1

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Data :

Nume si prenume : Grupa : Anul :

TEHNO. 2

METALE SI ALIAJE FEROASE UTILIZATE IN INDUSTRIA ELECTROTEHNICA

2

CUPRINS :

• 1. Notiuni de baza: ........................................... ................. Pagina 3 1.1 Materiale metalice feroase ……………................................... Pagina 4 1.2 Materiale metalice neferoase .......................................... Pagina 5

• 2. Propietatile aluminiului, cuprului si otelului .............. Pagina 6 2.1 Aluminiu ........................................................................ Pagina 7 2.2 Cupru ............................................................................ Pagina 9

• 3. Activitatea de laborator ............................................... Pagina 10 • 4. Concluzii ......................................................................... Pagina 10 • 5. Bibliografie ..................................................................... Pagina 12

3

1. NOTIUNI DE BAZA

In lucrarea de laborator numarul doi au fost prezentate următoarele: • Principalele metale si aliaje feroase utilizate in industria electrotehnică. • Principalele propietati fizice si tehnologice ale celor mai utilizate materiale feroase. • Domeniul de utilizare al metalelor si aliajelor. • Mijloace de identificare ale materialelor si aliajelor feroase.

In industria electrotehnica pentru fabricarea masinilor si aparatelor electrice se folosesc

diferite materiale metalice si nemetalice. Materialele metalice sau pe scurt metalele se folosesc pure sau sub forma de aliaje. Aliajele sunt combinatii chimice sau amestecuri obtinute de regula prin topirea impreuna a doua sau mai multe elemente dintre care cel putin unul este metal. Astfel otelul este un aliaj al fierului cu carbon , iar bronzul un aliaj al cuprului cu staniul .

Un aliaj este alcatuit dintr-un component de baza care predomina din punct de vedere

cantitativ si din componenti de aliere care se folosesc pentru a modifica propietatile fizico-chimice, mecanice si tehnologice ale aliajului.

Metalele si aliajele frecvent utilizate, numite metale tehnice sunt standardizate. In standardele referitoare la materiale se dau de regula urmatoarele date:

• Denumirea materialului • Modul de simbolizare • Calitatile de materiale ce fac parte din categoria respectiva • Compozitia chimica • Proprietatile fizico-chimice, mecanice tehnologice • Forma de livrare • Dimensiuni

In industria constructoare de masini si electrotehnica se foloseste o mare varietate

de materiale, foarte diferite ca proprietati si imbunatatiri. Aceste materiale se impart in doua mari categorii:

A. Materiale metalice feroase; B. Materiale metalice neferoase.

4

1.1 MATERIALE METALICE FEROASE

Sunt materiale la care proportia masica a fierului este mai mare decat a orcarui alt element al aliajului. Cele mai utilizate materiale metalice feroase sunt fontele si otelurile.

A. FONTELE sunt aliaje ale fierului cu carbonul ce contin carbon intre 2% si 6,67% si o serie de elemente insotitoare precum : siliciul,mangan etc.

Principalele tipuri de fonte utilizate in industria electrotehnica sunt: 1. Fontele brute ce pot fii aliate si nealiate. SR EN 10001:1999 Definirea si clasificarea

fontelor brute. 2. Fonta cenusie este un aliaj de turnatorie in care carbonul este prezent sub forma de grafit care

îi da culoarea cenusie. SR EN 1561:1999 Fonta cu grafit laminar. 3. Fonta cu grafit nodular prezinta carbonul din componenta sub forma de particule de

grafit nodular. SR EN 1563:1999 Turnatorie, fonta cu grafit nodular. 4. Fonta maleabila: SR EN 1562:199 Fonta maleabila. 5. Fontele austenice sunt fonte cu caracteristice mecanice superioare. 6. Fonta antifrictiune ce este destinata lucrului in conditii de frecare si ungere. 7. Fonta refractara rezistenta la temperaturi mari.

B. OTELURILE sunt aliaje ale fierului cu carbonul, continind carbon sub 2% . ele se

caracterizeaza printr-o variatie in limite foarte mari a proprietatilor mecanice si tehnologice. SR EN 10020: 1993 Definirea si clasificarea marcilor de otel.

Ele se impart in functie de compozitia chimica in: 1. Oteluri aliate 2. Oteluri nealiate

Otelurile aliate se impart in: • Oteluri aliate de calitate • Oteluri aliate speciale (STAS 7382 – 88 Oteluri rapide pentru scule)

Otelurile nealiate se impart in: • Oteluri nealiate de uz general STAS 502/2 - 80 • Oteluri nealiate de calitate STAS 880 -88 • Oteluri nealiate speciale. STAS 1700 – 90

Oteluri nealiate de uz general sunt oteluri produse prin procedee obisnuite. Oteluri nealiate de calitate sunt folosite la pene de ghidare, bucse, bolţuri, buloane, arbori, flanşe, coroane, came, etc. Oteluri nealiate speciale au puritate superioara.

5

1.2 MATERIALE METALICE NEFEROASE

1. Cuprul si aliaje pe baza de cupru STAS 270/3 – 80 Cuprul pentru ELTH si electronica puritate 99,95 -99,99% SR ISO 1090-1:1993 Cupru si aliaje de cupru.

Aliajele cuprului: - alama (Cu + Zn) - alame deformabile - alame turnate in blocuri - bronz

2. Aluminiu SR EN 515:1995

- rezistivitate > Cu - densitatea < Cu

Aliajele aluminiului: - siliminiul (Si 13%) - Duraluminiu (4% Cu) - Hidraliu (3.9% Magneziu) - Staniu - Zinc

3. Plumb 4. Metale nobile: argint, aur, platina.

6

2. PROPRIETATILE ALUMINIULUI, CUPRULUI SI OTELULUI.

Proprietatile metalelor si aliajelor se clasifica in patru mari grupe: fizice, chimice, mecanice, tehnologice:

• Proprietati fizice:

- densitate - temperatura de topire - dilatare terminca - conductibilitate termica - conductibilitate electrica - permeabilitate magnetic

• Proprietatile chimice exprima capacitatea aliajelor de a rezista la actiunea diferitilor

agenti chimici: - rezistenta de coroziune - refractaritatea

• Proprietatile mecanice exprima modul de comportare a aliajelor la actiunea fortelor

externe: - elasticitatea - plasticitatea - duritatea - fragilitatea - rezistenta la oboseala

• Proprietati tehnologice:

- maleabilitatea - ductibilitatea - prelucrabilitatea - sudabilitatea - forjabilitatea

7

2.1 ALUMINIUL Proprietatile aluminiului:

• Greutatea Aluminiul are o densitate de 2,7 g/cm3, aproximativ o treime din densitatea otelului.

• Rezistenta

Aliajele de aluminiu au o rezistenta la tractiune cuprinsa între 70 si 700 MPa. Aliajele cele mai utilizate pe scara larga pentru extrudare au rezistente cuprinse între 150 si 300 MPa.

Spre deosebire de cele mai multe clase de oteluri, aluminiul nu devine casant la temperaturi joase. În schimb, rezistenta sa creste.

La temperaturi ridicate, rezistenta aluminiului scade. Atunci când este expus timp îndelungat la temperaturi de peste 100 °C, rezistenta sa este afectata pâna la limita înmuierii.

• Dilatarea liniara Comparativ cu alte metale, aluminiul are un coeficient relativ înalt de dilatare liniara. Acest lucru

trebuie luat în considerare la anumite proiecte.

• Maleabilitatea Maleabilitatea buna a aluminiului, care este esentiala pentru extrudarea profilelor, este, de

asemenea, utilizata la laminarea sub forma de benzi si table subtiri, ca si pentru alte operatii de îndoire si deformare, la cald sau la rece.

• Prelucrarea Aluminiul este usor de prelucrat utilizând majoritatea metodelor – frezare, gaurire, taiere, perforare,

îndoire etc. Necesarul de energie în timpul prelucrarii este relativ scazut.

• Îmbinarea

Caracteristicile care faciliteaza îmbinarea sunt adesea cuprinse în profil. Sudarea (prin topire si prin frictiune), legarea si bobinarea sunt alte metode folosite pe scara larga.

• Conductivitatea Aluminiul este un conducator excelent de caldura si electricitate. Un conductor de aluminiu

cântareste aproximativ jumatate din greutatea unui conductor de cupru cu aceeasi conductivitate.

• Reflectivitatea Aluminiu este un bun reflector atât al luminii vizibile, cât si al caldurii radiate.\

• Ecranarea – EMC

Cutiile sigilate de aluminiu pot exclude sau ecrana eficient radiatiile electromagnetice. Cu cât este mai mare conductivitatea unui material, cu atât calitatile sale de ecranare sunt mai bune.

• Proprietati de protectie Folia de aluminiu este impermeabila la apa, gaze, mirosuri, bacterii si lumina.

8

• Rezistenta la coroziune Aluminiul reactioneaza cu oxigenul din aer pentru a forma un strat extrem de subtire de oxizi, cu

grosime de doar câteva sute de microni (1 micron este a mia parte dintr-un milimetru). Acest strat este dens si confera o exceptionala protectie la coroziune. Daca este deteriorat, stratul se repara automat.

Eloxarea mareste grosimea stratului de oxizi si, astfel, întareste protectia naturala la coroziune(Când aluminiul este utilizat în exterior, se utilizeaza grosimi de 15 pâna la 25 μm, în functie de riscul de coroziune sau abraziune al profilului.

Aluminiul este extrem de durabil în medii neutre si slab acide. În medii foarte acide sau alcaline, coroziunea este rapida.

• Material nemagnetic Aluminiul este un material nemagnetic (de fapt, paramagnetic). Aluminiul este utilizat adesea la

echipamentele de imagistica cu rezonanta magnetica pentru a evita interferentele cu câmpurile magnetice.

• Netoxic Dupa oxigen si siliciu, aluminiul este cel mai comun element din scoarta Pamântului. De asemenea,

compusii aluminiului apar frecvent în hrana noastra.

O mare parte din productia de aluminiu se regaseste in piese turnate, aluminiul si aliajele sale avand proprietati de turnare deosebite.

Densitatea aluminiului variaza in functie de puritate si temperatura. Pentru a calcula densitatea

aluminiului lichid se poate folosi formula: dt = 2,382 - 0,000273 ( t – 660).

Conductibilitatea termica scade cu puritatea si creste cu temperatura, iar dilatarea creste cu temperatura prin acelasi grad de puritate.

Rezistivitatea electrica scade pe masura cresterii puritatii si creste cu gradul de ecruisare.

9

2.2 CUPRUL

A. Proprietăţi fizice

1. Metal arămiu – roşiatic, cu densitatea egală cu 8, 96 g/cm3, având duritatea 3, mai mare decât al grafitului; 2. Bun conducător de căldură şi de electricitate; 3. Prezintă punct de topire ridicat (1083°C), ceea ce determină o restrânsă utilizare a sa ca metal pur; 4. Se poate alia uşor cu alte metale: Zn, Sn şi Ni, formând aliaje: alamă, bronz, cu proprietăţi îmbunătăţite şi puncte de topire mai scăzute; 5. Este foarte maleabil şi se poate lamina uşor.

Cuprul pur este un metal moale , destul de rezistent la rupere şi foarte ductil; se lucrează bine cu ciocanul, la rece, şi se modelează la presiuni mari. Conductibilitatea calorică a cuprului este tot atât de mare ca a argintului şi mult mai mare decît a altor metale uzuale. De asemenea conductibilitatea electrică a cuprului, apropiată de a argintului, întrece mult pe a celorlalte metale.

Conductibilitatea scade însă considerabil, când cuprul este impurificat, chiar cu cantităţi mici de Si sau Fe. Din cauza aceasta, în electrotehnică se utilizează pe scară mare cuprul cel mai pur, electrolitic.

B. Proprietăţi chi mice

1. Se combină cu clorul, sulful şi oxigenul, formând cloruri, sulfuri şi oxizi; 2Cu + O2 = 2CuO cupru – oxigen – oxid de cupru Cu + Cl2 = CuCl2 cupru – clor – clorură de cupru 2. Inlocuieşte unele metale din sărurile lor; Cu + 2AgNO3 = 2Ag+ Cu(NO3)2 cupru – azotat de argint – argint – azotat de cupru 3. La rece, cuprul reacţionează cu acidul azotic concentrat, formând azotatul de cupru; 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O cupru- acid azotic – azotat de cupru – monoxid de azot – apa 4. La cald, cuprul se combină cu acidul sulfuric concentrat şi rezultă sulfatul de cupru; 5. Sărurile de cupru reacţionează cu anumite metale, formându-se cupru, care se depune.

La temperatura camerei, cuprul nu se combină cu oxigenul din aer. Cuprul are o mare afinitate

pentru sulf şi seleniu. Nu se combină direct cu azotul, hidrogenul şi carbonul; formează însă indirect combinaţii cu aceste elemente.

Potenţialul de oxidare al cuprului fiind negativ, cuprul nu se dizolvă în acizi diluaţi Dizolvarea are loc mai uşor în prezenţa oxigenului. Cu amoniacul cuprul metalic reactionează formând amino-complecşi. Cuprul formează doua serii de compuşi stabili, în care poate fi în starea de combinaţii cuproase

sau combinaţii cuprice.

10

Utilizările cuprului: • robineţi; cabluri electrice şi conductori; monezi; • tablă pentru acoperişuri; plăci de circuite imprimate; • confecţionarea de instalaţii, de site, radiatoarelor de maşini.

3. ACTIVITATE DE LABORATOR

Consultarea standardurilor : ,,Aliaje Cupru-Plumb-Staniu Turnate in Piese” STAS 1512-88 ,,Aliaje Cupru-Nichel-Zinc deformabile” SR ISO 430 ,,Definirea si clasificarea marcilor de otel” SR EN 10020 „Aliaje de aluminiu turnate in blocuri” STAS 201/1-89 Consultarea desenelor : Batiu – format din materialul OL 52-2 Rola – format din materialul OL 25

4. CONCLUZII

In industria electrotehnica la constructia de masini electrice si aparate electrice datorita proprietatilor lor fizice, chimice, mecanice si tehnologice mentionate se folosesc diferite materiale metalice feroase si neferoase (cupru, aluminiu, fonte, oteluri).

Utilizari ale aluminiului :

• Datorita capacitatii mari de reflexie poate fi utilizat pentru construirea oglinzilor metalice. • Fiind maleabil si ductibil ca urmare poate fi tras sub forma de sarma sau laminat in foi subtiri,

utilizate la ambalarea produselor alimentare, farmaceutice si in alte scopuri. • Reactia 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe este puternic exoterma, fierul obtinut fiind in stare topita;

reactia se foloseste la lipirea sinelor de tramvai (aluminotermie) Utilizari ale cuprului:

• Fiind putin reactiv si foarte ductil, este folosit la confectionarea conductelor • Din cupru se pot confectiona vase de bucatarie • Aliajele cuprului sunt folosite drept materiale pentru monezi si statui

11

• Cuprul este larg utilizat drept conductor electric Utilizari ale fierului:

• Metalurgie; • Conducte şi tuburi; • Confecţionarea vaselor; sârmei; tablei; sobelor, etc. • Obţinerea aliajelor

Utilizari ale otelului:

• O gama larga de oteluri aliate poate fi produsa prin utilizarea diferitelor combinati de elemente de aliere si a formelor potrivite de tratare termica.

• Otelul cu mangan contine aproximativ 1%carbon si 11-14%mangan. Este folosit la fabricarea componentelor care urmeaza sa fie supuse la uzura intensa precum coltii benelor de excavatoare pentru terasamente.

• Alte forme de otel inoxidabil contin 12-30% crom, adesea cu cantitati mai mici de alte metale, precum nichel, molibden si cupru, aceste aliaje au multe utilizari in industrie si pentru menaj. Ele sunt folosite pentru fabricarea rulmentilor cu bile, a utilajelor din uzinele chimice, a palatelor de rubina, a chiuvetelor si a tacamurilor.

12

5. BIBLIOGRAFIE

• Biblioteca Facultatii de Inginerie Electrica • http://www.sapagroup.com/ • http://ro.wikipedia.org/wiki/Metalurgie • http://www.cursuri-online.info/notite/28/cuprul.html