solicitate; în general nu se tratează termic. Simbolizarea acestor oţeluri se face prin două litere care indică: O-oţel; L-laminat (sau T-

turnat), urmat de două cifre, care indică rezistenţa minimă la rupere prin tracţiune [daN/mm2]; (Ex. OL32; OT40). b)- Oţelurile carbon de calitate se deosebesc de cele obişnuite prin faptul că prezintă

un conţinut mai scăzut de elemente dăunătoare (S şi P). Ele sunt folosite pentru confecţionarea de piese supuse la solicitări mai importante, inclusiv la şocuri. Acestea se tratează termic în mod curent pentru creşterea proprietăţilor.

Simbolurile acestor oţeluri cuprind: - grupul de litere OLC care indică oţel (O), laminat (L), de calitate (C); - grupul de cifre (10-60) care indică conţinutul de carbon în sutimi de procente (0,1-0,6%C); (Ex.: OLC10, OLC15, OLC20, OLC60 are un conţinut mediu de C = 0,6≥).

2. Oţelurile de scule sunt destinate sculelor necesare prelucrării metalelor prin aşchiere (cuţite de strung, freze, burghie, etc), sculelor pentru prelucrarea materialelor prin deformări plastice (matriţe, poansoane, filiere, etc) şi sculelor pentru efectuarea de măsurători (calibre). Oţelurile carbon de scule se subîmpart în: oţeluri carbon de scule cu destinaţie precisă şi oţeluri carbon de scule cu destinaţie generală. Oţelurile carbon de scule cu destinaţie generală se utilizează pentru executarea sculelor, precum: scule de aşchiere, scule folosite la deformări plastice (matriţe, poansoane) şi instrumente de măsură (calibre, etc). Oţelurile carbon de scule se tratează termic. Simbolul conţine un grup de litere ce are următoarea semnificaţie: O - oţel; S - scule; C -carbon; M -un conţinut mai ridicat de mangan, iar cifra indică conţinutul mediu de carbon, în zecimi de procente (Ex: OSC13, are un conţinut mediu de carbon de 1,3≥).

14. FONTE ALBE

Fontele albe au un conţinut de carbon mai mare de 2,11≥C, fiind situate în diagrama fier-cementită în domeniul din dreapta punctului E (2,11≥C), iar structura lor este indicată în câmpurile respectivei diagrame. În funcţie de poziţia lor faţă de punctul eutectic (C) se disting: - fontele albe hipoeutectice, cu conţinut de carbon variind între 2,11-4,3% şi cu structură formată din perlită, cementită secundară şi ledeburită; - fontele albe eutectice, conţinând 4,3≥C şi având o structură ledeburitică; - fontele albe hipereutectice, cu un conţinut de carbon între 4,3 şi 6,67≥C cu structura formată din ledeburită şi cementită primară. Proprietatile fontelor albe: În structura fontelor albe intră o cantitate mare de cementită, ceea ce face ca ele să fie foarte dure şi foarte fragile, motiv pentru care au o utilizare limitată în construcţia de maşini. Sunt utilizate fontele albe hipoeutectice în care nu apare cementita primară, ledeburita se găseşte în cantităţi mai reduse şi fragilitatea ridicată este atenuată de prezenţa perlitei; de ex. se foloseşte la executarea corpurilor de măcinare din morile de ciment pentru măcinarea klinkerului. Din fonta albă se toarnă piese care sunt supuse ulterior operaţiilor de maleabilizare, obţinându-se piese din fontă maleabilă.

16. FONTELE CENUŞII Explicarea formării structurii fontelor cenuşii, necesită utilizarea atât a diagramei fier-grafit cât şi a diagramei fier-cementită, deoarece carbonul se poate separa în ambele forme, atât sub formă de grafit cât şi sub formă de cementită. Microstructura fontelor cenuşii este formată din incluziuni de grafit înglobate intr-o masă metalică de bază. Proprietăţile fontelor cenuşii: Fonta cenuşie are masa metalică de baza formată din diferiţi constituenţi, în funcţie de condiţiile în care s-a format structura respectivă. Astfel, masa metalică de bază poate fi: - feritică, fonta numindu-se fontă cenuşie feritică; - ferito-perlitică, fonta numindu-se fonta cenuşie ferito-perlitică; - perlitică, fonta numindu-se fontă cenuşie perlitică; - perlito-cementitică, fonta numindu-se fontă cenuşie perlito-cementitică. a) Fonta cenuşie feritică este moale şi plastică, va prezenta o rezistenţă mai redusă şi o tenacitate mai bună. b) Fonta cenuşie ferito-perlitică va avea o rezistenţă şi o duritate mai ridicată decât fonta cenuşie feritică. Astfel, fontele feritice şi perlito-feritice se folosesc în construcţia de maşini pentru confecţionarea de piese puţin solicitate. c) Fonta cenuşie perlitică se caracterizează printr-o rezistenţă şi mai bună, din ea confecţionându-se: pistoane, cilindri, corpuri de mecanisme, etc. d) Fonta cenuşie perlito-cementitică are o duritate şi o rezistenţă la uzură superioare şi este utilizată pentru confecţionarea de piese solicitate la uzură (de exemplu segmenţi de piston). Simbolizarea fontei cenuşii cuprinde literele Fc, care indică fontă (F) cenuşie (c) urmată de trei cifre care indică rezistenţa minimă la rupere la tracţiune în N/mm2 . (Ex: Fc100 , semnifică o fontă cenuşie cu rezistenţa la rupere minimă de 100 N/mm2). Filamentele (lamelele) de grafit sunt discontinuităţi ale masei metalice, constituind zone de minima rezistenţă. La compresiune, caracteristicile au valori ridicate, deoarece depind de proprietăţile masei de bază. Fontele cenuşii sunt cele mai ieftine aliaje tehnice, se topesc şi se toarnă uşor, obţinându-se piese complicate care nu se pot realiza prin alte tipuri de prelucrări. Au capacitate mare de amortizare a vibraţiilor, rezistenţa bună la şocuri termice, proprietăţi lubrifiante bune, proprietăţi foarte bune de prelucrare prin aşchiere. Efectul cel mai nefavorabil îl exercită capetele ascuţite ale incluziunilor care provoacă efectul de crestătură în masa fontei, iar mai convenabila ar fi forma cu capetele rotunjite sau forma globulară (nodulară), întâlnite la fontele maleabile şi în fontele modificate.

17. FONTELE MALEABILE Acestea se obţin din fonte albe hipoeutectice (~ 3,2≥C) care se supun tratamentului termic numit recoacere de maleabilizare. Acesta constă în încălzirea la anumite temperaturi, menţinerea la respectiva temperatură şi răcirea ulterioară a fontei albe cu anumite viteze de răcire, astfel încât cementita se descompune ( Grafit3 CFe3CFe ), rezultând carbonul sub formă de grafit în cuiburi (grafit de recoacere). După încălzirea şi menţinerea la 1000-1050°C, dacă răcirea se face cu o viteza mai mare, transformarea eutectoidă se produce după sistemul Fe-Fe3C, obţinându-se perlită, respectiv fontă maleabilă cu inimă albă. După încălzirea şi menţinerea la 950-970°C, dacă răcirea se face cu o viteza mai mică, transformarea eutectoidă se produce după sistemul Fe-Gf, obţinându-se eutectoidul cu grafit, respectiv fontă maleabilă cu inimă neagră. Dezavantajul acestui tratament îl constituie lunga sa durată de obínere (100-120 ore). Simbolizarea fontelor maleabile se face astfel: F-fontă, m-maleabilă; a-albă; n-neagră sau p-perlitică, iar cifrele adăugate simbolului reprezintă rezistenţa la rupere prin tracţiune, exprimată în N/mm2. (Ex. Fma350 , Fma400 , Fmn300, Fmn320 , Fmn350 , Fmn370 , Fmp450, Fmp500 , Fmp700 ). Fontele maleabile se folosesc pentru executarea unor piese solicitate la sarcini statice apreciabile, precum şi la sarcini dinamice şi vibratorii cum ar fi: punţi spate pentru autovehicule, cârlige, coliere, bucşe, etc.

18. FONTE MODIFICATE CU GRAFIT LAMELAR La aceste fonte grafitul se găseşte sub forma de lamele mici şi numeroase, cu vârfurile rotunjite şi care sunt uniform repartizate în masa metalică de bază. Modificatorii utilizaţi sunt: Ca, Ba şi Sr. Proprietăţile mecanice prin această modificare cresc prin această intervenţie asupra structurii.

19. FONTE MODIFICATE CU GRAFIT NODULAR La aceste fonte, grafitul prezintă forma ideală de globule (sfere). Caracteristicile mecanice ale acestor fonte se apropie de cele ale oţelurilor şi pentru îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice, li se aplica tratamente termice specifice oţelurilor. Modificatorii utilizaţi sunt: Mg, Cs; se mai poate folosi Ca, Ba sau Ytriu. Pentru a nu se albi fonta, se adaugă ferosiliciu. După masa metalică de bază, fontele cu grafit nodular se împart în:

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

Simbolizarea fontelor cu grafit nodular se face cu literele Fgn urmate de trei cifre care indică valoarea rezistenţei minime la rupere la tracţiune Rm [N/mm2] şi de doua cifre care indică alungirea A≥; (Ex. o fontă cu grafit nodular cu Rm = 400N/mm2 şi A = 12≥ se notează cu Fgn 400-12).

20. OŢELURI ALIATE Oţelurile aliate sunt aliaje ale fierului cu carbonul, care pe lângă elementele însoţitoare aflate în cantităţi relativ reduse, conţin unul sau mai multe elemente de aliere (EA), care se găsesc într-o proporţie suficientă pentru a produce modificări sensibile ale proprietăţilor.

Prin aliere se urmăreşte îmbunătăţirea anumitor proprietăţi specifice, precum: rezistenţa la rupere, rezistenţa la curgere, duritatea, rezistenţa la uzură, alungirea la rupere, rezilienţa, mărimea grăuntelui austentic, călibitatea, sudabilitatea, prelucrabilitatea prin aşchiere, stabilitatea la temperaturi ridicate, rezistenţa la coroziune, ş.a.

Principalele elemente de aliere ale oţelurilor sunt: Si, Mn, Cr, Ni, Mo, V, W, Co, Cu, Al, Ti, Nb, Zr. După destinaţie, oţelurile aliate se clasifică in: - oţeluri de construcţie (pentru cementare, pentru îmbunătăţire, pentru rulmenţi şi pentru construcţii metalice); - oţeluri pentru scule (de aşchiere, de lovire-matriţare, pentru instrumente de măsură); - oţeluri cu proprietăţi fizico-chimice speciale (anticorozive, refractare, rezistente la temperaturi scăzute, cu proprietăţi electrice şi magnetice speciale).

Simbolizarea oţelurilor aliate :

a) -Oţelurile aliate de construcţie sunt simbolizate în marea lor majoritate, prin grupuri de litere şi de cifre, care indică principalele elemente de aliere, precum şi conţinutul de carbon şi cel al principalului element de aliere. Astfel, la începutul simbolului se notează prin cifre, conţinutul de carbon (în sutimi de procent), după care sunt notate prin simbolurile lor chimice, EA din compoziţia oţelului respectiv. EA principal, deci cel care se găseşte într-o cantitate mai mare şi influenţează într-o mai mare măsură proprietăţile, este notat ultimul, iar după el este înscris un nou grup de cifre care indică în zecimi de procent conţinutul mediu al acestuia; (Ex: 30MoCrNi20, simbolizează un oţel care are un conţinut mediu de 0,3≈ C, este aliat cu Mo, Cr şi Ni, Ni fiind prezent în oţel într-o cantitate medie de 2% ca EA principal. Când înaintea grupului de cifre care indică procentul de carbon, este notată litera T, aceasta arată că oţelul este turnat; (Ex: T36MoCrNi14, simbolizează un oţel turnat care are 0,3% C, 1,4% Ni şi mai este aliat cu Mo < 1% şi Cr < 1%.). Din categoria oţelurilor aliate de construcţie, oţelurile pentru rulmenţi, fiind oţeluri cu o destinaţie precisă, se simbolizează prin simbolurile RUL 1 şi RUL 2, la care 1 sau 2 reprezintă numărul mărcii. b) Oţelurile aliate pentru scule nu cuprind în simbol conţinutul de carbon; EA principal este notat ultimul în grupul de elemente de aliere, iar după el se notează grupul de cifre ce indică conţinutul mediu al acestuia în zecimi de procente. La aceste oţeluri, EA nu corespund întotdeauna cu simbolul chimic al elementului respectiv; astfel, se simbolizează prin: M-manganul, S-siliciul, C-cromul, N-nichelul, V-vanadiul, W-wolframul, Mo-molibdenul. (Ex: C120, indică un oţel de scule aliat cu crom într-o proporţie medie de 12≈; simbolul VCW85 indică un oţel de scule aliat cu vanadiu, crom şi wolfram, principalul element de aliere fiind wolframul într-o proporţie de 8,5≈. Excepţia de la regula de simbolizare prezentată o constituie oţelurile rapide simbolizate cu: Rp1, Rp2,Rp10, la care cifrele reprezintă nr. mărcii. c) Oţelurile cu proprietăţi fizico-chimice speciale.

- Cromul Cr, conferă rezistenţă la temperaturi ridicate şi rezistenţă la coroziune; astfel, oţelul 10MoCr50 este termorezistent, păstrând o rezistenţă ridicată până la cca 500 °C. Oţelurile cu peste 12% crom, care au un conţinut scăzut de carbon, se caracterizează printr-o rezistenţă ridicată la coroziune şi prin refractaritate. La peste 12% Cr, oţelul este practic inoxidabil. - Aliajele Fe-Ni , cu cca 35% Ni, sunt folosite pentru instrumente de măsurat, datorită coeficientului de dilatare foarte mic, iar aliajele cu 50-60% Ni (permalloy) sunt folosite înindustria electrotehnică. Oţelurile austenitice aliate cu cca 25≈ Ni, sunt folosite ca oţeluri nemagnetice pentru industria electrotehnică şi mecanică fină. - Elinvarul este un aliaj care nu-şi modifică modulul de elasticitate longitudinal până la 100°C; se utilizează la confecţionarea etaloanelor de măsură, a arcurilor, cronometrelor, ş.a. - Platinitul este un aliaj care prezintă acelaşi coeficient de dilatare termică cu al sticlei, motiv pentru care este utilizat la înlocuirea pieselor din Pt, care se asamblează cu piesele din sticlă din componenţa aparaturii fizice.

21. CUPRUL ŞI ALIAJELE SALE

Cuprul are o largă utilizare datorită conductibilităţii termice şi electrice ridicate şi rezistenţei bune la coroziune. Cu se topeşte la 1084˚C; prezintă reţea CFC; are rezistenţă la rupere la tracţiune mică (Rm=20-25 daN/mm2), alungire după recoacere de A = 30-35 % şi greutatea specifică γ=8,9 g/cm3 la 20˚C; conductibilitatea electrică ridicată (al doilea după Ag); este foarte plastic, deformându-se bine la rece şi la cald. După modul de obţinere, cuprul poate fi: cupru brut de convertizor; cupru electrolitic; cupru tehnic pur în scopuri electrotehnice; cupru de înaltă puritate chimică sau spectrală, obţinut prin topire zonară sau atmosferă de azot. Oxigenul provoacă fragilitatea cuprului cunoscută sub denumirea boala de hidrogen. Încălzirea în atmosferă reducătoare (H2, CO, CH4 etc.) face ca gazele să pătrundă în suprafaţa piesei din cupru formând vapori de apă care creează presiune şi provoacă fisuri în timpul prelucrării sau al exploatării (Cu2O + H2 H2O + 2Cu). În prezenţa aerului umed, se acoperă cu un strat de hidrocarbonat de cupru (cocleală) cu rol pasivizant. În prezenţa aerului uscat, se acoperă cu o peliculă aderentă de oxid cupros (Cu2O) cu rol de protecţie a metalului. Cu este atacat de HNO3, H2SO4 şi rezistă la acţiunea HCl diluat. Utilizările cuprului: se foloseşte foarte mult la fabricarea conductoarelor electrice şi la schimbătoare de căldură. În construcţia de maşini este foarte puţin folosit ca atare, din cauza rezistenţei şi a durităţii sale mici. Sunt mult folosite însă următoarele aliaje pe bază de cupru:

21.a. Aliajele Cu-Zn (Alame)

a) Alame obişnuite (simple) Alamele obişnuite sunt utilizate datorită caracteristicilor mecanice ridicate şi costului mai scăzut decât al cuprului; au o bună turnabilitate, o bună aşchiabilitate şi o bună rezistenţă la coroziune. Importanţă tehnică au numai aliajele cu până la 45˚ Zn. Alamele cu până la 39˚ Zn vor fi moi şi plastice, putând fi prelucrate prin deformare plastică la rece. Alamele cu până la 10˚ Zn sunt cunoscute sub numele de tombac roşu, cele cu 15-20˚ Zn, de tombac galben. Cele cu 30% Zn se prelucrează bine la rece. Alamele cu 40% Zn se prelucrează bine la cald. Alamele se caracterizează prin rezistenţă mare la coroziune, dar sunt şi cazuri când se corodează. Se pot produce două feluri de coroziune: fisurarea sezonieră şi coroziunea locală (pitting). Simbolizarea alamelor obişnuite se face prin notarea elementului de bază Cu, după care urmează simbolul elementului de aliere Zn şi grupul de cifre ce arată ˚Zn; (Ex: CuZn5, CuZn10, CuZn15, CuZn20, CuZn28, CuZn30, CuZn36, CuZn37, CuZn40, CuZn43.

b) Alame speciale Aceste alame se aliază cu Cu, Al, Mn, Si, Ni, Fe, Pb, Sn, cu scopul îmbunătăţirii anumitor proprietăţi ca: rezistenţa la oxidare la cald, rezistenţa la coroziune, valori mai ridicate ale rezistenţei şi tenacităţii. Plumbul îmbunătăţeşte prelucrabilitatea prin aşchiere, determină proprietăţi de antifricţiune. Aluminiul determină creşterea rezistenţei la rupere şi a durităţii, are o influenţă favorabilă asupra rezistenţei la coroziune la temperaturi înalte şi asupra stabilităţii structurii la temperaturi înalte. Siliciul determină reducerea creşterea rezistenţei la rupere şi a durităţii, dar şi a fragilităţii. Si asigură şi îmbunătăţirea sudabilităţii.

Staniul determină creşterea rezistenţei la coroziune în apa de mare, motiv pentru care se mai numesc şi alame marine. Nichelul determină creşterea accentuată a rezistenţei la coroziune la temperaturi înalte şi o creştere a rezistenţei la rupere fără a fi afectată plasticitatea αex. roţi dinţate, elice pentru nave etc). Alamele aliate cu peste 7% Ni sunt cunoscute şi sub denumirea de alpaca. Manganul determină creşterea rezistenţei la rupere şi limita de elasticitate a alamelor, precum şi rezistenţa la coroziune în mediul marin; se utilizează pentru executarea elicelor de nave. Alierea cu mangan scade însă sudabilitatea. Fierul determină o rezistenţă la rupere şi la uzare ridicate.

21.b Bronzuri a) Bronzuri obişnuite Bronzurile obişnuite sunt aliajele cuprului cu staniul. Importanţă tehnică au numai aliajele cu până la 25-30% Sn. Graniţa dintre bronzurile monofazice şi cele bifazice este situată la o concentraţie de cca 8% Sn. Bronzurile monofazice se prelucrează prin deformare plastică la rece şi reprezintă bronzurile obişnuite deformabile (Ex: CuSn2, CuSn4, CuSn6, CuSn8. CuSn4Pb4Zn4). Bronzurile deformabile pot fi durificate prin ecruisare, scăzând însă proporţional plasticitatea. Se obţin semifabricate de tipul tablelor, barelor, sârmelor sau ţevilor, din care se execută arcuri, membrane, piese conductoare, tuburi elastice pentru manometre, etc, care necesită elasticitate ridicată, o bună rezistenţă la coroziune şi proprietăţi paramagnetice. Bronzurile cu peste 10% Sn sunt utilizate ca aliaje pentru turnătorie (CuSn10, CuSn12, CuSn14). Sunt dure şi fragile, nu pot fi prelucrate prin deformare plastică la rece, au o bună rezistenţă la uzare şi un coeficient de frecare redus. Din astfel de bronzuri se execută prin turnare carcase pentru pompe, roţi dinţate, cuzineţi, ghidaje etc. După turnare, bronzurile obişnuite mono sau bifazice prezintă o structură neomogenă, caracterizată printr-o puternică segregaţie a elementelor, datorită intervalului mare de temperaturi în care se produce solidificarea. Eliminarea segregaţiei poate fi realizată printr-o recoacere de omogenizare, constând din încălzirea pieselor la 750-780˚C şi o menţinere la această temperatură timp de 5-6 h, după care se efectuează o răcire lentă. În cazul unor piese ce necesită proprietăţi antifricţiune (cuzineţi, bucşe, ghidaje) nu se recomandă aplicarea acestei recoaceri, deoarece prin dispariţia eutectoidului, proprietăţile antifricţiune scad. Caracteristicile mecanice ale bronzurilor obişnuite turnate în piese sunt prezentate în anexa 8. b) Bronzuri speciale Bronzurile speciale sunt aliaje ale cuprului cu Al, Pb, Si, Mn, Be şi se numesc bronzuri cu Al, bronzuri cu Pb, etc. Bronzuri cu Al Bronzurile cu Al prezintă proprietăţi mecanice superioare bronzurilor obişnuite şi sunt mai ieftine. Bronzuri precum CuAl5, CuAl8, CuAl8Fe3, CuAl9Mn2, CuAl10Fe3, CuAl10Fe5Ni5 sunt deformabile şi pot fi durificate prin ecruisare. Bronzurile cu conţinut mai ridicat de Al vor putea fi folosite numai pentru obţinerea de piese sau semifabricate turnate; (Ex: CuAl9T, CuAl10Fe3T, CuAl9Fe3T, CuAl9Fe5Ni5T, CuAl10Mn2T). Bronzurile cu Al sunt superioare celor cu Sn, din punct de vedere al proprietăţilor mecanice, tehnologice şi a rezistenţei la coroziune, însă inferioare în privinţa proprietăţilor antifricţiune. Bronzuri cu plumb Bronzurile cu Pb sunt sunt utilizate ca materiale pentru confecţionarea de lagăre de alunecare (CuPb25, CuPb20Sn5, CuPb15Sn8, CuPb10Sn10, CuPb7Zn3, CuPb5Sn10). Bronzuri cu siliciu Prin aliere cu 1,5-5% Si se obţin rezistenţe la rupere şi limite de elasticitate ridicate, se îmbunătăţeşte rezistenţa la coroziune. Se utilizează în special pentru piese ce lucrează până la temperaturi de 250˚C sau în medii corozive αapă dulce sau apă de mare). Bronzuri cu mangan Sunt caracterizate printr-o rezistenţă mecanică ridicată la temperaturi înalte (max. 400˚C), în medii corozive αrobineţi, supape de siguranţă, conducte de aburi, şuruburi, piuliţe, roţi dinţate etc).

22. ALUMINIUL ŞI ALIAJELE SALE Aluminiul În tehnică este utilizat Al de puritate tehnică (Ex. de mărci: Al99,8˚ - Al99,3%) şi Al pentru electrotehnică (AlE), Al de înaltă puritate pentru fabricarea aparaturii speciale şi a foilor pentru condensatoare electrice, precum şi Al extrapur în tehnica nucleară şi în tehnica semiconductoarelor. Aluminiul se caracterizează prin conductibilitate termică şi electrică mari, rezistenţă bună la coroziune, plasticitate ridicată şi rezistenţă mică la rupere. Al este utilizat în trei domenii: la obţinerea de folii metalice subţiri, a conductorilor electrici şi a pieselor cu rezistenţă înaltă la coroziune. Oxidarea iniţială duce la formarea unei pelicule aderente de Al2O3 cu o grosime de cca. 100 Ǻ, care are rol pasivizant şi poate fi distrusă la peste 900 K. Al rezistă la acţiunea HNO3 şi H2SO4 diluaţi şi este atacat de HCl diluat sau concentrat; Al nu rezistă la acţiunea săpunului, sodei caustice, a apei de mare. Al pur nu se prelucrează prin aşchiere datorită aderenţei la tăişuri, în schimb aliajele acestuia au o foarte bună prelucrabilitate prin acest procedeu. Aliajele de Al au o bună turnabilitate, dar prezintă sudabilitate scăzută (se sudează în condiţii speciale). Datorită rezistenţei mici la rupere sunt utilizate mai frecvent aliajele de Al, care se clasifică în aliaje deformabile şi aliaje pentru piese turnate.

21.a Aliaje de Al deformabile Principalele EA ale aliajelor de Al deformabile sunt Cu, Mg şi Mn , rezultând aliaje binare Al-Cu, Al-Mn, Al-Mg sau aliaje ternare Al-Cu-Mg, Al-Mn-Mg, sau aliaje polinare Al-Cu-Mn-Mg (duraluminiu). Aliajele nedurificabile sunt utilizate pentru semifabricate de tipul barelor, tablelor, profilelor şi ţevilor. Aliajele din sistemele Al-Cu, Al-Cu-Mg cu până la 5,7% Cu pot fi durificate prin ecruisare sau tratamente termice (călire pentru punere în soluţie şi îmbătrânire). Aliajele cu până la 30˚ Cu sunt aliaje pentru turnătorie, durificabile sau nu prin tratament. Aliajele Al-Mg-Si sunt dure şi a rezistente la uzare. Aliajele Al-Zn-Mg-Cu prezintă o rezistenţă ridicată la temperaturi mari, astfel încât sunt folosite şi pentru diverse piese ale motoarelor cu ardere internă.

21.b. Aliaje de Al pentru piese turnate Aliajele utilizate cel mai frecvent sunt: Al-Cu, Al-Si, Al-Mg şi Al-Zn. a) Aliajele Al-Cu pentru turnătorie pot fi durificate prin călire şi îmbătrânire. b) Aliajele Al-Si (siluminuri) sunt cel mai frecvent utilizate la turnarea pieselor (10-12% Si). Prin alierea siluminurilor cu Cu, Mg, Zn, Ni rezultă siluminurile speciale, care au o rezistenţă la rupere mai mare şi pot fi durificate prin tratament termic, concurând astfel cu fontele. c) Aliajele Al-Mg pentru piese turnate sunt foarte uşoare (Mg este mai uşor decât Al) şi au o rezistenţă foarte bună la coroziune în condiţii atmosferice. d) Aiajele Al-Zn pentru piese turnate au rezistenţă ridicată la temperaturi de 250-300˚C, astfel încât pot fi utilizate pentru piesele motoarelor de autovehicule (pistoane, chiulase, etc).

24. TRATAMENTE TERMICE APLICATE OŢELURILOR

Tratamentele termice pot fi grupate în cinci categorii: recoaceri, căliri, reveniri, tratamente termo-chimice şi tratamente termo-mecanice.

I. RECOACEREA-recoacerea obisnuita (completa);-recoacerea izoterma;-recoacerea de inmuiere (de globulizare);-recoacerea de normalizare;-recoacerea pentru omogenizare.

II. CALIREA-calirea obisnuita;-calirea in doua medii;-calirea in trepte;-calirea izoterma;-calirea sub 0° C;-calirea superficiala.

III. REVENIREA-revenirea joasa;-revenirea medie;-revenirea inalta.

IV. TRATAMENTE TERMOCHIMICE Tratamentele termochimice se clasifică în general după elementul de îmbogăţire superficială (tab.I.5.1).

PARTEA a II-a

37. PRELUCRAREA PRIN TRAGERE SI TREFILARE

Tragerea este procedeul tehnologic de deformare plastică care constă în trecerea forţată a semifabricatului (1) (bare, ţevi cu sau fără cusătură) prin orificiul unei matriţe (2) cu secţiunea mai mică decât a semifabricatului (fig. 3.11).

Prelucrarea semifabricatelor (bare, ţevi) cu diametre mai mari de 10 mm se face cu ajutorul matriţelor.

Trefilarea are principiu asemănător tragerii, doar că seobţin sârme cu diametru mai mic de 5 mm, pentru care sculele folosite se numesc filiere.

Scule utilizate Suprafaţa orificiului filierei (fig. 3.12a) şi matriţei (fig. 3.12b) are 60 - 65 HRC ce poate fi crescută prin cementare, căliri repetate, lustruire chimică.

Părţile componente ale filierei sunt:

1. con de intrare; 2. con de ungere; lubrifiantul folosit: praf de săpun, ulei de rapiţă; 3. con de lucru; l- lungime de reducere ;4. cilindru de calibrare, care asigură obţinerea dimensiunii sârmei; 5. con de degajare; 6. con de ieşire.

Matriţa cuprinde doar conul de reducere 1, zona cilindrică de calibrare 2 şi conul de ieşire 3, care are 60°.

38. MASINA DE TREFILARE

Pentru trefilarea sârmelor groase se foloseşte maşina de trefilat singulară (fig. 3.13), la care sârma de prelucrat sub formă de colac este introdusă pe toba (vârtelniţa) 1, trece prin baia de lubrifiant 2, prin filiera 3, înfăşurându-se apoi pe toba 4, con de degajare 5, con de ieşire 6.

39. TRATAMENTUL DE PATENTARE A SARMELOR

Pentru un conţinut de carbon mai mare de 0,25%, sârmelor li se aplică un tratament special numit patentare. Patentarea asigură cea mai bună combinaţie a rezistenţei cu ductilitatea, în cazul tragerii sărmei de oţel de arc cu conţinut ridicat de carbon.

Avantajele acestui procedeu de prelucrare sunt reprezentate de obţinerea unor dimensiuni precise, a unei foarte bune calităţi a suprafeţei, a unor suprafeţe ecruisate (de exemplu: sârme de arc).

40. TRAGEREA TEVILOR

Ţevile obţinute prin laminare sunt prelucrate prin tragere cu scopurile micşorării diametrului şi grosimii pereţilor; finisării dimensiunilor (obţinerea toleranţelor prescrise); ecruisării suprafeţelor.

Tragerea la rece se poate face:

a) fără dorn, pentru ţevi la care nu se cere o calitate deosebită la interior (fig. 3.14a); b) cu dorn scurt fix (fig. 3.14b) ; c) cu dorn scurt flotant (fig. 3.14c) ; d) cu dorn lung, pentru ţevi cu diametre mici; este asigurată calitatea la interior şi exterior (fig. 3.14d).

Prelucrarea cu dorn scurt se aplică ţevilor cu diametru mare, fiind asigurate atât calitatea la interior cât şi la exterior, dar având ca dezavantaj un consum mare de dornuri.

41. EXTRUDAREA Def: Extrudarea este procedeul de deformare plastică care constă în trecerea forţată a semifabricatului datorită unei forţe de compresiune, prin orificiul profilat al unei matriţe.

Avantaje ale acestui procedeu sunt: obţinerea de ţevi, bare, piese cu profile complicate din materiale cu plasticitate mică; precizie foarte mare de prelucrare, astfel încât nu se mai impun operaţii ulterioare de finisare. Dezavantajele sunt: durabilitate scăzută a matriţei, neuniformitatea deformaţiilor volumice.

42. TIPURI DE EXTRUDARE

a)- Extrudarea directă (fig. 3.15). Pentru scăderea forţei de deformare se recomandă extrudarea la cald şi se foloseşte ca lubrifiant praful de sticlă, cu care se acoperă materialul încălzit şi care se topeşte.

b)- Extrudarea indirectă (inversă). Se pot obţine piese tip bară (fig. 3.16a) sau tip ţeavă (fig. 3.16b).

c)- Extrudarea combinată (fig. 3.17): materialul se deplasează în amele sensuri simultan.

d)- Extrudarea laterală (fig. 3.18).

e)- Extrudarea prin explozie (fig. 3.19): aplicată materialelor cu plasticitate scăzută.

Tipuri de piese obtinute:

Prin extrudare se pot obţine: tuburi de Al pentru spray-uri, pastă de dinţi, şuruburi cu diferite forme ale capului, supape pentru motoare cu ardere internă, corpul metalic al bujiilor auto, şa. Pe acelaşi principiu se realizează acoperirea cablurilor ce lucrează în mediu coroziv cu manta de Pb sau aplicarea izolaţiei din diferite mase plastice, aplicarea învelişului electrozilor de sudură.

44. ETAPELE DEFORMARII LA MATRIȚARE

Def: Forjarea în matriţă (matriţarea) este procedeul de prelucrare prin deformare plastică la cald sau la rece, prin care materialul se deformează simultan în tot volumul cavităţii sculei numită matriţă, ce se caracterizează prin forma şi dimensiunile produsului. Semifabricatul supus forjării se deformează treptat până la stadiul de piesă finită, astfel că matriţele cuprind locaşuri de pregătire (fig. 3.4a), de prematriţare (fig. 3.4b), de matriţare finală (fig. 3.4c).

45. CLASIFICAREA MATRIŢELOR

- după forma cavităţii, matriţele pot fi simple (fig. 3.5a) sau duble (fig. 3.5b) - după construcţie, matriţele pot fi închise (fig. 3.5c) sau deschise (fig. 3.5d).

La matriţele închise este necesară determinarea foarte precisă a cantităţii de material supusă deformării, în timp ce la cele deschise, surplusul de material este împins în canalul de bavură. Tăierea bavurii se realizează cu ajutorul ştanţei pentru debavurare, la cald sau la rece, în funcţie de grosimea bavurii şi puterea utilajului. După matriţare şi debavurare se aplică o operaţie de calibrare, cu scopul creşterii preciziei formei şi dimensiunilor şi a calităţii suprafeţelor. Matriţa se montează pe o instalaţie de forţă precum: ciocan matriţor, presă cu excentric, presă cu fricţiune, presă hidraulică sau utilaj specializat (de exemplu, maşina de forjat orizontală).

48. PRELUCRAREA TABLELOR Def: Tablele sunt semifabricate laminate la care lungimea este mult mai mare decât lăţimea sau grosimea.

Clasificarea tablelor:

- după natura materialului: din Cu, Ol, Al, Zn, Am, ş.a.; - după grosime: - table subţiri , g < 4 mm; - table groase, g = 4 - 80 mm. - după lăţime: - table late cu lăţimea B = 1000 ñ 2000 mm; - table înguste, sub formă de platbande sau benzi cu B = 20ñ30 mm.

Tablele se utilizează în industria constructoare de nave, pentru învelişul corpului navei, punţi, suprastructuri, echipamente de bord, ş.a., în industria constructoare de maşini, de automobile, chimică şi alimentară, electrotehnică, ş.a.

Procedeele de prelucrare a tablelor se împart în:

- procedee de prelucrare prin tăiere; - procedee de prelucrare prin deformare; - procedee de prelucrare prin tăiere + deformare (combinate).

Piesele obţinute prin deformarea plastică la rece sau la cald a tablelor se caracterizează prin adaosuri de prelucrare mici sau fără adaosuri de prelucrare, astfel încât consumul de material este minim.

49. TĂIEREA CU FOARFECA CU LAME PARALELE Forfecarea este operaţia de tăiere efectuată după un contur închis curbiliniu sau rectiliniu realizate cu ajutorul a două lame prevăzute cu tăişuri. Aceste lame se montează pe instalaţii de forţă numite foarfeci. În cadrul procesului de forfecare semifabricatul trece prin fazele de deformare elastică, apoi plastică şi în final se rupe. Foarfeca cu lame paralele În fig. 3.20 este prezentată schema forfecării la foarfeca cu lame paralele şi s-au utilizat următoarele notaţii: 1 -lama mobilă; 2 -lama fixă; 3 -semifabricat; 4 -ghidaj. Acest tip de foarfecă se foloseşte la tăierea materialelor groase şi de lăţime mică.

50. TĂIEREA CU FOARFECA CU LAME ÎNCLINATE (GHILOTINA)

Foarfeca cu lame înclinate (ghilotina)

În fig. 3.21 este prezentată schema forfecării la foarfeca cu lame înclinate şi s-au utilizat următoarele notaţii: 1 -lama mobilă; 2- lama fixă; 3- semifabricat.

Foarfecele cu lame vibratoare reprezintă o variantă a foarfecelui cu lame înclinate.

51. FOARFECA CU CUŢITE DISC

Foarfeca cu cuţite disc

Există mai multe variante constructive ale acestor tipuri de foarfeci:

a)- cu o singură pereche de cuţite disc, cu axe paralele (fig. 3.22);

b)- cu mai multe perechi de cuţite disc, cu axe paralele;

c)- cu o singură pereche de cuţite disc, cu axe înclinate (fig. 3.23).

Pe schemele de tăiere cu foarfeca cu cuţite disc s-au utilizat următoarele notaţii: 1, 2 - cuţite disc; 3 -tabla. Aceste tipuri de foarfeci se utilizează la tăierea sub formă de benzi sau pentru obţinerea de semifabricate având orice formă a conturului. Dezavantajul prelucrărilor cu cuţite disc şi cu ghilotina îl constituie faptul că materialul se curbează astfel că este necesară aplicarea unor operaţii ulterioare de îndreptare, mai ales în cazul tablelor groase.

52. TĂIEREA PRIN ŞTANŢARE

Def: Ştanţarea (fig. 3.24) este operaţia de tăiere după un contur închis în urma căreia rezultă piesa sau deşeul.

Acest procedeu se caracterizează printr-o precizie ridicată (de formă, de suprafaţă, dimensională), productivitate mare, simplitate şi posibilitate de automatizare.

În fig. 3.24 s-au notat: 1-poanson, 2- placă, 3- banda de prelucrat, 4 - presa.

53. OPERATII DE ȘTANȚARE

a) decuparea; b) perforarea; c) crestarea (fig. 3.24), d) tăierea marginilor.

În fig. 3.26 s-au utilizat următoarele notaţii: 1 - poanson; 2 - element elastic; 3 - inel de reţinere; 4 - placă de tăiere; 5 - placă suport.

54. ÎNDOIREA ÎN V

Def: Îndoirea este operaţia de deformare plastică prin care se schimbă orientarea semifabricatului fără afectarea lungimii.

De memorat schema:

Părți componente: În cadrul procesului de îndoire în V semifabricatul 3 este deformat între poansonul 1 şi placa 2 (fig. 3.27).

55. ÎNDOIREA ÎN U

Îndoirea se realizează cu ajutorul ştanţelor pentru îndoire (fig. 3.27, fig. 3.28), care se montează pe prese de îndoit mecanice sau hidraulice. În cazul îndoirii în U (fig. 3.28), pentru a putea scoate piesa 5 din matriţa 2, aceasta este prevăzută cu un aruncător 3 acţionat de arcul 4.

De memorat schema :

56. PROFILAREA

Def: Profilarea este operaţia prin care se realizează îndoiri paralele cu muchiile longitudinale, obţinându-se profile de diferite forme (fig. 3.30).

Figura 3.30.Schema profilarii

De memorat schema :

57. CURBAREA PRIN PRESARE

Def: Curbarea este operaţia prin care dintr-un semifabricat plat se obţin semifabricate parţial sau total cilindrice, având axa paralelă cu muchia iniţială a semifabricatului.

a) Curbarea prin presare (fig. 3.29) se aplică semifabricatelor cu rază de îndoire mică.

De memorat schema :

b)- Curbarea prin laminare se poate aplica: - tablelor cu grosimi de peste 2 mm (fig. 3.31a) :

Fig.3.31De memorat schema :

- tablelor cu grosimi sub 2 mm (fig. fig. 3.31b), când semifabricatul este strâns între 2 cilindri, iar al treilea determină mărimea razei de îndoire, prin poziţionarea sa.

Prin această metodă se pot îndoi table cu grosimi de 1 ñ 20 mm şi lungimi de 6m, cu scopul oţinerii virolelor cilindrice (cazane, rezervoare). Se pot obţine şi virole conice, dacă valţurile sunt conice. Virola obţinută este scoasă datorită lagărului demontabil de la unul din capetele valţului rămas în interiorul piese.

Fig.3.31

De memorat schema :

c)-Curbarea cu role profilate permite obţinerea diferitelor nervuri (fig. 3.32).

De memorat schema :

58. AMBUTISAREA

Def: Ambutisarea este operaţia de prelucrare a tablelor prin deformare plastică prin care dintr-un semifabricat plan se obţine o piesă cavă (fig. 3.33) sau care constă din continuarea deformării semifabricatului cav în scopul scăderii diametrului şi creşterii înălţimii.

În schema de principiu a ambutisării din fig. 3.33, s-au notat următoarele părti componenete :- 1 = poanson; - 2 = inel de reţinere; - 3 = placa activă; - 4 = semifabricat; - 5 = piesă; - rp = raza de racordare a poansonului; - rpl = raza de racordare a plăcii de ambutisare; - F = forţa de ambutisare; - Q = forţa de reţinere.

Ambutisarea la cald se aplică tablelor groase de oţel (g > 6mm). Ambutisarea se realizează din semifabricate individuale sau din bandă obţinându-se tipuri de piese ca: scuturi pentru maşini electrice şi transformatoare, cutii, capsule, capace, ambalaje pentru industria alimentară şi chimică, rezervoare, bidoane, părţi componente ale caroseriilor auto, tractoarelor, maşinilor agricole, fuzelajului, articole de marochinărie, tuburi de cartuşe, ş.a.

31. PRELUCRAREA PRIN SUDARE

Def: Sudarea este procedeul prin care se realizează îmbinări nedemontabile ale materialelor metalice cu sau fără materiale de adaos, în anumite condiţii de temperatură şi presiune.

Sudura realizată se numeşte cusătură sau cordon de sudură (CS). Porţiunea din materialul de bază aflată în jurul cusăturii, care nu a ajuns în stare de topire, dar care a suferit transformări structurale datorită încălzirii puternice, formează zona influenţată termic (ZIT). CS împreună cu ZIT şi zonele învecinate acesteia formează îmbinarea sudată.

Def: Arcul electric reprezintă descărcarea electrică stabilă între 2 electrozi, într-un mediu gazos însoţită de dezvoltarea unei mari cantităţi de căldură şi lumină, căldură ce determină încălzirea şi topirea metalului.

Clasificarea arcurilor electrice:

- arc cu acţiune directă şi electrod nefuzibil; - arc cu acţiune directă şi electrod fuzibil; are cea mai largă utilizare; - arc cu acţiune indirectă.

Partile componente ale arcului electric AE:

Arcul electric ce ia naştere între electrozi este alcătuit din: - zona catodică, ce conţine electronii emişi de catod şi ionii ce vin din coloana arcului. Porţiunea redusă de pe suprafaţa catodului pe care se concentrează curentul electric se numeşte pată catodică. - coloana arcului, care cuprinde fenomenele de excitare, ionizare şi recombinare însoţite de o mare luminozitate. -zona anodică, în care intră electronii din coloana arcului şi care cedează energia lor anodului, astfel că temperatura acestuia este mai ridicată decât a catodului. Zona pe care se concentrează aceşti electroni se numeşte pată anodică.

Tipuri de polaritati:Sudurile se pot efectua: - în curent continuu cu polaritate directă , atunci când electrodul este legat la catod şi piesa de sudat la anod. - în curent continuu cu polaritate inversă, atunci când electrodul este legat la anod şi piesa de sudat la catod.

- în c.a. AE este puţin stabil deoarece curentul îşi schimbă periodic sensul (ceea ce face ca anodul şi catodul să-şi schimbe reciproc rolurile ( trecând prin zero, ceea ce conduce la stingerea acestuia).

32. SUDAREA CU ARC ELECTRIC DESCOPERIT ŞI ELECTROD INVELIT

Principiul procedeului : Baia de metal topit (BMT) 7 conţine atât metal de bază (MB) din piesa 6, cât şi picături 5 din vergeaua metalică a electrodului 4 (fig. 4.2). Învelişul electrodului 3 capătă forma unei pâlnii care dirijează gazele generate şi vaporii supraîncălziţi sub forma unui jet. Acest jet de gaze are rolul de a omogeniza BMT, de a creşte adâncimea BMT şi de a o proteja de acţiunea O2 şi N2 din aer. La suprafaţa BMT se ridică un film de zgură (1) lichidă, care se va solidifica protejând termic şi chimic cusătura 8. Zgura conţine oxizi şi alte impurităţi care constituie produşii reacţiilor ce au loc la temperatura arcului electric.

Procese fizico-chimice din arcul electric Temperaturile mari şi volumul redus al BMT determină evaporări parţiale ale unor metale sau altor componenţi, iar solidificările relativ rapide ale BMT conduc la obţinerea unor structuri în afara echilibrului. La oţelurile cu conţinut redus de carbon sau oţelurile Cr-Ni temperatura BMT este peste 1500°C, iar la 5-6 mm de marginea ei se înregistrează 200°C, ceea ce explică existenţa unei zone influenţată termic ≈ZITα pusă în evidenţă între CS şi MB. În atmosfera AE şi în BMT au loc următoarele reacţii: a) O2 şi N2 din aer, precum şi H2 din umezeala electrozilor (sau MB), rugină sau urme de grăsimi, disociază la temperaturile mari ale AE absorbind din căldura acestuia, pe are o vor ceda metalului rece, moment când atomii se vor recombina; b) Temperaturile ridicate determină vaporizarea unor metale şi substanţe provenite din învelişul electrozilor sau fluxuri; c) O2 reacţionează cu Fe obţinându-se oxidul feros, care trece în BMT înrăutăţindu-i proprietăţile, în special de tenacitate ; d) Oxidul feros recţionează cu C obţinându-se CO, care determină apariţia porozităţilor; e) Oxidul feros recţionează cu Mn şi Si aflate în învelişul electrozilor, rezultând Fe care rămâne în BMT şi oxizii de Mn şi Si care trec în zgură; f) N atomic reacţioneză cu Fe obţinându-se azoturi, care scad plasticitatea, dar cresc rezistenţa şi duritatea; g) H2 rămas în CS generează defectul numit "fulgi", care produc fisuri întârziate în piesele supuse la tracţiune, urmate de ruperi. În concluzie, este foarte importantă protejarea BMT de acţiunea aerului, fie prin utilizarea învelişurilor sau fluxurilor ce conduc la obţinerea zgurii, fie prin folosirea gazelor protectoare precum Ar, He.

33. TEHNOLOGIA SUDĂRII MANUALE CU ARC ELECTRIC

Etape tehnologice de realizare a sudurii cu arc electric:

1. precizarea condiţiilor şi regimului de sudare. Astfel în funcţie de dimensiunile şi natura materialului se stabilesc tipul cusăturii, nr. de straturi, poziţia de lucru, tipul şi dimensiunile electrozilor, parametrii regimulul de sudare (curentul, tensiunea, viteza de sudare);

2. pregătirea pieselor pentru sudare. Se prelucrarează marginile pieselor prin tăiere cu flacără, aşchiere, polizare; se aplică puncte de sudură din loc în loc pentru menţinerea poziţiei dintre piesele sudate ≈rostuluiα urmate de realizarea sudării;

3. executarea sudurii. Se reglează sursa conform regimului ales şi se conectează prin cabluri, cleme de legătură la piesă şi prin portelectrod la vergeaua de MA. Se amorsează AE prin menţinerea perpendiculară a electrodului pe piesă în apropierea rostului, după care acesta se deplasează în rost realizându-se sudarea.

Tipuri de suduri:

În cazul sudurii cap la cap, în secţiune transversală, electrodul se menţine perpendicular pe BMT.

În cazul sudurii de colţ a două piese de grosimi egale, în secţiune transversală, electrodul se menţine în planul bisector al pieselor. În secţiune longitudinală, se pune în evidenţă ununghi de 25 - 30° pe care-l face elecrodul cu verticala.

Pentru obţinerea unui CS este necesar ca electrodul să efectueze trei mişcări (fig. 4.3): I - mişcarea de avans către baia de metal topit, pentru menţinerea constantă a

lungimii AE; II - mişcarea de avans în lungul rostului, pentru obţinerea CS pe toată

lungimea; III - mişcarea transversală, pentru obţinerea lăţimii CS. Mişcarea III în varianta a) se aplică pieselor cu grosimi medii, în varianta b)- pieselor de

grosimi mari şi varianta c) - pentru încălzirea suplimentară a piesei din stânga de grosime mai mare decât cea din dreapta.

În cazul sudurii în jgheab sau a celor de încărcare, în secţiune electrodul se menţine în planul bisector format de suprafeţele pieselor, în cazul primei treceri, sau format de suprafaţa piesei şi primul strat, în cazul celei de a doua treceri. În vedere laterală electrodul formează 25 - 30° cu verticala, la prima trecere, în timp ce pentru sudurile de încărcare acesta se menţine în planul bisector al unghiului format de suprafaţa piesei şi primul strat.

În cazul sudurilor în plan vertical pe direcţie orizontală, piesa superioară 1 are marginile prelucrate (fig. 4.4) în timp ce piesa inferioară 2 se lasă cu maginile neprelucrate pentru a constitui baza pentru baia de metal topit.

Sudurile în plan vertical pe direcţie verticală care se realizează de jos în sus au avantajul că porţiunea de jos a cordonului care s-a solidificat va constitui baza pentru baia de metal topit ce se va forma. Electrodul se va poziţiona totdeauna în planul bisector.

La sudarea pe plafon (sau peste cap) electrodul formează cu verticala 25 - 30° în sensul de avans al electrodului.

În fig. 4.5 sunt prezentate scheme de sudare ale tablelor în funcţie de lungimile lor; pentru a) şi b) s-au notat cu 1 -punctul de începere a sudurii şi cu 2 -punctul de sfârşit al cordonului de sudură; pentru c) şi d) s-a notat ordinea de abordare a treptelor;

-fig. a) corespunde unor lungimi maxime ale tablelor de l max = 300 mm; -fig. b) table cu l max = 500 mm; -fig. c) table cu l max > 1000 mm şi grosimi mari;- fig. d) table cu l max > 1000 mm şi grosimi mici.

În cazul sudurii ( cusăturii) în V (fig. 4.6) , primul rînd este filiform şi se aplică la vârful cusăturii, după care se înlătură stratul de zgură cu ciocanul şi dalta pentru a putea amorsa arcul electric pentru trecerea următoare.

Celelalte rînduri se execută cu oscilaţii transversale şi se recomandă a fi înguste deoarece au o granulaţie mai fină, conferind tenacitate CS. Straturile se aplică în ordinea pezentată în fig. 4.6, rădăcina sudându-se la urmă pe partea opusă crestăturii.

În cazul sudurii în X, straturile se aplică alternativ (fig. 4.7) pentru a evita deformarea pieselor datorită tensiunilor ce iau naştere în cordonul de sudură.

I. Sudarea cu arc electric în atmosferă de gaze protectoare

Utilizarea acestor atmosfere se face cu scopul protejării, în general, a BMT de acţiunea oxigenului şi azotului din aer.

1. Sudarea în atmosferă de gaze inerte Procedeul constă în acoperirea BMT cu gaze inerte ca Ar, He, care nu au nici o acţiune chimică asupra acesteia şi care protejează cusătura de acţiunea O2 şi N2 din atmosferă.

a) Procedeul WIG (TIG sau argonare) (fig. 4.9): Arcul electric ia naştere între electrodul nefuzibil de ≈tungstenα W ≈1α şi piesa 2. Este necesară utilizarea vergelei 3 de material de adaos, care este identic cu cel de bază. Se lucrează cu polaritate directă. Metoda se aplică la sudarea pieselor cu pereţi subţiri din oţeluri inoxidabile, Al, Cu, Ni, Ti, Zr, Nb, Be si aliajele acestora. b) Procedeul MIG (fig. 4.10). Electrodul (1), sub forma unei sârme neînvelite şi de acelaşi fel cu materialul de bază, este antrenat către BMT de rolele 3. Ghidajul tubular 4 joacă rol de contact electric. Se lucrează cu polaritate inversă. Ambele procedee fiind scumpe se sudează numai piesele importante. 2. Sudarea CO2 (MAG) CO2 este un gaz protector care reacţionează cu BMT, motiv pentru care procedeul se numeşte ămetal activ gază. Schema de principiu este identică cu cea de la MIG, cu deosebirea că gazul protector este CO2. Metoda se caracterizează printr-o mare productivitate fiind aplicată oţelurilor carbon sau celor slab aliate.

II.Sudarea în baie de zgură

Permite sudarea economică a pieselor cu g = 40 - 1000 mm, cu depunere până la 300 kg metal/oră, la un singur electrod. Iniţial se amorsează un arc asemănător sudării sub strat de flux, iar pe măsură ce se formează BMT arcul electric se va stinge, iar căldura va fi asigurată prin efect Joule-Lenz, datorat creşterii rezistenţei electrice la trecerea curentului prin topitură. Zgura are temperatura mai mare (1900°C la oţel) decât a BMT (1700°C la partea superioară, 1450 °C la partea inferioară, unde începe cristalizerea CS).

Începutul procesului are loc în plăci de forma unor buzunare, care se ataşează la partea inferioară a cusăturii şi se îndepărează la sfârşitul sudării. Sârmele trec prin ghidajele pentru conducerea curentului şi se topesc în baia de zgură, participînd astfel la formarea BMT împreună cu metalul de bază (se topeşte datorită temperaturii zgurii) şi care după răcire devine cusătură. BMT este delimitată lateral de patinele din Cu răcite cu apă, care urcă automat cu topirea metalelor. După efectuarea sudurii este obligatorie aplicarea tratamentului de normalizare.

34. SUDAREA PRIN TOPIRE CU FLACĂRĂ OXIACETILENICA Flăcări de sudare Flacăra rezultă din arderea combustibililor gazoşi sau a vaporilor de hidrocarburi în prezenţa O2. Cea mai folosită este acetilena deoarece în prezenţa O2 aceasta atinge o temperatură de 3150 - 3200°C. Acetilena (C2H2) se obţine în urma reacţiei dintre carbid (CaC2) şi apă. C2H2 se produce în generatoare de acetilenă şi datorită pericolului de explozie în amestec cu aerul se păstrează în butelii compartimentate special, care conţin o masă poroasă îmbibată cu acetonă (care dizolvă acetilena).

Zonele flăcării oxiacetilenice sunt (fig. 4.11): 1. - zona rece - formată din amestecul de gaze care nu a atins încă temperatura de aprindere; 2. - nucleul flăcării - în care are loc încălzirea treptată a amestecului până la temperatura de aprindere. Într-un strat exterior subţire al acestei zone are loc descompunerea parţială a acetilenei în H2 şi C, cu formarea unor particule solide de C supraîncălzit ce strălucesc puternic. 3. -flacăra primară (zona reducătoare )- arderea acetilenei se realizează numai cu O2 din butelie obţinându-se H2 şi CO; zona are o lungime de 2 - 8 mm şi se caracterizează printr-o mare cantitate de căldură degajată;4. -flacăra secundară (zona oxidantă) - are loc oxidarea CO şi H2 cu O2 care pătrunde în flacără din aer, obţinându-se CO2 şi apă.

Tipurile de flăcări, in functie de β:

Flacăra depinde de raportul dintre O2 şi C2H2, adică β0 = O2 ⁄ C2H2. Astfel se disting 3 categorii de flăcări:

a) flacără normală, pentru β0 = 1,1-1,2; b) flacără carburantă, pentru β0<1,1; c) flacără oxidantă (fig. 4.12b), pentru β0 > 1,1.

La sudarea cu flacără se folosesc arzătoarele (suflaiurile).

35. TEHNOLOGIA SUDĂRII CU FLACĂRĂ

Se utilizează cu precădere la sudarea metalelor şi aliajelor cu temperatura de topire sub 1000°C, la piesele de fontă cu grosimi mici, la încărcarea cu metale şi aliaje dure, la recondiţionarea pieselor din bronz, etc.

Procedeul este economic pentru pisele cu grosimi mici, deoarece numai ≈ 10≤ din căldura degajată de flacără este folosită pentru sudarea propriu-zisă.

Metode de sudare Etapele tehnologice cuprind prelucrarea marginilor pieselor şi efectuarea sudării. Metoda de sudare aleasă este determinată de grosimea şi conductivitatea termică a materialelor de sudat.

De memorat schema:

a ) Sudarea la stânga (fig. 4.13) Se aplică la sudarea tablelor subţiri. Unghiul α este mai mare în perioada de

încălzire a materialelor, iar apoi scade treptat pentru evitarea arderii materialului. Arzătorul (Arz) şi materialul de adaos (MA) se află în acelaşi plan. În urma deplasării arzătorului cusătura se răceşte cu viteză mare astfel că nu se elimină gazele din cordonul de sudură, rămân impurităţi, iar în urma contactului cu aerul se formează oxizi, aspecte care în final conduc la proprietăţi slabe de rezistenţă ale sudurii.

De memorat schema:

b) Sudarea la dreapta (fig. 4.14) Se aplică tablelor groase, iar pentru că flacăra acţionează mai mult timp asupra

cusăturii, aceasta are proprietăţi mai bune. Se prelucrează supraînălţarea, se efectuează CTC, eventual se aplică TT. Se aplică oţelurilor nealiate şi aliate, aliajelor de Al şi Cu, fontelor.

Avantaje: procedeul este ieftin, flacăra este o sursă de căldură uşor reglabilă, iar în cazul pieselor subţiri este mai productivă decât cea cu arc. Dezavantaje: nu se pot face alieri în cusătură, apar deformaţii mari ale pieselor sudate, iar în zonele învecinate sudurii se produc transformări structurale.

36. SUDAREA PRIN DEFORMARE PLASTICĂ LA RECE

Asamblarea rezultă în urma aplicării forţelor exterioare (presare, laminare, vibraţii) asupra semifabricatelor, la temperatura mediului ambiant. Sudarea prin presiune la rece, aplicabilă metalelor cu o mare deformabilitate (Al (70%), Cu (80%), Ni) se realizează cap la cap, prin suprapunere (prin puncte, în linie) şi prin explozie. Sudarea se datorează întrepătrunderii straturilor de material, motiv pentrucare este obligatorie curăţarea suprafeţelor de îmbinat cu răzuitoare, perii rotative din sârmă de oţel, pentru îndepărtarea oxizilor sau a altor impurităţi. În cazul sudării cap la cap (fig. 4.15) piesele sunt prinse în bacuri prevăzute cu cuţite ce au rolul de a îndepărta îngroşarea (s-au notat: 1, 2 -piese de sudat; 3, 4 - bacuri de prindere; 5 - muchie tăietoare inelară; 6 - cavitate pentru surplusul de material; 7 - cavitate de îngroşare (sub 30-40°).

De explicat schema:

La sudarea prin puncte (fig. 4.16), poansoanele acţionează pe o parte sau pe ambele părţi ale marginilor tablelor, astfel încât materialul din dreptul sudurii să nu rămână prea subţire, pentru a nu periclita rezistenţa sudurii.

De memorat schema:

La sudarea în linie tablele sunt presate între două role prevăzute cu proeminenţe pe una sau pe ambele suprafeţe cilindrice ale lor. Strângerea pieselor se face mecanic, pneumatic sau hidraulic, iar presarea se aplică manual, pneumatic sau hidraulic. Procedeul se aplică la sudarea conductoarelor electrice, a ambalajelor din tablă de Al.

Sudarea prin explozie constă în îmbinarea tablelor utilizând energia produsă de un exploziv (hexogen), aşternut pe placa superioară într-un strat de 5-20 mm. Prin acţionarea detonatorului, se realizează arderea instantanee a explozivului, care creează unda de şoc ce va suda plăcile. Suprafaţa rezultată va fi caracterizată de o duritate şi o rezistenţă la rupere superioară materialelor de bază.

Sudarea cu ultrasunete Sudarea cu ultrasunete se aplică metalelor feroase, neferoase, a metalelor cu metale

refractare, cu materiale ceramice sau plastice. Sudarea se obţine (fig. 4.17) prin aplicarea unei presiuni perpendicular pe suprafaţa pieselor 2 şi a unor vibraţii ultrasonore (vibraţii mecanice cu 15-40 kHz), aplicate paralel cu aceeaşi suprafaţă, prin intermediul unui pivot-sonotrod 1. Piesele sunt aşezate pe placa de sprijin 3 şi sudate prin exercitarea presiunii de apăsare de către pistonul 5, acţionat cu aerul comprimat 6 şi a vibraţiilor produse de vibratorul 4. Se pot obţine şi sudări în linie atunci când sonotrodul are forma unei role, care asigură şi mişcarea de avans a pieselor.

De explicat schema:

Sudarea prin presiune cu încălzire electrică de contact În cadrul acestui procedeu se realizează o încălzire locală a pieselor, datorată

trecerii unui curent de intensitate mare, concomitent cu aplicarea unei presiuni. Procedeul este aplicat în următoarele variante:

1) - cap la cap, care se aplică pieselor masive (bare, ţevi, şine, ş.a.) şi care se efectuează: - prin refulare, obţinându-se o îngroşare. Proprietăţile mecanice ale cusăturii sunt afectate de oxizii formaţi în timpul sudării şi rămaşi în îmbinare. - prin topire, când după aplicarea bruscă a presiunii se vor elimina impurităţile topite odată cu metalul, sub forma unei bavuri. - prin puncte, când punctul de sudură format la suprafeţele în contat ale tablelor are diametrul aproximativ egal cu al electrodului.

Sudura rezultă în condiţiile aplicării următoarelor combinaţii: a) conectarea curentului - presare -depresare - deconectare; b) conectarea curentului -presare -depresare -deconectare - presare; c) presare -conectare - deconectare -depresare.

Una dintre variantele acestei metode o reprezintă sudarea prin puncte dintr-o singură parte, conform fig. 4.19, în care s-au notat: 1, 2- table de sudat; 3, 4 -electrozi, 5 -garnitură de Cu, care asigură o mai bună conducere a curentului în punctele de contact; 6 - transformator; P - forţă de presare.

De memorat schema:

2) - în linie, când sudarea se face cu role-electrod. Prin această metodă se sudează pe generatoare tablele din oţel carbon sau slab aliat, cu grosimi de 0,5 -2 mm (fig. 4.20); tabla este curbată cu ajutorul rolelor (v. Prelucrarea tablelor), obţinându-se semifabricatul 1, care este presat cu rolele 2 şi sudată cu rola 3.

De explicat schema:

37. LIPIREA

Def: Lipirea reprezintă procedeul de îmbinare nedemontabilă la care materialul de adaos este diferit de metalul de bază şi are o temperatură de topire inferioară temperaturii de topire a pieselor de asamblat.

Dacă acest material de adaos este un adeziv sintetic atunci asamblarea se numeşte încleiere.

Caracteristici:Această asamblare are la bază fenomenul de difuzie al materialului de adaos aflat

în stare lichidă în metalele pieselor de lipit aflate în stare solidă. Avantajele acestui procedeu sunt: îmbinarea materialelor de natură sau grosime diferită; lipsa tensiunilor interne şi implicit a deformaţiilor, a modificărilor structurale; este ieftin; permite automatizarea.

Etapele de realizare a lipirii: În vederea lipirii a două materiale, marginile curăţate se presară cu flux pentru o curăţire suplimentară, apoi se încălzeşte linia de lipire şi se topeşte aliajul în rostul de îmbinare. După lipire se îndepărtează surplusul de aliaj de lipire şi se spală bine resturile de flux, deoarece produc coroziune. Clasificare:

Lipirea poate fi: - moale, caracterizată printr-o rezistenţă mecanică scăzută (σr = 5...7 daN/mm2) şi folosită în general la lucrări de tinichiginerie. Se utilizează pentru lipire aliaje Sn-Pb simple sau aliate cu Bi, Cd, Sb, Ag, ş.a., care au o temperatură de topire sub 500°C.

- tare (brazare), caracterizată printr-o rezistenţă mecanică ridicată (σr < 50 daN/mm2) şi utilizată în condiţii grele de exploatare la temperaturi mari. Se utilizează pentru lipire aliaje Cu-Zn, Cu-Zn-Ag.

Tehnologia lipirii Marginile pieselor de lipit se curăţă cu peria de sârmă, pila sau şmirghelul, apoi se decapează, se degresează, după care se trece la lipire.

Lipirea moale se poate realiza:

- cu ciocanul de lipit, care este încălzit la 250 - 300°C şi are partea activă trecută prin ţipirig în prezenţa unei bucăţi de Sn (cositor), astfel că se aplică pe locul de îmbinat în prezenţa vergelei de material de adaos şi a fluxului. Datorită fenomenului de capilaritate aliajul de lipit topit pătrunde în spaţiul (0,1 - 0,5 mm) dintre suprafeţele de asamblat. - cu flacără, care provine de la un suflai cu gaz sau lampă de lipit, atunci când zona de lipire nu permite accesul ciocanului. După curăţarea suprafeţelor de lipit, se aplică fluxul şi aliajul de lipit, apoi se încălzesc suprafeţele până la topire aliajului, după care se lasă să se răcescă şi se face eventual o curăţire a lipiturii. Procedeul se aplică mai ales la lipirea ţevilor de Pb. - prin cufundare, când piesele se introduc într-o baie cu aliaj de lipit în stare topită, care este acoperită cu un strat de flux.

Procedeul se aplică la producţia de serie. Datorită rezistenţei mecanice scăzute a lipiturii moi se preferă îmbinarea prin

suprapunere şi cu margini denivelate, răsfrânte sau fălţuite.

În figura 4.21 sunt prezentate fazele de obţinere a unei îmbinări prin suprapunere (a - cositorirea fiecărei margini în parte pe o distanţă de cel puţin 3 - 4 ori grosimea tablelor, b - suprapunerea tablelor pe lăţimea cositorită şi trecerea peste această zonă a ciocanului încălzit, trecut în prealabil prin cositor).

În figura 4.22 este prezentată o lipitură cu margini denivelalte, iar în figura 4.23 -o lipire cu margini răsfrânte a două ţevi, suprapuse pe o distanţă egală cel puţin cu diametrul ţevii.

Lipirea tare se curăţă marginile pieselor asemănător lipirii moi, iar îmbinarea se face prin suprapunere, prin feţe teşite sau cap la cap.

Lipirea tare se poate realiza: -cu gaze combustibile, flacăra arzând în prezenţa aerului. Flacăra formată la gura arzătorului pentru brazură (fig. 4.24) arde bine dacă este de culoare albastră deschisă. Fluxul se aşează în prealabil pe marginile pieselor (pentru evitarea oxidării lor), aliajul de lipit (sub formă de foiţe sau praf) se amplasează între feţe sau lângă locul de asamblare, iar piesele se încălzesc datorită conductibilităţii lor, deoarece flacăra nu acţionează direct pe suprafeţele de îmbinat.

- prin cufundare în baia cu aliaj de lipit topit, care este acoperită cu flux. Această variantă se caracterizează printr-o bună calitate a lipiturii, o mare productivitate şi permite automatizarea procesului. - electrică, realizată cu arc electric, prin inducţie sau prin rezistenţă de contact. Se foloseşte la lipirea pânzelor de la fierăstraiele circulare (capetele pânzei se prind între fălcile care constituie electrozii ce conferă încălzirea locală necesară lipirii). -în cuptoare electrice, cu atmosferă reducătoare ce nu necesită fluxuri. Este procedeul care permite lipirea pieselor mici în cadrul producţiei de masă, cu păstrarea preciziei dimensionale, asigură îmbinări rezistente şi etanşe ale pieselor cu diferite grosimi şi permite automatizarea.

Un exemplu de brazare (lipire tare) îl constituie asamblarea coroanei de aşchiere a unui cuţit roată de mortezat pentru prelucrarea roţilor dinţate, realizată din oţel rapid, pe corpul sculei, realizat din oţel de construcţie. Pe suprafaţa cilindrică exterioară a corpului sculei se strunjeşte un canal circular în care se introduce o sârmă de Cu (cu diametrul ≈ 2,5 mm), apoi se fixează coroana şi la încălzirea din timpul tratamentului de călire, aliajul de lipit se topeşte şi se distribuie uniform pe suprafaţa de contact corp ñ corană de aşchiere, asigurându-se o rezistenţă ca şi cum scula ar fi monobloc. Folosind foi sau plăci de aliaje pentru lipirea tare se pot arma cuţite de strung, freze, tarozi, ş.a.; după topirea aliajului se presează piesa de lipit în locaşul corpului până la solidificare, apoi se realizează o răcire lentă.

36. PRELUCRAREA PRIN LAMINARE Def: Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare a metalelor şi aliajelor, care constă în trecerea semifabricatului prin spaţiul dintre 2 cilindri, care se rotesc în sens contrar. În urma laminării rezultă semifabricate şi piese finite cu structură fină, îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice, creşterea compactităţii metalelor, obţinerea unor suprafeţe curate şi în general fără defecte. Materia primă pt. laminare o reprezintă lingourile.

Tipuri de produse laminate:

Semifabricatele obţinute în urma laminării sunt:

Explicarea schemei de principiu:

Cilindrii de laminare:

Cilindrul de laminor este alcătuit din: tăblie (1), 2 fusuri (2), 2 rozete (3). Tăblia poate fi: - netedă: pt. table, benzi

-profilata: Adânciturile din tăblie se numesc calibre.

Clasificarea laminoarelor: - după destinaţie: pt. blumuri, sleburi, table, profile, etc. - după natura materialului: pentru oţeluri, Cu, Al, Zn - după temperatura de lucru: la cald, la rece - după sensul de rotaţie al cilindrului de lucru: reversibile, ireversibile - după amplasarea cilindrilor de lucru: cu cilindri orizontali, verticali, aşezaţi oblic, universali (oriz. + vert.) - după organizarea cajelor de lucru: în linie, în paralel ;- după nr. cilindrilor din caja de lucru.

Tehnologia laminării la cald: Materia primă: a) lingourile, la care se taie retasura şi piciorul lingoului; b) semifabricate obţinute dintr-o laminare anterioară (blumuri, sleburi, ţagle, platine).

Produse laminate: - Oţel: pătrat, triunghiular, rotund, semirotund, oval, etc.; - Profile: L, LL, U, I, T, Z; - Profile speciale: şină de cale ferată, pt. ferestre metalice, pt. ICM (maş. agricole,

maş. de cusut); - Benzi de oţel pt. arcuri în foi. Tehnologia laminării la rece :

Materia primă: semifabricate obţinute prin laminarea la cald. Produse: table şi benzi subţiri.

59. TURNAREA

Def: Turnarea reprezintă procedeul tehnologic de obţinere a pieselor prin solidificarea unei cantităţi de metal lichid bine determinată, introdusă în cavitatea unei forme de turnare, care are forma şi dimensiunile piesei turnate (sunt cuprinse adaosurile de prelucrare ale operaţiilor ulterioare).

Avantaje: prin acest procedeu rezultă piese ce nu pot fi obţinute prin alte procedee de prelucrare, adică piese complicate sub aspectul configuraţiei, cu pereţi subţiri, cu găuri pătrunse sau nepătrunse în interiorul pereţilor pieselor.

Dezavantaje: structura pieselor turnate manual este mai puţin compactă şi prin urmare piesele prezintă caracteristici mecanice mai scăzute, însă aceste dezavantaje sunt micşorate prin metodele de turnare în forme permanente.

60. TURNAREA ÎN FORME TEMPORARE DIN AMESTEC DE FORMARE

Părti componenete ale formei temporare:

1 -ramă superioară; 2 - ramă inferioară; 3 -amestec de formare; 4 -cavitatea formei; 5 - marca miezului; 6 - miezul; 7- maselotă; 8 -cale de alimentare; 9 -piciorul pâlniei de turnare; 10- gura pâlniei de turnare; 11 -canale de aerisire.

Cavitatea formei se obţine cu ajutorul modelului. Miezurile se introduc pt. a obţine găurile din piesă şi se realizează din amestec de formare.

Amestecurile pot fi: de model, de umplere, de miez, utilizat la confecţionarea miezurilor; unice).

61. REȚEAUA DE TURNARE

Părți componenete :

Reţeaua de turnare este alcătuită din (fig. II.2):

-gura pâlniei de turnare (1);-piciorul pâlniei de turnare (2);colectorul de zgură (3); canalele de alimentare (4).

Clasificare reéle de turnare:Reţeaua de turnare poate fi (fig. II.3): directă, indirectă şi laterală.

62. TURNAREA ÎN COCHILIE

Forma metalică se numeşte cochilie şi umplerea ei se face sub acţiunea forţei gravitaţionale. Suprafeţele active sunt construite din pastile realizate din materiale cu durabilitate mare, care pot fi înlocuite atunci când s-au uzat, astfel încât cochilia se păstrează. Golurile se obţin utilizînd miezuri din amestec de miez.

Fazele turnării:

- Pregătirea şi asamblarea cochiliei: suprafeţele active se acoperă cu material refractar, apoi cu vopsele de protecţie pe bază de petrol; - Preîncălzirea formei; - Turnarea metalului lichid; - Constituirea piesei turnate; - Dezmembrarea cochiliei pt. scoaterea piesei calde care se răceşte în aer;

- Îndepărtarea reţelei de turnare.

63. TURNAREA PRIN ASPIRAȚIE

Introducerea metalului în cavitatea formei se datorează depresiunii create de pompa de vid (fig. II.4). În funcţie de timpul de menţinere al acesteia iau naştere produse tip bară sau piese tubulare.

64. TURNAREA CENTRIFUGALĂ

Principiu: turnarea metalului în forma metalică în timp ce aceasta ce se roteşte (fig. II.5). Axul formei poate fi: - vertical = roţi dinţate, inele, bucşe. Se pot obţine piese mici, cu configuraţie complicată, dacă sunt amplasate radial. -orizontal = piese cilindrice lungi cu grosimea uniformă a peretelui .

65.TURNAREA SUB PRESIUNE Principiu: injectarea metalului lichid sub presiune în forme metalice.

Tipuri de piese: în ind. electrotehnică, mecanică fină, în construcţia de avioane (carburatoare), ş.a. Avantaje: piese de calitate, cu precizie mare, complicate şi cu pereţi subţiri, filete, structuri compacte (fără goluri sau fisuri). Materiale de turnat: aliaje de Al, Zn, simple sau combinate cu oţeluri.