Laminare-partea4

8/3/2019 Laminare-partea4

1/47

Prof. dr. ing. EUGEN CAZIMIROVICI Dr. ing. MARCEL VALERIU SUCIU

LAMINAREA MATERIALELORMETALICE SPECIALE

Partea a IV-a:BAZELE LAMINRII ALIAJELOR SPECIALE

ALE UNOR METALE NEFEROASE GRELE

Capitolul 12 Laminarea aliajelor neferoase speciale cu baz de cupru 14912.1 Proprieti fizico-mecanice i tehnologice ale metalului de baz... 14912.2 Principalele proprieti ale aliajelor speciale cu baz de cupru destinate

laminrii................................................... 15512.3 Influena elementelor de aliere n aliajele speciale cu baz de cupru.. 15912.4 Parametrii tehnologici de laminare a aliajelor speciale cu baz de

cupru.......................................................................... 165

Capitolul 13 Laminarea aliajelor neferoase speciale cu baz de nichel. 17913.1 Proprieti fizico-mecanice i tehnologice ale metalului de baz... 17913.2 Elemente de aliere i impuriti n aliajele speciale cu baz de nichel.... 18213.3 Parametrii tehnologici de laminare a aliajelor speciale cu baz de nichel 185

Capitolul 14 Laminarea zincului i aliajelor cu baz de zinc................. 18914.1 Proprieti fizico-mecanice i tehnologice ale zincului.......... 18914.2 Elemente de aliere i impuriti n aliajele cu baz de zinc.... 19014.3 Parametrii tehnologici de laminare a zincului i aliajelor de zinc.. 191

http://marcel.suciu.eu/


2/47

Partea a IV-a: BAZELE LAMINRII ALIAJELOR SPECIALEALE UNOR METALE NEFEROASE GRELE

Capitolul 12

LAMINAREA ALIAJELOR NEFEROASESPECIALE CU BAZ DE CUPRU

Aliajele speciale cu baz de cupru posed proprieti fizico-chimice imecanice deosebite, ceea ce determin utilizarea lor n cele mai variate domeniiindustriale. n funcie de proprietile pe care le au i de domeniile de utilizare,aliajele cu baz de cupru pot fi refractare, criogenice, cu conductibilitateelectric sau termic mare, anticorozive, cu proprieti mecanice ridicate sau potfi aliaje pentru industria electrotehnic, naval, chimic, alimentar, construcii

de maini etc. innd seama de modul de prelucrare ulterioar, aliajele de cuprupot fi deformabile sau pentru turntorie.

12.1. PROPRIETI FIZICO-MECANICE I TEHNOLOGICEALE METALULUI DE BAZ

Pe plan mondial se cunosc mai multe varieti comerciale de cupru care sepot clasifica, dup procedeele de obinere sau de rafinare, n cupru deconvertizor sau cupru brut cu 97,5...98 %Cu, cupru rafinat termic cu99,0...99,75 %Cu i cupru rafinat electrolitic cu 99,75...99,95 %Cu, dup gradul

de puritate n funcie de coninutul n impuriti i de natura lor, dup forma delivrare n table, bare sau evi i dup starea de livrare - recopt sau ecruisat.Categorii distincte sunt cuprul cu conductibilitate electric mare, rafinat ielaborat n condiii speciale cu coninut minim de oxigen sau de alte impuriti icuprul cu adaosuri speciale, n cantiti sub 1%, introduse la elaborare sau ladezoxidare, ca de exemplu cupru fosforat, cupru argentifer, cupru arseniat, cuprutelurat etc.

Cuprul aparine grupei I B din sistemul periodic al elementelor i este unmetal mai greu dect fierul. Greutatea specific a cuprului, la 20 C i la

puritatea de 99,999 %, este de 8,9592 kg/dm3.Sistemul de cristalizare al cuprului este cub cu fee centrate (c.f.c). Pn la

temperatura de topire, care este l083 C, cuprul nu prezint transformrialotropice. Parametrul de reea se determin, n funcie de temperatur, curelaia:

a =3,61293 + 5,81 10 -5+ 3,7 10 - 82 - 5,2 10 - 113 (12.1)

conform creia, cu creterea temperaturii, parametrul de reea crete pn lavaloarea de 3,63958 , valoare pe care o atinge la temperatura de l000 C.

Creterea gradului de ecruisare produce reducerea densitii cu 0,17%pentru gradul de deformare la rece de 80 %. Coeficientul de dilatare liniar arevaloarea de 16,610 6 grad 1 la temperatura de 300C, conductibilitatea termic

149


3/47

la 20 C este 0,24 cmgrad / W, iar cldura masicCla temperatura de 20 C, nstare ecruisat, are valoarea de 5,844 cal / atg la puritatea de 99,9 %, i de5,835 cal / atg la puritatea de 99,999%, iar n starea recoapt, valoarea clduriimasice a cuprului este de 5,823 cal / atg.

Rezistivitatea electric variaz n funciede temperatur dup relaia:= (7,6 10-3- 0,55) 10 - 6 cm (12.2)

Rezistivitatea electric a cuprului pur, la 20 C, este =1,67310 - 6 cm,iar a cuprului tehnic pur este =1,68210 - 6 cm.

Cuprul posed proprieti de plasticitate foarte bune, de conductibilitatetermici electric bune precum i de rezisten mare la coroziune, proprieticare l fac deosebit de apreciat n tehnic. Principalele proprieti mecanice ifizice ale cuprului sunt prezentate n tabelul 12.1.

Tabelul 12.1Proprieti mecanice i fizice ale cuprului

Nr.crt. Proprietatea Unitatea demsur Valoarea

1.2.3.4.5.6.7.

8.

9.

10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.

Rezistena la rupere (laminat la cald)Rezistena la rupere (laminat la rece)Alungirea la rupere (laminat la cald)Alungirea la rupere (laminat la rece)Coeficientul de dilatare termicConductibilitatea electric (20C)Conductibilitatea termic (20C)

Cldura latent de topire

Cldura specific (25C)

Parametrul reelei (20C)Reeaua cristalinTemperatura de fierbereTemperatura de topireDensitatea (20C)Volumul atomicStri de oxidareConfiguraia electronicGreutatea atomicNumrul atomic

MPaMPa

%%

grd-1

Ohm-1m-1

W/mK

(cal/cm grds)J/kg(cal/g)J/kg K

(cal/ggrd)-

CC

kg/dm3cm3 mol-1

_

_

_

_

250...270400...43040...50

1...216,4710-6

0,6329108386

(0,923)211,18103(50,44)

384(0,0919)

3,61c.f.c.

232510838,94

7,11+1, +2, +3[Ar] 3d104s1

65,5729

Aceste proprieti depind foarte mult de puritatea cuprului. Gradul depuritate influeneaz puternic conductibilitatea electrici termic a cuprului.

Influena impuritilor asupra rezistivitii electrice a cuprului este

prezentat n figura 12.1, iar n figura 12.2 se prezint influena procesului delaminare la rece asupra conductibilitii electrice a cuprului.

150


4/47

Se observ c din punctul de vedere al conductibilitii electrice, cele maiduntoare impuriti din cupru sunt fosforul, siliciul, arseniul i aluminiul, iarcele mai puin duntoare sunt argintul, cadmiul i zincul.

Fig.12.1. Influena impuritilor asupra rezistivitii electrice a cuprului.

Din punct de vedere magnetic, cuprul este un metal diamagnetic,susceptibilitatea magnetic a cuprului depinznd att de elementele de aliere ide elementele nsoitoare ale cuprului, ct i de atmosfera n care are loctratamentul termic de recoacere a cuprului (oxidant sau reductoare).

Proprietile mecanice ale cu-prului depind, de asemenea, foartemult de gradul de puritate a acestuia,de natura impuritilor prezente, nspecial oxigenul, de starea materialuluimetalic (turnat, laminat, recopt), detemperatura de ncercare etc. Dincauza structurii cristaline cubice cufee centrate (c.f.c.), care prezintmulte planuri de mare densitateatomic, cuprul este un metal plastic,foarte maleabil i ductil, att la cald cti la rece. Datorit acestor proprieti,prin laminare se pot obine folii de

cupru cu grosimi de circa 2...3 microni.n tabelul 12.3 se prezint unele

Fig.12.2. Influena deformrii plastice la

rece asupra conductibilitiielectrice a cuprului.

151


5/47

caracteristici tehnologice i mecanice ale cuprului de puritate tehnic.

Tabelul 12.3Caracteristici tehnologice i mecanice ale cuprului tehnic

Nr.crt.

DenumireaUnitatea de

msurValoarea

1. Temperatura de turnare C 1150...1250

2. Contracia la solidificare % 2,13. Temperatura de laminare la cald C 900...10504. Temperatura de recristalizare C 2205. Temperatura de recoacere C 400...700

6. Modulul de elasticitate, E;GLongitudinal

MPa131000

Transversal 49300

7. Striciunea, Z.Recopt

%70...80

Ecruisat 30...35

8. Limita de elasticitate, Re.Recopt

MPa25...30

Ecruisat 100...1409. Limita de curgere, Rc.

RecoptMPa

70...100Ecruisat 350...380

10. Rezistena la rupere, Rm.Recopt

MPa170...220

Ecruisat 420...450

11. DuritateaRecopt

HB35...40

Ecruisat 95...110

12. Alungirea la rupere, A10.Recopt

%35...50

Ecruisat 5...6

Impuritile care sunt prezente n cupru, datorit condiiilor de elaborare iprelucrare, se pot grupa n impuritifoarte solubile: Ag, Au, Zn, Al, Ga, Si, Ge,Fe, Co, Ni, Mn, Sn i Pt, n impuritipuin solubile: Mg, Ti, Zr, Cd, In, Be, Cr,As i Sb, n impuriti practic insolubile n cuprul solid i care formeazeutectice uor fuzibile: plumb, bismut i taliu i n impuriti care formeaz cucuprul compui chimicifragili: oxigen, sulf, fosfor, seleniu i telur. Pentru dousortimente reprezentative de cupru utilizate n industria electronic i anumepentru Cu-OFE (cupru rafinat electrolitic, fr oxigen) i Cu-PHCE (cupru cuconductibilitate mare, cu coninut de fosfor), limitele maxime admisibile ale

impuritilor, conform standardului romnesc SR ISO 431:1995, sunt 0,001 %pentru fiecare din elementele oxigen, sulf, seleniu, telur, bismut i plumb,0,0001 % pentru fiecare din elementele cadmiu, mercur i zinc i 0,0003%pentru fosfor, cu condiia ca suma elementelor Ag, As, Bi, Mn, Se, Sn i Tl snu depeasc 0,004 %; pentru nichel, mangan i fier nu sunt precizate limite.

Asupra valorilor modului de elasticitate al cuprului o influen mare o arestibiul i zincul. Limita de elasticitate a cuprului variaz cu temperatura (fiind decirca 1...5 MPa la temperatura de 100C) i cu gradul de puritate. Astfel, latemperatura de 20C, limita de elasticitate este de 4,28 MPa pentru puritatea de

99,999 % i, respectiv, de 14,8 MPa pentru puritatea de 99,97 %. Rezistena larupere a cuprului n stare recoapt la temperatura ambiant este 220 MPa,alungirea corespunztoare este de 50 %, iar striciunea la rupere este de 70 %.

152


6/47

Variaiile acestor proprieti n funcie de gradul de reducere la laminareala rece sunt prezentate n diagramele din figura 12.3.

Fig. 12.3. Influena procesului de laminare la rece asupra caracteristicilormecanice ale cuprului Cu-ETP rafinat electrolitic, cu coninut de oxigeni cuprului Cu-OFErafinat electrolitic, fr oxigen, dezoxidat cu fosfor.

Duritatea cuprului n funcie de gradul de reducere aplicat prin laminareala rece este prezentat n tabelul 12.4.

Tabelul 12.4.

Duritatea cuprului n funcie de reducerea prin laminare la rece

Gradul de reducere, % 0 3 10 40 80 95Duritatea Vickers, HV 41 80 90 100 110 115

153


7/47

Asupra valorii duritii cuprului o influen care nu poate fi neglijat o arei mrimea granulaiei. Astfel pentru cuprul industrial cu puritatea de 99,98%,la mrimea medie a grunilor structurii de 30 m, duritatea este de 41 HV, ntimp ce la granulaia corespunztoare unui diametru mediu de 150 m duritateacorespunztoare este 35 HV.

Dintre impuriti, asupra valorilor proprietilor mecanice ale cupruluiinflueneaz n cea mai mare msur oxigenul, fosforul i stibiul, chiar la valorimici ale concentraiei acestora. Influena acestor elemente asupra unorproprieti mecanice ale cuprului se prezint n tabelul 12.5.

Tabelul 12.5.Influena unor impuriti asupra proprietilor mecanice ale cuprului

ElementulDomeniul de variaie

a elementului, [%]Domeniul de variaie a proprietilor

Rm [MPa] A10 [%] Z [%]

Oxigen 0,016...0,360 223...251 53...55 77...39Fosfor 0,030...0,950 220...272 59...66 80...86

Stibiu 0,004...0,470 218...230 66...48 74...66 influen neglijabil

Plasticitatea la cald i la rece a cuprului este foarte mare, atingnd valoriale reducerilor maxime de pn la 90 %. Se recomand totui ca la laminarea larece s nu se depeasc valoarea gradului de reducere de 70 % pentru a seputea folosi integral i eficient plasticitatea materialului metalic. Textura de

laminare a cuprului este dat de orientrile (110) [112] sau (112) [111].

Fig. 12.4. Diagrama de recristalizare acuprului Cu-OFE rafinat electrolitic.

De asemenea, n cazul lami-nrii la cald se va cuta s semenin temperatura semifabrica-tului n timpul laminrii, prin

nclzirea sculelor, astfel ca tempe-ratura de deformare s se plaseze nintervalul de 650...930C.

Elementele nsoitoare solu-bile nu afecteaz plasticitatea cu-prului, n schimb mresc rezistenamecanic i duritatea acestuia.Plasticitatea cuprului este sensibil

nrutit la concentraii aleoxigenului de peste 0,1 %.

Temperatura de recristalizarea cuprului este de 220C, dardepinde ns de gradul de ecruisarea materialului (fig.12.4). Pentru

recoacere, cuprul se nclzete latemperaturi de circa 400...700 C.

154


8/47

n ceea ce privete rezistena la coroziune, cuprul, ca i aliajele acestuia,este rezistent la coroziunea atmosferic, n ap, inclusiv srat, n soluii alcalinecu excepia celor amoniacale i n unele substane organice. Cuprul nu rezist laaciunea compuilor sulfului.

Tipurile de coroziune ntlnite la cupru i la aliajele sale sunt coroziuneaprin puncte (pitting) i coroziunea sezonier, aceasta din urm reprezentnd

corodarea intercristalin aprut n atmosfere corosive, cnd materialul metalicprezint tensiuni interne rmase de la laminarea la rece sau ca urmare a aplicriiunor fore exterioare (coroziune sub sarcin).

12.2. PRINCIPALELEPROPRIETI ALE ALIAJELOR SPECIALECU BAZ DE CUPRU DESTINATE LAMINRII

Sub denumirea de aliaje speciale sau complexe cu baz de cupru suntcuprinse toate aliajele avnd ca baz sistemul cupru-zinc, denumite alame, saucupru-staniu, denumite bronzuri, dar n care, n cazul alamelor speciale, sunt

adugate n mod intenionat i alte elemente de aliere, n scopul mbuntiriianumitor caracteristici fizico-chimice i mecanice, iar n cazul bronzurilorspeciale s-a nlocuit staniul cu alte elemente, diferite de zinc sau nichel.

Alamele binare, conin ca element de aliere zincul n concentraie de peste25%, alte elemente gsindu-se n aliaj numai sub form de impuriti. Aliajelecupru-zinc cu mai puin de 25 % zinc se numesc, n general, tombacuri. Alamelebinare cupru-zinc utilizate n tehnic conin pn la 45 % zinc i, n funcie deconcentraia zincului i de starea materialului (turnat, recopt, laminat la cald saula rece), pot avea diferite structuri. Din diagrama de echilibru a sistemului de

aliaje cupru-zinc, prezentat n figura 12.5, se remarc faptul c alamele binarepot fi monofazice (alame , alame ) sau bifazice (alame +).

Faza , fiind o faz plastic se lamineaz uor la rece, ns la temperaturicuprinse ntre 350...700C, devine fragil din cauza incluziunilor de plumb ibismut care, gsindu-se sub form de eutectice uor fuzibile, se topesc. Spredeosebire de faza , faza este o faz dur care la temperaturi mici, n domeniul

n care exist starea ordonat', se lamineaz foarte greu, dar la temperaturi maimari dect temperatura de ordine-dezordine (454...468C), trecnd n stareadezordonat, devine plastic la 800C laminndu-se foarte uor. Prezena fazei n faza determin scderea rapid proprietilor de plasticitate i creterearezistenei la deformare care atinge un maximum cnd aliajul este format numaidin faza . Prezena fazei n structura alamelor micoreaz plasticitatea la recei, din aceast cauz, alamele + se prelucreaz plastic n special la cald.

Conform diagramei de echilibru, alamele monofazice exist de latemperatura ambianti pn la temperatura de topire, iar alamele bifazice +cu concentraii de 37...46 % zinc, de asemenea exist, de la temperaturaambianti pn la temperatura de 903C.

Alamele speciale sunt aliaje multicomponente cu baz de cupru realizate

tot pe baza sistemului cupru-zinc, la care se mai introduc unul sau mai multeelemente de aliere ca: Si, Al, Sn, Pb, Fe, Mn, Ni, Cr, Co Zr, B, Ti, V etc. cu

155


9/47

scopul mbuntirii diferitelor proprieti ale alamelor binare. In general,elementele de aliere se gsesc n alame dizolvate n soluia solid, micorndsolubilitatea zincului n cupru i favoriznd formarea fazei . Excepii de laaceast situaie produc Ni, Co i Ag care au efect opus. Fiind aliaje ternare icuaternare sau chiar mai complexe, transformrile structurale n alamele specialese pot determina numai pe baza diagramelor de echilibru termic a sistemelor cu

muli componeni, ndeosebi pe baza diagramelor ternare Cu-Zn-Si, Cu-Zn-Al,Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Pb, Cu-Zn-Fe, Cu-Zn-Mn i Cu-Zn-Ni.

Fig. 12.5. Diagrama de echilibru a sistemului de aliaje cupru-zinc.

Deoarece coninutul n elemente de aliere este relativ mic, max 5...10 %,structura alamelor speciale este alctuit, n general, din aceiai constitueni ca ialamele binare i anume, din agregate cristaline de soluii solide i .

Elementele de aliere se gsesc dizolvate n reeaua cristalin a soluieisolide, ceea ce modific caracteristicile. Numai n anumite cazuri pot apare aliconstitueni structurali. De aceea, n mod practic, se poate considera c o partedin zinc se nlocuiete printr-un alt element de aliere, astfel nct raportulcantitativ dintre fazele i se schimb, cu toate c se menine acelai coninutde cupru. Aceast influen a elementului de aliere se poate caracteriza,

aproximativ, cu ajutorul coeficientului de echivalen Ki,acesta simboliznd c1% din elementul respectiv produce acelai efect structural precum Ki [%Zn],ntreaga cantitate de aliaj fiind egal cu 100 %.

156


10/47

Coeficienii de echivalen pentru principalele elemente de aliere nalamele speciale au valorile prezentate n tabelul 12.6.

Tabelul 12.6.Valorile coeficienilor de echivalen Ki pentru alamele speciale

Elementele Si Al Sn Mg Pb Fe Mn Ni CoCoeficienii Ki 10 6 2 2 1 0,9 0,5 -1,3 -0,5

In funcie de valoarea coeficientului de echivalen Kii concentraia Ci aelementului de aliere nlocuitor al zincului, concentraia procentual n zinc aalamei speciale se calculeaz cu relaia:

[ ]ZnCKZnCu

CKZnC

ii

iiZn %,100%%

%

++

+=

(12.3.)

De exemplu, dac ntr-o alam cu 70 %Cu i 30 %Zn, se substituie 2 %zinc cu 2 % siliciu (coeficient de echivalen Ki = 10), atunci concentraiaprocentual n zinc a alamei speciale obinute va fi:

( )( )

[ ]ZnCZn %7,40100210702821028

=++

+= (12.4.)

adic structura alamei devine bifazic (+).Echivalentul structural al alamelor cu 70 %Cu i 30 %Zn este alama

special cu 76 %Cu, 22 %Zn i 2 %Al, care se folosete pentru executareaevilor, laminate la rece sau trase, pentru condensatoare.

Dou din elementele de aliere ale alamelor speciale (nichelul i cobaltul)lrgesc domeniul , adic se comport ca i cum ar mri coninutul de cupru n

aceste aliaje. Dac se adaug nichel ntr-o alam+, faza ncepe s dispardin structuri alama special respectiv devine monofazic.Din punctul de vedere al aciunii asupra structurii i, implicit, asupra

proprietilor alamelor speciale, elementele de aliere se pot clasifica n doucategorii i anume n elemente care ngusteaz domeniul , adic micoreazsolubilitatea zincului n cupru (Si, Al, Fe, Sn i Mn) i n elemente care lrgescdomeniul , adic mresc solubilitatea zincului n cupru (Ni, Co i Ag).

Pentru realizarea prin laminare a tablelor, benzilor i evilor, n practicsunt utilizate mai multe tipuri de alame speciale.

Alamele cu plumb sunt alame bifazice + utilizate att pentru obinereaproduselor deformate, ct i a unor produse turnate, plumbul adugndu-sepentru a mbunti prelucrabilitatea prin achiere.

Alamele cu aluminiu sunt caracterizate prin rezisten mecanic mai maredect a alamelor obinuite i prin rezisten mare la coroziune i la oxidare.

Alamele cu staniu au rezisten mare la coroziune i se folosesc pentruproduse laminate, n schimb alamele cu siliciu se utilizeaz la turnarea pieselorcu perei subiri. Simbolizarea i compoziia acestor alame speciale, inclusiv acelor cu nicheli a celor complex aliate se prezint n subcapitolul 12.4.

Bronzurile speciale sunt acele aliaje cu baz de cupru n care staniul,zincul sau nichelul nu sunt elemente principale de aliere. n trecut, subdenumirea de bronzuri se cuprindeau numai aliajele cupru-staniu.

157


11/47

n mod obinuit, bronzurile cu staniu sunt denumite pe scurt bronzuri, iarcelelalte sunt bronzurile speciale, cptnd calificativul dup principalul elementde aliere: bronzuri cu aluminiu, bronzuri cu siliciu, bronzuri cu mangan,bronzuri cu beriliu, bronzuri cu plumb etc. Categoria bronzurilor speciale estedeschis pentru a cuprinde i alte noi aliaje cu baz de cupru, aplicabileindustrial.

Diagrama de echilibru a sistemului de aliaje cupru-staniu este prezentat n figura 12.6. Bronzurile cu staniu sunt aliaje binare cupru-staniu care coninpn la 15 % staniu dar, n general, cele utilizate n practic sunt aliaje complexealiate cu zinc, fier, plumb, fosfor, nichel, mangan i cu alte elemente.

Fig.12.6. Diagrama de echilibru a sistemului de aliaje cupru-staniu.

Structura acestor aliaje depinde de compoziia lor chimic, dar i decondiiile de solidificare, de deformare plastic sau de tratament termic. Ingeneral, bronzurile cu pn la 9% staniu, turnate i recoapte, au structurapoliedric de soluie solid omogen. Prin solidificarea cu viteze obinuitebronzurile cu 5...6 % staniu au n structur att soluia solid dendritic ct i

eutectoidul (+). Prin laminare la rece i recoacere de recristalizare rezult ostructur poliedric de soluie solid omogen cu macle.

158


12/47

Din cauza intervalului mare de temperaturi n care are loc solidificareabronzurilor cu staniu i a difuziei lente a staniului n cupru, n semifabricateleturnate din bronzuri cu staniu apar att segregaii dendritice accentuate ct iporozitate dispers.

Bronzurile cu staniu sunt utilizate n tehnic datorit bunei rezistene lacoroziune i rezistenei mari la uzare mecanic.

Alte aliaje ale cuprului, pe lng alame i bronzuri, se mai pot menionaaliajele Cu-Ni cum sunt cuprunichelurile care conin 15...35 %Ni, caracterizatede o deformabilitate mare la rece i la cald, rezisten foarte mare la coroziune irefractaritate ridicat. Cuprunichelurile sunt utilizate la confecionareainstrumentelor medicale, a tacmurilor, bijuteriilor sau rezistenelor electrice(nichelina cu circa 32%Ni). Aliajul cu 40...45%Ni numit constantan, arerezistivitatea electrici fora termoelectric ridicate i, ca atare, este utilizat laconfecionarea rezistenelor i aparatelor de nclzire care lucreaz pn latemperatura de 700C. De asemenea, se mai pot meniona aliajele Cu-Mn care

sunt caracterizate de rezistivitate electric mare, motiv pentru care sunt utilizatepentru reostate. Aceste aliaje au circa 12%Mn (manganin), sau 20%Mn(manganin dublu), dar i alte elemente de aliere ca 2...4%Ni sau 3...5,5 %Al.

12.3. INFLUENA ELEMENTELOR DE ALIERE NALIAJELE SPECIALE CU BAZ DE CUPRU

n cazul alamelor speciale i a bronzurilor speciale, mbuntireadiferitelor proprieti ale acestora, ca rezistena mecanic (limita de curgere,rezistena la rupere), proprietile de plasticitate (alungirea i striciunea la

rupere), tenacitatea, rezistena la coroziune, rezistena la oxidare la cald,prelucrabilitatea etc. se realizeaz prin aliere.

Influena zincului. n alamele cu concentraia corespunztoare domeniului, creterea procentului de zinc conduce la creterea rezistenei i alungirii larupere a aliajului, ductibilitatea atingnd un maxim la 30%Zn. Creterea ncontinuare a concentraiei zincului, prin apariia fazei , produce scderea rapida alungirii i creterea, n continuare, a rezistenei care atinge un maximum cnd

ntreaga structur a aliajului respectiv este format din faza . n continuarerezistena va scdea brusc ca urmare a apariiei fazei , fragile (fig.12.7).

Fig.12.7 Influenaconinutului de zinc asupracaracteristicilor mecanice

ale alamelor.

159


13/47

Pe msur ce proporia de faz n structur crete, reziliena aliajuluiscade, iar duritatea se mrete, aliajul devenind extrem de dur dar i fragil, cndapare faza .

In cazul bronzurilor, prezena zincului amelioreaz proprietiletehnologice ale aliajelor, respectiv micoreaz intervalul de temperaturi pentrusolidificare, mrete fluiditatea aliajelor, reduce tendina acestora la saturarea n

gaze, mpiedicnd formarea suflurilor, dar n acelai timp micoreaz iproprietile antifriciune. Zincul, dizolvndu-se n cupru, se gsete n soluiasolidi se adaug pn la circa 11%.

Influena aluminiului. Aluminiul se adaug n alame pn la 6% avndinfluen puternic n special asupra rezistenei la rupere. Astfel, de exemplu, unadaos de 1% Al conduce la creterea rezistenei la rupere a alamelor cu88N/mm2, aceasta deoarece 1% Al are un efect echivalent cu circa 5%Zn.

Fig. 12.8. Diagrama de echilibru asistemului de aliaje cupru-aluminiu.

Alamele cu 18...30% Zn i 3...5% Alprezint transformri de faz n stare

solid i pot fi supuse durificrii princlire i mbtrnire artificial. Deasemenea, aluminiul contribuie i lacreterea rezistenei la coroziune i arezistenei la oxidarea la cald aalamelor mbuntind, n acelai timpi stabilitatea structurii la nclzire,prevenind creterea grunilor.

In bronzul cu staniu, aluminiul nu

va fi prezent deoarece are o aciuneduntoare mrind granulaia i porozi-tatea, n special la produsele turnate,deci i la semifabricatele destinatedeformrii plastice. In bronzurile cualuminiu (sistemul cupru - aluminiu)concentraia acestuia ajunge pn la15%. Pentru deformare, bronzurile cualuminiu au concentraii de pn la 7%pentru deformarea la rece (structurmonofazic - c.f.c.) i concentraii de8...11% pentru deformarea la cald(structur bifazic+ pentru tempe-raturi cuprinse ntre 565...1035oC,conform figurii 12.8).

Din figura 12.9 rezult c bronzurile care conin pn la 5% Al auplasticitatea ridicat, iar rezistena relativ mic. La coninuturi de peste 6 % Al

n structura aliajului n stare turnat apare i eutectoidul +2, care producecreterea rezistenei, ns n detrimentul plasticitii care scade brusc. Laconinuturi de aluminiu de peste 10%, prin creterea cantitii de faz 2 naliajul turnat, ncepe s scadi rezistena la rupere a aliajului.

160


14/47

Fig. 12.9. Variaia caracteristicilor mecanice ale bronzurilorcu aluminiu n funcie de coninutul n aluminiu.

Influena manganului. Manganul se adaug n alame pn la concentraiide 2%, pentru a mrii rezistena la rupere, limita de curgere i alungirea.

In bronzuri manganul exerciti o aciune dezoxidant, mrete densitateai mbuntete proprietile lor mecanice. In bronzurile cu aluminiu ct i nbronzurile cu siliciu, manganul produce creterea rezistenei la coroziune.

Cuprul formeaz cu manganul soluii solide, care au rezistivitate ridicati rezisten mare la coroziunea n ap de mare i la oxidarea la temperaturi

nalte.Influena siliciului. Siliciul produce ngustarea domeniului al alamelor,

micornd solubilitatea zincului n cupru, mrete ns valoarea proprietilor derezisten i tenacitate (care se menin pn la -180oC), crete fluiditatea i

nltur pericolul de oxidare a zincului din aliaj n timpul turnrii pieselor sausemifabricatelor pentru deformare. In alame 1% Si are un efect echivalent cu

10% Zn. Siliciul n alame se introduce pn la un coninut de circa 3%.In bronzurile cu staniu, proporii de zecimi de procent de zinc reduc foarte

mult elasticitatea acestor aliaje.In bronzurile cu siliciu de importan practic, concentraia siliciului

variaz ntre 1,5...5%, asigurnd acestor aliaje proprieti mecanice i rezistenla coroziune foarte bune (fig.12.10). Siliciul, conferind aliajului i o elasticitatefoarte mare, face ca aceste bronzuri s fie utilizate i la fabricarea arcurilor i aaltor elemente elastice.

Influena staniului. In alame staniul produce creterea rezistenei la

coroziune, a limitei de curgere, a rezistenei la rupere i a duritii, darplasticitatea acestor aliaje scade brusc la coninuturi mai mari de 1% Sn, dincauza formrii constituenilor duri i fragili.

161


15/47

Fig. 12.10. Influena coninutului de siliciu asupra

caracteristicilor aliajelor cupru-siliciu.

In bronzul cu staniu proprietile mecanice ale cuprului sunt influenate dectre staniu n acelai mod ca i de ctre zinc, dar mult mai brusc (fig.12.11),plasticitatea ncepnd s scad chiar de la 5% Sn.

Fig. 12.11. Influena coninutului de staniu asupracaracteristicilor aliajelor cupru-staniu.

Rezistena mecanic crete pn la 20%Sn, de unde ncepe s scad,deoarece n structur exist mult faz care fragilizeaz aliajul.

Influena nichelului. In alame nichelul lrgete domeniul de existen al

soluiei solide , crescnd solubilitatea zincului n cupru, mrind rezistenamecanic, plasticitatea, tenacitatea i rezistena la coroziune la temperaturiridicate. De asemenea, nichelul imprim alamelor capacitatea de a se lustruibine. Nichelul n alame produce i creterea tenacitii fazei , ca i prezenamanganului, a fierului sau a aluminiului.

Alamele Cu-Zn-Ni sunt de dou tipuri i anume:- alame cu nichel, care conin 5...30% Zn i 7...30% Ni (restul cupru)

i care se numesc i argint de nichel sau argint german, datorit culorii albeargintii a acestora, atunci cnd coninutul de nichel este de circa 20 %. Acestealame au proprieti mecanice bune att la rece ct i la cald pn la temperaturide circa 800C;

- alame + cu nichel, numite i bronzuri de argint, care au n general

162


16/47

45 % cupru, 45 % zinc i 10 % nichel i se pot prelucra uor prin extrudare.In bronzurile cu staniu,

nichelul mbuntete proprieti-le mecanice la rece i la cald irezistena la uzur a materialului.De asemenea, nichelul este pre-

zent i n bronzurile cu siliciu,pentru ameliorarea proprietilormecanice i rezistenei la corozi-une. In bronzul cu 10%Al i3%Fe, coninutul de nichel deasemenea mbuntete proprie-tile de rezisten a aliajului(fig.12.12). In aliajele cupru-nichel, formate numai din soluii

solide (fig.12.13) cu reea c.f.c.,creterea concentraiei de nichelconduce la mrirea proprietilormecanice (fig.12.14), a rezisteneila coroziune, a rezistivitii elec-trice i a proprietilor termoelec-trice ale cuprului.

Influena fierului. Limita desolubilitate a fierului n faza ,

dar i n faza , a aliajelor cupru-zinc, este de 0,2 %. Peste aceastlimit fierul precipit sub formacompusului FeZn7, care acionea-z n direcia finisrii structurii.Acelai efect l are fierul i ncazul alamelor + , finisnd istructura Widmanstatten. Prinaceste efecte fierul mreterezistena la rupere, limita decurgere i alungirea la rupere aalamelor. Fierul produce icreterea temperaturii de nceperea recristalizrii pentru cupru ialiajele sale. In bronzurile custaniu fierul de asemenea producecreterea proprietilor mecaniceca urmare a finisrii grunilor,

ns la coninuturi mai mari de

0,2% duritatea crete mult, iarbronzul devine fragil.

Fig. 12.12. Influena nichelului asupracaracteristicilor bronzului Cu Al 10 Fe3.

Fig. 12.13. Diagrama aliajelor cupru-nichel.

Fig.12.14. Variaia rezistenei la rupere aaliajelor Cu-Ni cu coninutul de nichel.

163


17/47

Influena beriliului. Beriliul este un element de aliere specific bronzului.

Fig. 12.15. Partea dinspre cuprua diagramei cupru-beriliu.

Din diagrama de echilibrucupru-beriliu (fig.12.15) re-zult c la temperatura ambi-ant cuprul dizolv maximum0,2% Be, iar prin clire de la

800C, se poate obine, la20C, o soluie solid suprasaturat de beriliu ncupru care, prin mbtrnireartificial la 300...350oC,asigur duriti foarte mari, de300...400 HB, ca urmare aprecipitrii fazei (CuBe sauCu7Be6). De asemenea, bron-

zurile cu beriliu prezint ivalori ridicate ale rezisteneila rupere, rezistenei la corozi-une, rezistenei la deformrielastice mari i sudabilitii.

Elemente nocive n cupru i aliajele sale. In cupru, impuritile nu trebuies ating, ca valori nsumate, coninutul de maximum 1%. Oxigenul, bismutul,plumbul i sulful sunt insolubile n cupru i, ca atare, ele apar ca incluziuni.Celelalte impuriti ca Sb, As, Fe, Se, P etc., n concentraiile n care se gsesc

n cupru sunt solubile formnd soluii solide cu cuprul.Bismutul i plumbul sunt cele mai duntoare impuriti pentru cupru,deoarece formeaz cu acesta eutectice uor fuzibile. Aceste eutectice, avndtemperaturi de topire reduse (271oC i, respectiv, 327oC) produc fragilitatea lacald a cuprului, respectiv conduc la imposibilitatea deformrii la cald a cupruluicu astfel de impuriti. Din aceast cauz concentraiile maxime admise de Bi iPb n cupru sunt de 0,005% i, respectiv, 0,02%.

Efectul negativ al bismutului i plumbului este mult atenuat dac n cupruse introduc elemente ca Zr, Ca sau Ce care formeaz cu bismutul i plumbulcompui greu fuzibili.

Cu oxigenul cuprul formeaz eutectic cu 0,39% O2, cu temperatura detopire de 1065oC, ceea ce face ca oxigenul s fie practic inofensiv. Se admite

ns, maxim 0,1% O2 n cupru deoarece provoac fragilitatea cuprului prin aanumita boal de hidrogen a cuprului. Cuprul n acest caz nu poate fi deformat lacald fr s fisureze deoarece n timpul nclzirii semifabricatelor n cuptoare cuatmosfer reductoare de H2 sau CH4, aceste gaze difuzeaz n cupru i,reacionnd cu oxigenul, formeaz vapori de ap, care produc ruperi locale(fisuri) ca urmare a presiunii mari exercitate asupra lor.

Concentraii mai mari de 0,1% O2 n cupru, reduc sensibil i plasticitatea

la rece a cuprului.Sulful fiind de asemenea insolubil n cupru, formeaz cu acesta un eutectic

(Cu +Cu2S) cu punct de topire 1067oC i care nu produce fragilitatea la cald a

164


18/47

cuprului, dar compusul Cu2S, cu temperatura de topire 1129oC, prezent la

limitele de grunte ale cuprului, produce scderea proprietilor de rezisteniplasticitate ale acestuia.

Arseniul se dizolv n cupru, formnd soluie solid, pn la 7,5%concentraie, mrind temperatura de recristalizare a acestuia, fapt care sersfrnge negativ asupra plasticitii cuprului i aliajelor sale.

De asemenea, arseniul formeaz i compui fragili care se dispunintergranular.Stibiul i fosforul de asemenea micoreaz plasticitatea cuprului i

aliajelor sale, ca urmare a unor compui fragili, care se dispun la limitele degrunte favoriznd ruperile intercristaline.

12.4. PARAMETRII TEHNOLOGICI DE LAMINAREA ALIAJELOR SPECIALE CU BAZ DE CUPRU

12.4.1. Parametrii tehnologici de laminarea alamelor speciale

Compoziia chimic a aliajelor cupru-zinc (alamelor) destinate prelucrriiprin laminare la cald sau la rece, n funcie de tipul acestor aliaje, se prezint ntabelele 12.7, 12.8 i 12.9, conform standardului STAS 95-90.

Tabelul 12.7Aliaje cupru-zinc, fr plumb, deformabile (STAS 95-90)

Marcaaliajului

Compoziia chimic, %

Densitatekg/dm3

Elemente dealiere

Impuriti

Cu Zn Pb Fe Mn Al Sn Total

CuZn10 89...91 Rest 0,05 0,1 0,05 0,02 0,05 0,4 8,8CuZn15 84...86 Rest 0,05 0,1 0,05 0,02 0,05 0,4 8,8CuZn20 79...81 Rest 0,05 0,1 0,05 0,02 0,05 0,4 8,7CuZn30 68...71 Rest 0,05 0,1 0,05 0,02 0,05 0,4 8,5CuZn36 63...65 Rest 0,07 0,1 0,1 0,03 0,03 0,4 8,4

CuZn37 62...64 Rest 0,3 0,2 0,1 0,03 0,03 0,8 8,4

Tabelul 12.8Aliaje cupru-zinc, cu plumb, deformabile (STAS 95-90)

Marcaaliajului

Compoziia chimic, % Densi-tatea

kg/dm3Elemente de aliere Impuriti

Cu Pb Zn Fe Mn Al Sn TotalCuZn36Pb1 61...64 0,5...1,5 Rest 0,2 0,1 0,05 0,1 0,5 8,5CuZn35Pb1,5 62...64 0,7...2,5 Rest 0,2 0,1 0,05 0,1 0,5 8,5CuZn39Pb2 57...60 1,0...3,0 Rest 0,4 0,2 0,1 0,3 1,5 8,4CuZn39Pb3 57...59 2,5...3,5 Rest 0,4 0,2 0,1 0,2 1,5 8,4CuZn40Pb1 59...61 0,3...1,5 Rest 0,3 0,1 0,05 0,2 1,0 8,4

165


19/47

Tabelul 12.9

Aliaje cupru-zinc deformabile speciale (STAS 95-90)

Marcaaliajului

Compoziia chimic, % Densi-tatea,

kg/dm3

Elemente de aliere Impu-rit

i,%maxCu Pb Fe Mn Al Si Zn Alte

CuZn31Si 66...70 - - - -0,7...1,3

Rest - 2,2 8,4

CuZn36AlMnFe 58...620,1...1,5

0,5...2,0

0,2...2,5

1,0...3,0

- RestNi =0...5

0,5 8,4

CuZn38Pb2Mn2 57...601,5...2,5

-1,5...2,5

- - Rest - 2,5 8,5

CuZn39Mn1,5Al 56...600,1...1,5

-0,5...2,0

0,5...2,0

0,1...0,5

Rest - 0,5 8,2

CuZn39Ni3 57...61 - - - - - RestNi =3...4

0,2 8,3

CuZn40Mn3,5 53...58

0,1...

0,5

0,5...

1,5

3,0...

4,0 - - Rest - 1,0 8,3CuZn42Mn3Al 57...60 - -

2,0...4,0

1,5...2,0

0,6...0,9 Rest - - 8,3

CuZn42Mn3Al2 57...600,2...0,35

-2,0...4,0

1,2...2,4

- Rest - - 8,3

CuZn28Sn1 70...73 - - - - - RestSn =1...2

0,3 8,5

CuZn38Mn1,5Al 57...600,5...1,0

-1,0...2,0

1,0...1,5

0,3...0,7

RestSn =

0...0,50,5 8,5

n cazul alamelor speciale, nclzirea n vederea laminrii trebuie s fie

efectuat n domeniul fazelor sau +, faze care au cea mai bun plasticitatela temperaturi nalte. Depirea temperaturilor optime de laminare la cald aalamelor (valabil i pentru bronzuri) conduce la creterea exagerat a grunilorfazei i la scderea rezistenei acesteia. La scderea temperaturii de laminaresub 450oC, n alame se formeaz faza cu plasticitate redus, iar scderea ncontinuare a temperaturii, pe lng micorarea plasticitii, produce i creterearezistenei la deformare.

Din diagramele de recristalizare a cuprului (fig.12.4) i aliajelor sale rezultcgradul critic de deformare, care determin apariia unei granulaii grosolane

dup recristalizare sau prin laminare la cald, se afl n limitele 5...15%. Deci,laminarea la caldpoate conduce la obinerea unei granulaii fine i la obinereaunor proprieti mecanice superioare, dac se vor aplica grade de reduceresuperioare celor critice, iar intervalul temperaturilor de laminare a alamelorspeciale va fi cuprins ntre 800...950C (v. tabelul 11.1).

Din cercetrile efectuate privind comportarea la deformarea la cald acuprului i alamelor au rezultat urmtoarele:

- cuprul, ntr-un interval foarte mare de temperaturi de deformare(550...850oC), are plasticitatea practic nelimitat;

- creterea concentraiei zincului n cupru, pn la 20 % Zn, produce omicorare nensemnat a plasticitii i se poate considera, pentru aceast grupde alame, c plasticitatea este, la fel ca mai sus, practic nelimitat;

166


20/47

- la creterea concentraiei zincului n alame pn la 36% deformabilitateaaliajelor scade brusc; creterea, n continuare, a concentraiei zincului n cupruproduce o modificare structural n aliaj i din nou se produce cretereadeformabilitii; astfel, de exemplu, alama cu 41% Zn, n domeniultemperaturilor nalte de deformare, prezint deformabilitate mai mare dectalama cu 38% Zn;

- din diagramele de plasticitate ale cuprului i alamelor rezult condiiilede laminare la cald, prezentate n tabelul 12.7.

Tabelul 12.7Parametrii tehnologici de laminare la cald a alamelor

% Cun

alam

Intervalulde

temperaturiC

Reducereaadmisibil,

%

% Cun

alam

Intervalulde

temperaturiC

Reducereaadmisibil

%

99,98 900...550 85...90 68,0 850...700 50...6095,12 900...550 70...75 63,82 850...650 60...6589,03 850...650 70...75 57,98 850...700 35...40

70,89 850...750 40...45 58,27(1,12%Pb)

800...700 70...75

In cazul laminrii la rece a cuprului i alamelor reducerea total maximadmis, ntre dou tratamente termice de recoacere de recristalizare, variaz

ntre 50...80%, iar reducerile pe treceri, ntre 15...45 %.Pentru laminarea la rece a principalelor aliaje cupru-zinc, sunt prezentate

n figura 12.16 a...g curbele de ecruisare caracteristice acestor aliaje, din care sepot trage concluzii privind comportarea la deformarea prin laminare a alamelor.

12.4.2. Parametrii tehnologici de laminarea bronzurilor speciale

Compoziiile chimice, conform standardelor romneti, ale diferitelormrci de bronzuri speciale deformabile, utilizate pentru obinerea produselorlaminate, sunt prezentate n tabelele 12.8, 12.9 i 12.10.

Tabelul 12.8

Aliaje speciale cupru-staniu deformabile (SR ISO 427:1996)

Simbolizare ElementCompoziia chimic, % Densitate

mediekg/dm3

Cu Fe Ni P Pb Sn Zn

CuSn8Pminmax

rest-

0,1-

0,30,10,4

-0,05

7,59,0

-0,3

8,8

CuSnZn2min

max

rest-

0,1

-

0,3

-

-

-

0,05

3,0

5,0

1,0

3,0

8,9

CuSn4Pb4Zn3minmax

rest -0,1

--

0,010,50

3,54,5

3,54,5

1,54,5

8,9

167


21/47

a b

c d

Fig.12.16. Diagramele de variaie a caracteristicilor mecanice ale cupruluii aliajelor cupru-zinc cu gradul de deformare la laminarea la rece:

a - pentru cuprul electrolitic Cu-OF conform SR ISO 431:1995 ( __ mrimea de

grunte 0,015mm; _ _ mrimea de grunte 0,040 mm; b - pentru alama CuZn10(mrimea de grunte 0,018 mm); c - pentru alama CuZn15 ( __mrimea degrunte 0,015 mm; _ _ mrimea de grunte 0,070 mm; d - pentru alama CuZn30;

168


22/47

e f

Fig.12.16. (continuare):e pentru alama CuZn30 (mrimea de

grunte 0,020mm);f pentru alama CuZn37 (mrimea de

grunte 0,06 mm);g pentru alama CuZn39Pb1 (mrimeade grunte 0,012 mm).

g

169


23/47

Tabelul 12.9

Aliaje speciale cupru-aluminiu deformabile (SR ISO 428:1996)

Simbolizare Compoziia chimic, % kg/dm3Cu Al Fe Mg Mn Ni Pb Si Sn Zn

CuAl7Fe3SnRest

6,0

8,0

1,5

3,5

-

-

-

1,0

-

1,0

-

0,05

-

-

0,15

0,50

-

0,5 7,7CuAl7Si2 Rest

6,07,6

-0,8

--

-0,1

-0,2

-0,25

1,52,4

-0,20

-0,5 7,7

CuAl8Fe3 Rest6,58,5

1,53,5

--

-1,0

-1,0

-0,05

--

--

-0,5 7,7

CuAl9Fe4Ni4 Rest8,011,0

2,54,5

--

-3,0

2,55,0

-0,1

-0,1

-0,2

-0,5 7,6

CuAl9Mn2 Rest8,010,0

-1,5

--

1,53,0

-0,8

-0,05

--

--

-0,5 7,5

CuAl9Ni3Fe2 Rest8,09,5

1,03,0

-0,05

-2,5

1,54,0

-0,05

-0,1

-0,2

-0,2 7,5

CuAl10Fe3 Rest8,5

11,0

2,0

4,0

-

-

-

3,5

-

1,0

-

0,05

-

-

-

-

-

0,5 7,6CuAl10Ni5Fe4 Rest

8,511,0

2,05,0

--

-1,5

4,06,0

-0,05

--

--

-0,5 7,6

Tabelul 12.10Aliaje speciale Cu-Ni-Zn deformabile (SR ISO 430:1995)

SimbolizareCompoziia chimic, %

kg/dm3Cu Fe Mn Ni Pb Zn

CuNi18Zn2060,064,0

-0,3

-0,5

17,019,0

-0,5 Rest 8,8

CuNi18Zn27 53,056,0-

0,3-

0,517,019,0

-0,5

Rest 8,7

CuNi15Zn21 62,066,0-

0,3-

0,514,016,0

-0,5

Rest 8,7

CuNi12Zn24 62,066,0-

0,3-

0,511,013,0

-0,5

Rest 8,7

CuNi12Zn29 57,061,0-

0,3-

0,511,013,5

-0,5

Rest 8,6

CuNi10Zn27 61,0

65,0

-

0,3

-

0,5

9,0

11,0

-

0,5Rest 8,6

CuNi18Zn19Pb1 59,063,0-

0,3-

0,717,019,0

0,51,5 Rest 8,8

CuNi10Zn28Pb1 59,063,0-

0,3-

0,79,0

11,01,02,0

Rest 8,6

Comportarea la deformarea prin laminare a bronzurilor a fost studiat nmsur destul de redus i, n consecin, n literatura de specialitate se dauindicaii tehnologice foarte sumare, cu caracter informativ. O particularitate abronzurilor este intervalul mare de temperaturi la care are loc cristalizarea i, ca

urmare, aceste bronzuri prezint tendin accentuat spre segregaieinterdendritic. Cu ct este mai sczut temperatura de turnare i mai ridicat

170


24/47

viteza de rcire, cu att zona cristalelor columnare este mai puin adnc. nacelai timp, creterea vitezei de rcire asigur o structur cu gruni fini, mrindastfel plasticitatea aliajului n stare turnat.

Intervalul temperaturilor de deformare pentru bronzurile speciale este750...850C (v. tabelul 11.1). Intervalul ngust al temperaturilor de deformareconduce la necesitatea deformrilor cu numr minim de operaii i treceri. O

asemenea deformare duce la mrirea rezistenei la deformare a materialului.Mrirea vitezei de deformare conduce, de asemenea, la mrirea rezistenei ladeformare. La temperaturi ridicate, bronzurile au plasticitatea mic, insuficientpentru laminarea la cald, acest procedeu de prelucrare aplicndu-se destul de rar.

Semifabricatele turnate din aliaje cupru-staniu destinate laminrii la recese supun, n prealabil, tratamentului termic de recoacere de omogenizare latemperatura de 750...780C timp de circa 6 h, prin care se urmrete attuniformizarea compoziiei chimice, ct i descompunerea fazelor fragile.

Pentru laminarea la rece a bronzurilor cu staniu, semifabricatele turnate nu

vor avea o grosime mai mare de 60...65 mm. Reducerile aplicate, frtratamentul termic de recoacere de recristalizare, pot ajunge la circa 35...60 %,cu reduceri medii pe trecere de 8...25 %. Reduceri cu valori tot mai mari petreceri se vor aplica bronzurilor speciale cu structur de deformare, recristalizati pe msur ce grosimea semifabricatului se micoreaz pe parcursul operaiilorde laminare la rece.

Comportarea unor bronzuri la deformarea prin laminare la rece i lanclzirea efectuat dup o asemenea deformare este prezentat n figura 12.17.

a b

Fig.12.17. Diagramele de variaie a caracteristicilor mecanice ale unorbronzuri cu gradul de deformare la laminarea la rece:a - pentru bronzul CuSn5; b - pentru bronzul CuSn8

171


25/47

c d

e f

Fig. 12.17. (continuare):c - pentru bronzul CuAl10Fe3;d- pentru bronzul

CuAl10Ni5Fe4;e - pentru bronzul CuSi3Mn1;

f- pentru bronzul Cu+20%Mn+20%Ni;

g - pentru bronzul CuSn7P.

g

172


26/47

h i

j k

Fig. 12.17. (continuare):h - pentru bronzul CuCr1; i - pentru bronzul Cu-13%Ni (__mrimea de grunte 0,015mm;

_ _ _mrimea de grunte 0,05 mm;j - aliaj Cu-30%Ni; k- aliaj Cu-13%Ni-17%Zn.

Pentru trei tipuri caracteristice de bronzuri deformabile la cald, custructur iniial de turnare i de deformare la cald, respectiv bronzuri dinsistemele:

- bronz 1: sistemul Cu-Al-Fe cu compoziia 8,5...11,0 %Al i2,0...4,0%Fe (CuAl10Fe3 conform standardului romnesc SR ISO 428:1996, v.tabelul 12.9);

- bronz 2: sistemul Cu-Be-Ni cu compoziia chimic 1,9...2,2%Be i

0,2...0,5% Ni (BrBe2 conform standardului rusesc GOST 1789);- bronz 3: sistemul Cu-Sn-P cu compoziia 7,5...9,0%Sn i 0,1...0,4%P(CuSn8P conform standardului romnesc SR ISO 427:1996, v. tabelul 12.8),

173


27/47

s-au obinut urmtoarele caracteristici de deformabilitate:a) domeniul de temperaturi cu plasticitate maxim:- pentru bronzul 1 - deformare la cald: 700...900oC;- pentru bronzul 2 - deformare la cald: 600...800oC;

- deformare la rece: 20...200oC;- pentru bronzul 3 - deformare la cald: 700...800oC;

- deformare la rece: 20...200o

C.b) tipuri de procese de deformare care pot fi aplicate:- bronzul 1 este aliaj foarte plastic i poate fi prelucrat prin laminare, dar

i prin forjare, matriare i extrudare;- bronzul 2 n intervalul de temperaturi de 20...200oC este un material

foarte plastic i poate fi procesat la rece prin laminare, dar i tragere; nintervalul de temperaturi corespunztor deformrii la cald poate fi procesat prinprocedee de laminare precum i prin extrudare;

- bronzul 3 prezint plasticitate ridicat la rece i poate fi prelucrat prin

laminare, dar i prin tragere; n domeniul temperaturilor corespunztoaredeformrii la cald aliajul prezint plasticitate practic nensemnat, din aceastcauz acest aliaj se proceseaz la cald doar prin extrudare, chiar i prin acestprocedeu deformarea executndu-se cu dificultate.

Pentru aliajele reprezentative acestor trei grupe de bronzuri se prezint nfigurile 12.18...12.20 domeniile de plasticitate, iar n figurile 12.21...12.23,variaia rezistenei la deformare n funcie de temperatur.

a bFig. 12.18. Diagramele de variaie a plasticitii exprimat prin

gradul maxim de reducere max i striciuneaZn funciede temperatura de deformare a bronzului CuAl10Fe3 nstare turnat (a) i n stare deformat (b).

174


28/47

a b

Fig. 12.19. Diagramele de variaie a plasticitii exprimat pringradul maxim de reducere max i striciuneaZn funcie

de temperatura de deformare a bronzuluiBrBe2 nstare turnat (a) i n stare deformat (b).

a b

Fig. 12.20. Diagramele de variaie a plasticitii exprimat pringradul maxim de reducere max i striciuneaZn funcie

de temperatura de deformare a bronzului CuSn8P nstare turnat (a) i n stare deformat (b).

175


29/47

Fig. 12.21. Variaia rezistenei la deformare exprimat prin rezistena larupereRmi limita de curgereRpn funcie de temperatura de deformare a

bronzului CuAl10Fe3: _ _ _ n stare turnat; ____ n stare deformat.

Fig. 12.22. Variaia rezistenei la deformare exprimat prin rezistena larupereRmi limita de curgereRp n funcie de temperatura de deformare

a bronzuluiBrBe2: _ _ _ n stare turnat; ____ n stare deformat.

Fig. 12.23. Variaia rezistenei la deformare exprimat prin rezistena larupereRmi limita de curgereRp n funcie de temperatura de deformare

a bronzului CuSn8P: _ _ _ n stare turnat; ____ n stare deformat.176


30/47

Din examinarea acestor diagrame rezult urmtoarele:- caracteristicile de deformabilitate depind de natura aliajului i

constituenii structurali ai acestuia; astfel se constat diferene eseniale ntrevalorile caracteristicilor de deformabilitate ale aliajelor n stare turnati n starede deformare la cald (prin extrudare);

- pentru bronzurile din sistemul Cu-Sn-P se constat un interval foarte

ngust de temperaturi (700...800o

C), n care pot avea loc procese de deformare lacald; de asemenea, datorit deformabilitii reduse a acestor aliaje, pot fiprelucrate plastic numai n condiiile unor stri de tensiune cu comprimritriaxiale, cum este de exemplu cazul extrudrii; de asemenea, aceast clas debronzuri nu poate fi deformat prin procese caracterizate de viteze ridicate dedeformaie;

- n cazul bronzurilor din sistemul Cu-Be-Ni, care sunt foarte plastice attla cald ct i la rece, se constat c valoarea superioar a temperaturilor pentrudeformare la cald este limitat la 800oC; peste aceast valoare, deformabilitatea

aliajului scade;- bronzurile din sistemul Cu-Al-Fe prezint deformabilitate ridicat la cald(la 700...900oC) att prin prelucrare plastic static ct i dinamic; diferena

ntre valorile parametrilor de deformabilitate ale aliajului prelucrat static idinamic n intervalul de temperaturi (0,4...0,64) Ttop se explic prin mecanismuldeformrii n cele dou situaii.

Bronzurile cu staniu i fosforsunt bronzuri deformabile (laminabile) carese caracterizeaz printr-un coninut mai redus de staniu dect cele de turntorie,astfel nct structura s fie monofazic, alctuit din soluie solid plastic attla cald ct i la rece. Bronzurile deformabile conin, n general, maximum 8...9%Sn. Ca adaosuri de aliere se utilizeaz n special fosforul, n proporie de0,02...0,4 %, zincul n proporie de 2...5 % i plumbul n proporie de 1,5...4,5%,acesta din urm cu scopul de a mbuntii prelucrabilitatea prin achiere.

Bronzurile cu beriliu au devenit aliaje deosebit de importante pentrutehnica modern, datorit proprietilor excepionale de rezisten i duritate,elasticitate, rezisten la oboseal i uzur. Bronzurile cu beriliu industriale seutilizeaz pentru turnare i pentru laminare. Bronzurile cu beriliu deformabile(laminabile) conin n mod normal, 2...2,7 %Be. La coninuturi mai mici, sub1%Be, durificarea este insuficient, iar la coninuturi de peste 2,7 %Be aliajele

se deformeaz greu, datorit prezenei fazei . Pentru a economisi beriliu seadaug elemente de aliere, care au acelai efect de durificare, dar mai slab, cumsunt cobaltul, fierul nichelul, siliciul, argintul, manganul sau titanul.

Laminarea la rece dup clirea de punere n soluie a bronzurilor cuberiliu mrete duritatea la maximum realizabil i accelereaz durificarea. Defapt ecruisajul creeaz germeni care mresc viteza de precipitare. Astfel, gradulde dispersie a precipitatelor este mai mare, iar prin tratament termic se obincaracteristici mecanice superioare.

Bronzurile cu aluminiu industriale pot fi binare (aliaje cupru-aluminiu)

sau complexe care, n afar de componenii de baz, cupru i aluminiu, coninadaosuri de aliere ca fier, mangan, nichel sau plumb. n funcie de structuriproprieti, se pot distinge trei categorii principale descrise n continuare.

177


31/47

a) aliaje deformabile la rece, cu structur monofazic (soluie solid,omogeni plastic) cu mai puin de 7 % aluminiu;

b) aliaje deformabile la cald, care conin 8,0...11,0 %Al i se pot deformauor la cald, n stare de soluie solid omogen; printr-un tratament de clire sepoate menine faza i la temperatura ambiant, ns n stare de echilibrumetastabil;

c) aliaje de turntorie, care conin 9...15 %Al i de cele mai multe ori suntaliaje complexe, cu adaosuri de fier, mangan, nichel sau plumb.

In ceea ce privete rezistena la deformare a acestor clase de aliaje se potmeniona urmtoarele:

- n cazul aliajului Cu-Be-Ni, creterea temperaturii pn la 400oC nuproduce scderea accentuat a rezistenei la deformare, valoarea acesteia semenine ridicat (de pn la 400 MPa) pn la temperatura de 500oC;

- la bronzurile cu Al i Fe, nclzirea pn la 400oC produce reducerearezistenei la deformare de la 600 la 430 MPa, iar la bronzurile Cu-Sn-P

nclzirea pn la 200o

C nu produce practic nici o modificare a rezistenei ladeformare;La aliajele din aceste trei clase de bronzuri, cercetrile privind deformarea

prin extrudare la temperaturi de 650...680oC, au condus la urmtoarele valoriale presiunii de deformare:

- aliaj Cu-Al-Fe ; pm = 80 MPa;- aliaj Cu-Be-Ni ; pm = 125 MPa;- aliaj Cu-Sn-P ; pm = 110 MPa.In funcie de cele de mai sus se prezent urmtoarele concluzii privind

comportarea la deformare a acestor trei clase de bronzuri:- bronzurile cu Al i Fe prezint o foarte nalt plasticitate la cald, att nstare turnat ct i n stare deformat la cald; aliajele se deformeaz bine attprin solicitri statice ct i dinamice; astfel se pot forja i matria la cald laciocane cu viteze de impact de pn la 5...6 m/s, se pot extruda cu viteze de pnla 100...120 cm/s i, respectiv, se pot lamina cu ori i ce valoare a gradului dedeformare;

- bronzurile cu Be i Ni prezint dou domenii cu plasticitate ridicatrespectiv att la temperaturi joase (deformare la rece) ct i la temperaturi de600...850oC; la deformarea la rece prin laminare se pot aplica reduceri mari, iarprin tragere reducerea de seciune poate ajunge pn la 20%; pentru laminarea lacald, intervalul de temperatur recomandat este 600...800oC, iar pentru extrudaredomeniul este mult mai ngust respectiv 730...780oC;

- bronzurile cu Sn i P la temperaturi joase (deformare la rece) sunt foarteplastice, putndu-se aplica reduceri mari la laminare, iar la tragere reducerile deseciune pe treceri nu vor depi 15...20%; laminarea la cald este posibil ntr-uninterval ngust de temperaturi i la viteze de deformaie foarte joase; plasticitateafoarte redus a acestor aliaje, face ca la extrudare s nu se depeasc viteze dedeformare de 50...80 mm/s.

In cazul laminrii la rece a bronzurilor speciale reducerea total maximadmis, ntre dou tratamente termice de recoacere de recristalizare, variaz

ntre 50 i 80 %, iar reducerile pe treceri, ntre 15 i 45 %.178


32/47

Capitolul 13

LAMINAREA ALIAJELOR NEFEROASESPECIALE CU BAZ DE NICHEL

Nichelul este foarte mult utilizat sub form de aliaje. Utilizarea nicheluluieste determinat n principal de proprietile remarcabile de rezisten lacoroziune, proprieti deosebit de importante n industria chimici alimentar.

Aliajele cu baz de nichel mai importante conin cupru, crom sau fier, iarcele speciale sunt aliaje complexe care conin elemente ca mangan, beriliu,aluminiu, siliciu, titan i molibden care formeaz combinaii ce precipitprovocnd efecte de durificare. Proprietile de utilizare ale acestor aliaje diferfoarte mult de la un aliaj la altul: rezisten foarte mare la coroziune, rezistivitateelectric ridicat, proprieti remarcabile la temperaturi ridicate, permeabilitatemagnetic mare sau constant la variaia cmpului magnetic, coeficient dedilatare termic mic etc.

13.1. PROPRIETI FIZICO-MECANICE I TEHNOLOGICEALE METALULUI DE BAZ

Nichelul este elementul chimic situat n grupa a VIII-a a sistemuluiperiodic al elementelor, este nrudit cu fierul, fiind un metal de tranzi ie dinaceeai grup a sistemului periodic al elementelor dar, totodat, face trecereaspre metalele stabile, respectiv cupru, cu care se aseamn n multe privine.

Nichelul cristalizeaz n sistemul de cristalizare cub cu fee centrate, cuparametrul reelei 3,516i nu prezint nici o transformare alotropic.

Greutatea specific, la temperatura de 20C, calculat

pe bazaparametrului de reea este de 8,907g/cm3. Coeficientul de dilatare termicliniar, ntre 27C i 100C, este de 13 x 10-6 (C) - 1 i crete cu temperaturapn la un maxim, n apropierea punctului Curie de la 368C.

Cldura masic variaz cu temperatura i trece printr-un maximum npunctul Curie (fig.13.1). Valoarea medie, ntre 27 i 100C, este de 544 J/Kg K.

Conductivitatea termica nichelului este cu att mai mare cu ct puritateaacestuia este mai ridicat. La 100C conductivitatea termic are valoarea de0,198 cal/cm.sC, iar valoarea medie pentru intervalul de temperaturi 27...100Ceste de 0,145 cal/cm.sC (60,7 w/m.K);

Rezistivitatea electric la 20C a nichelului electrolitic este 6,844cm.Aceast valoare crete cu temperatura, coeficientul de temperatur mediu pentru

179


33/47

intervalul 0...100C fiind de 0,00692. In funcie de rezistivitatea electric la20C, rezistivitatea la diferite temperaturi crete i anume, de circa 4 ori pn la350C i de circa 6 ori pn la 900C (fig.13.2).

Fig.13.1. Variaia cldurii masice a nichelului napropierea punctului Curie.

Fig.13.2. Variaia raportului de rezistivitate RT/R23oC In funcie de

temperatur n cazul nichelului.

Referitor la proprietile magnetice, nichelul este feromagnetic latemperatura ambiant, avnd direcia cristalografic de uoarmagnetizare. Aceast proprietate se pstreaz pn la temperatura punctului

Curie (368C). Permeabilitatea magnetic a nichelului este cu att mai mare cuct i puritatea acestuia este mai ridicat. n schimb, ecruisarea reduce

180


34/47

permeabilitatea magnetic i ridic valoarea cmpului coercitiv. Aceste efectesunt practic anulate prin recristalizare.

Proprietile mecanice ale nichelului, determinate pe eantioanepolicristaline de nalt puritate n stare recoapt, au urmtoarele valori:

Rm =270 20 MPa; Rp02 = 34 5 MPa;A5 = 20 4 %; HV = 670 40 MPa.

Modulul de elasticitate al lui Young are valoarea E = 211000 MPa n staredemagnetizati E 226000 MPa n stare magnetizat la saturaie. Prin reducereapuritii nichelului proprietile de rezisten cresc simitor. Variaiaproprietilor mecanice ale nichelului tehnic n funcie de gradul de reducere aplicat la deformarea la rece este dat de urmtoarele relaii:

Rm = (Rm)0 + 1,1 0,81; Rp02 = (Rp02)0 + 13,7

0,38 ;HB = (HB)0 + 21,6

0,46; lg A5 = 1,672 - 0,0224 + 0,00012.

n care valorile cu indice o corespund strii moale recristalizate.Principalele proprieti mecanice i fizice ale nichelului sunt prezentate In

tabelul 13.1.Tabelul 13.1

Caracteristici mecanice i fizice ale nichelului

Nr.crt.

ProprietateaUnitatea de

msurValoarea

1.2.3.4.5.

6.7.

8.9.

10.11.12.

13.14.15.16.17.18.19.20.

Rezistena la rupere, RmLimita de curgere, RcAlungirea la rupere, AsModulul de elasticitate longitudinal, EConductibilitatea termic (20C...100C)

Rezistivitatea electric (20C)Coeficientul de dilatare termic liniar(ntre 27C i 100C)Cldura latent de topireCldura specific medie ntre 27 i 100C

Temperatura de fierbereTemperatura de topireDensitatea (25C)

Temperatura de transformare magneticParametrul reeleiReeaua cristalinConfiguraia electronicStri de oxidareVolumul atomicMasa atomicNumrul atomic

MPaMPa

%MPa

W/mK(cal/cm grd/s)

Ohmm

grd-1

(cal/grd)J/kg K

(cal/ggrd)CC

kg/dm3

C

---

cm3/mol--

circa 470circa 150circa 40205 800

60,7(0,145)9,510-8

1310-8

308,98103

544(0,130)280014558,89

368C3,516c.f.c.

[Ar] 3d84s2-

6,658,69

28

n ceea ce priveteproprietile tehnologice ale nichelului se cunoate c

acesta este foarte sensibil la recristalizare n prezena impuritilor.Temperatura de recristalizare depinde de gradul de deformare i de duratatratamentului de recoacere i are valoarea de 500C pentru nichelul tehnic cu

181


35/47

puritatea de 99,2%, n timp ce la eantioane de nichel cu puritate de 99,94 %temperatura de recristalizare coboar la 290C.

Caracteristicile tehnologice mai importante ale nichelului sunt:- temperatura de turnare 1550...1650 C;- temperatura de deformare la cald 1140...1250 C;- temperatura de recoacere 700...800 C;

- temperatura de recristalizare 300 C;- contracia liniar la solidificare 1 %.Deformabilitatea att la cald ct i la rece a nichelului este ridicat.

Deformaia plastic introduce n structura nichelului defecte reticulare a crorconcentraie crete cu gradul de deformare. Acest fenomen este evideniat princreterea rezistivitii materialului.

Textura de deformare a nichelului, determinat pe probe cu o puritate de99,96%, are orientrile (123) [121] pentru deformarea prin laminare. Duprecoacerea de recristalizare prelungit, tabla de nichel laminat are textura

cubic (100) [001].Privindproprietile chimice, nichelul se aseamn cu metalele preioase.Astfel, nichelul se caracterizeaz prin mare stabilitate la coroziune n aer, n apsau chiar n acizi. Nichelul este complet stabil fa de apa dulce sau de mare, desoluiile alcaline sau alcaliile topite, de amoniac i fa de multe substaneorganice sau anorganice. Acidul sulfuric i clorhidric produc coroziune lent.Chiar acidul fluorhidric, n comparaie cu alte metale, l atac mai greu. n acidazotic diluat se dizolv intens, dar n schimb, n acid azotic concentrat sepasiveaz.

13.2. ELEMENTE DE ALIERE I IMPURITI N ALIAJELESPECIALE CU BAZ DE NICHEL

Aliajele speciale cu baz de nichel cuprind diferite clase de materiale, carese caracterizeaz prinproprieti speciale, cum sunt rezistivitate electric mare,for termoelectromotoare, coeficient de temperatur a rezistivitii foarte mic,proprieti magnetice (permeabilitate magnetic nalt sau constant), dilataretermic foarte mic, refractaritate i rezisten la temperaturi ridicate, rezistenla oxidare i la coroziune etc.

De aceea, din punctul de vedere al domeniilor de utilizare, aceste aliaje seclasific n aliaje pentru construcii de maini, aliaje pentru electrotehnic, aliajecu proprieti speciale i aliaje termorezistente (refractare).

n funcie de principalul elementde aliere, aliajele cu baz de nichel sepot clasifica n aliaje cu cupru, aliaje cu mangan, aliaje cu crom, aliaje cu fier,aliaje cu molibden, aliaje cu siliciu, aliaje cu titan, aliaje cu cobalt, aliaje cualuminiu i aliaje cu beriliu. Cteva dintre aliajele mai uzuale i dintre celespeciale cu baz de nichel sunt prezentate n tabelul 13.2.

Impuritile prezente n nichel se clasific n trei categorii: a) impuriticare reacioneaz cu nichelul cum sunt oxigenul, sulful, arsenul, fosforul,seleniul, telurul i stibiul; b) impuriti practic insolubile cum sunt carbonul,plumbul, bismutul i cadmiul; c) impuriti solubile n stare solid cum suntcobaltul, fierul, siliciul i cuprul.182


36/47

183


37/47

184


38/47

Cobaltul, fierul, siliciul i cuprul formeaz cu nichelul soluii solide care,dei mresc puin rezistena mecanic i rezistena electric a nichelului, nuinflueneaz negativ prelucrabilitatea prin deformare plastic.

Carbonul provine n nichel sau n aliajele de nichel din creuzetele degrafit sau cnd se folosete ca dezoxidant pentru nichel. La coninuturi rezidualede peste 0,1 %, nrutete plasticitatea nichelului datorit separrii sub form

de grafit la limitele grunilor.Plumbul i bismutul sunt practic insolubile n nichel n stare solid i se

separ sub form de particule metalice sau compui la limitele grunilor, deaceea se limiteaz coninutul maxim la 0,01 % n cazul plumbului i la 0,001 %

n cazul bismutului.Sulful nu se dizolv n nichel i l face fragil la rou, imposibil de

deformat la cald. Pentru nlturarea influenei duntoare a sulfului se adaugmagneziu i mangan, care formeaz cu sulful compui (sulfuri) greu fuzibile,care nu mai au influen prea mare asupra proprietilor i prelucrabilitii prin

deformare a nichelului.Oxigenul formeaz cu nichelul compusul NiO, care formeaz cu nichelulun amestec eutectic. Cantiti mici din acest eutectic nu influeneazdeformabilitatea i caracteristicile mecanice ale nichelului.

Fosforul formeaz compusul Ni3P care alctuiete cu nichelul un eutecticuor fuzibil la temperatura de 880C i insolubilitate practic n stare solid.Coninutul maxim admisibil de fosfor trebuies fie sub 0,001%

Arsenul, seleniul, telurul i stibiul alctuiesc cu nichelul eutectice uorfuzibile, de aceea coninutul n aceste elemente se limiteaz sub 0,001%.

13.3. PARAMETRII TEHNOLOGICI DE LAMINARE A ALIAJELORSPECIALE CU BAZ DE NICHEL

Principalele grupe de aliaje deformabile cu baz de nichel sunt aliajelenichel-cupru (de tip Monel), aliajele nichel-fier (cu proprieti specialemagnetice, termice sau elastice), aliajele nichel-cromi nichel-crom-fier(stabilela oxidare la cald) de tip Cromel, Nicrom sau Inconel i aliajele complexedurificabile structural (inoxidabile i refractare) de tip Inconel, Hastelloy,Nimonic i Udimet (v. tabelul 13.2).

13.3.1. Parametrii tehnologici ai aliajelor nichel-cupru

Nichelul mpreun cu cuprul fiind izomorfe (reea cubic cu fee centrate)i avnd raze atomice de dimensiuni foarte apropiate se aliaz n orice proporie,formnd solide, dup cum se observ din diagrama de echilibru termic nichel-cupru, prezentat n figura 13.3.

Rezistena mecanici, respectiv, rezistena la deformare cresc la mrireaconinutului de cupru, atingnd un maximum la 30...40 %Cu.

Plasticitatea aliajelor scade continuu cu creterea concentraiei de cupru,dar rmne totui suficient de mare, indiferent de coninutul de cupru n nichel.

Odat cu creterea coninutului de cupru n aliajele nichel-cupru crete irezistena la coroziune i rezistivitatea electric a acestora.

185


39/47

Principalele aliaje nichel-cupru sunt aa-numitele aliaje Monel, careconin 67...70 % Ni; 26...30 % Cu i max. 3 % Fe i 1,5 % Mn.

Fig.13.3. Diagrama de echilibru nichel-cupru.

Caracteristicile mecanice nstare ecruisat i caracteristiciletehnologice ale acestor aliaje sunt:- rezistena la rupere prin trac-

iune 650...850 MPa;- limita de curgere 630...800 MPa;- alungirea relativ 2...3 %;- duritatea 210 HB- temperatura de topire 1370C;- temperatura de laminare la cald1200...800C;- temperatura de recoacere de re-cristalizare 800...850C.

Ca structur, sunt aliajemonofazice (soluie solid).Adaosurile de fier, mangan,

siliciu etc. rmn n soluia solidpe care o durific prin aliere.

Aliajele speciale cu baz de nichel i cupru sunt aliajele ternare Ni-Cu-Zn,Ni-Cu-Al i Ni-Cu-Mn.

Aliajele industriale Ni-Cu-Zn (v. tabelul 12.10) se cunosc sub denumireade alpaca, newsilber i argentan. Cel mai folosit aliaj de tip alpaca are

compoziia 15 % Ni i 20 % Zn, care are structur monofazic format dinsoluie solid ternar de nichel i zinc n cupru. Rezistena mecanic este maibun dect a aliajelor binare, iar plasticitatea are valori mari.

Aliajele Ni-Cu-Al sunt cunoscute sub denumirea de aliaje cunial i suntsusceptibile la durificarea structural prin tratament termic, care const dinclire de la 900...1000 C i revenire la 500...600 C, pentru a se realizadescompunerea soluiei solide suprasaturate, nsoit de formarea unei structurieterogene, cu dispersia foarte fin a fazelor precipitate.

Prin aceasta se produce creterea sensibil a rezistenei mecanice iduritii aliajului.

Cel mai mare efect se obine prin tratament termomecanic, adiclaminarea la rece dup clire i apoi revenirea.

Aliajele Ni-Cu-Mn (de exemplu constantanul cu 45 % Ni, 35 % Cu i1,5%Mn) se caracterizeaz prin cea mai nalt for termoelectromotoare dintretoate aliajele de nichel i, de aceea, se folosesc pentru termoelemente.

Aliajele speciale nichel-cupru pot fi deformate plastic cu uurin prinlaminare lacald, dar i prin laminare la rece, chiar cu grade de reducere foartemari pe seciune, fr recoaceri intermediare. Se obin produse sub form detable, benzi, evi cu perei subiri precum i alte produse sau semifabricate.

Aceste aliaje, dup laminare i dup recoacere, au rezistena la rupere de400...600 MPa i proprieti de plasticitate foarte bune caracterizate, deexemplu, de alungiri cuprinse ntre 35...53 % i striciuni de 65...75 %.

186


40/47

13.3.2. Parametrii tehnologici ai aliajelor nichel-fier

Aliajele nichel-fiersunt deosebit de importante att cu baz de nichel, cti cu baz de fier, acestea fcnd trecerea gradat de la aliajele feroase (oelurialiate cu nichel) ctre aliajele neferoase (cu coninut mare de nichel i frcarbon). Aliajele nichel-fier au coninut ridicat de nichel i posed proprieti

magnetice, termice i elastice deosebite. Ca atare, aceste aliaje se mpart n treigrupe distincte prezentate n continuare.

Aliajele nichel-fier magnetice au permeabilitatea magnetic mare iconin 70...80 % Ni i 20...30 % Fe precum i coninuturi mici de magneziu,siliciu i cupru. Un exemplu tipic pentru aceast grup este aliajul Permalloy cu78,5 % Ni i 21,5 % Fe care, printr-un tratament termic special (omogenizare la1200C n atmosfer de hidrogen, recoacere secundar la 600 C i rcire cuvitez strict determinat), capt valori de pn la 90000 gaui/oerstezi alepermeabilitii, la o for coercitiv foarte mic, de 0,03 Oe.

Dac concentraia nichelului scade la circa 45% i, pe lng circa 30%Fese introduce i 25%Co, se obine aliajul Perminvar care este caracterizat destabilitatea valorii permeabilitii magnetice.

Aliajele nichel-fier cu proprieti termice speciale conin 30...40%Ni,4...18%Cu, max 0,3%C, restul fier. Din aceast grup de aliaje cele maiutilizate suntInvarul,Elinvaruli Kovarul, care prezint coeficieni de dilatarefoarte mici i constani la creterea temperaturii.

Aliajele nichel-fier cu proprieti elastice speciale (de exemplu elinvarul)conin 33 %Ni; 4...5 %Cr i mici cantiti de wolfram, titan, beriliu i alte

elemente. Prezint un coeficient de temperatur al modulului de elasticitatesczut, ceea ce face ca ntr-un interval de la 0 la 40oC modulul de elasticitate alaliajului s fie constant.

Aliajele nichel-fier au deformabilitate foarte buni se pot lamina att lacald ct i la rece obinndu-se, cu uurin, benzi cu grosimi de pn la 25 m.

13.3.3. Parametrii tehnologici ai aliajelor nichel-crom

Aliajele nichel-crom i nichel-crom-fiersunt aliaje refractare i se folosescpentru confecionarea rezistenelor electrice ale cuptoarelor de nclzire. Pot fi

folosite pn la 1200oC ca, de exemplu, aliajul Nicrothal cu 80%Ni i 20%Cr.Pentru temperaturi mai sczute se utilizeaz aliajul ternar de tip Nichrom cu60%Ni, 16%Cr i 24%Fe.

Din sistemul ternar nichel-crom-fiersunt utilizate, n general, aliaje cu50...70 % Ni, 10...30 % Cr i 10...30 % Fe denumite generic cromonicheluri cu

fier. Aceste aliaje nu se pot utiliza dect la temperaturi sub 900oC. Un adaos depn la 8%Mo mrete rezistena la temperaturi nalte a aliajelor de tip nichrom.

Aliajele binare nichel-crom sunt monofazice pn la circa 30%Cr conformdiagramei de echilibru termic din figura 13.4 i, prezentnd reea C.F.C., au

plasticitatea bun, dar rezistena la deformare este mare chiar i la temperaturiridicate, ceea ce face ca laminarea acestor aliaje s devin dificil, n specialcnd coninutul de crom depete 20%.

187


41/47

Temperatura de recristalizare a acestor aliaje este, de asemenea mare, iar

Fig. 13.4. Diagrama de echilibru a sistemului Ni-Cr

viteza procesului de re-cristalizare este mic, ceeace indic prezena uneiecruisri puternice chiar latemperaturi nalte. Aceste

aliaje sunt caracterizate ide coeziune intercristalinmic (n special cnd ncompoziia aliajului sunti impuriti de sulf,fosfor, plumb sau staniucare dau compui uorfuzibili) i de conductibi-litate termic sczut, ceea

ce impune condiii severepentru regimul termic denclzire i laminare.

13.3.4. Parametrii tehnologici ai aliajelor complexe

Aliajele complexe de nichel sunt, n general, inoxidabile i refractare(tabelul 13.2) i conin, pe lng elementele de aliere obinuite (Cu, Fe, Cr),adausuri de Mn, Al, Be, Si, Ti i Mo care formeaz combinaii care precipit,producnd durificarea structural a aliajelor.

Aceste aliaje complexe sunt caracterizate de proprieti de rezisten, decii de rezisten la deformare, ridicate, dar cu valori ale indicilor de plasticitatece nu coboar, n general, mult sub cele ale nichelului, dac aliajele sunt n starerecoapt. Deci se poate aprecia c aceste aliaje se pot lamina n condiii foartebune att la cald ct i la rece, dar eforturile de deformare vor fi ceva mai maridect n cazul aliajelor convenionale pe baz de nichel. Aliajele de nichel pot fideformate prin orice proces n piese (forjare, matriare), profile (laminare,extrudare), srme (laminare i tragere) sau produse plate - table i benzi (prinlaminare).

Pentru principalele aliaje complexe de nichel, parametrii tehnologicirecomandai pentru procesele de laminare sunt:

- intervalul de temperaturi de laminare: 1200...800C;- unghiul maxim de prindere la laminarea la cald: 15...25;- coeficientul de frecare: - la laminarea la cald: 0,25...0,45;

- la laminare la rece - fr ungere: 0,20...0,25;- cu ungere: 0,10...0,15;

- gradul de reducere: - la laminarea la cald: 15...30 %;- la laminarea la rece - total: 50...70%;

- pe trecere: 10...40%;

Durificarea se poate realiza prin clire n ap de la 800...1200oC urmat derevenire la 600...800oC, prin revenire dup deformarea plastic prin laminare larece sau prin laminare la cald.188


42/47

Capitolul 14

LAMINAREA ZINCULUI I A ALIAJELORCU BAZ DE ZINC

14.1. PROPRIETI FIZICO-MECANICE ITEHNOLOGICE ALE ZINCULUI

Zincul este elementul situat n subgrupa II B a sistemului periodic i faceparte dintre metalele bivalente grele, mpreun cu cadmiul i mercurul, care sunt

omologii si superiori.Sistemul de cristalizare a zincului este hexagonal compact cu parametrii

reelei, la 25oC, a = 2,664 i c = 4,946 .Greutatea specific la 25oC, pentru puritatea de 99,999% este 7,133 g/cm3

i crete la 7,14 g/cm3 pentru zincul de puritate tehnic.Coeficientul de dilatare termic liniar ntre 20 i 100oC, pentru zincul

tehnic, are valoarea de 39,5 . 10-6 (oC)-1.Cldura masic la 20oC pentru zincul tehnic este 0,0926 cal/g oC (sau

387,6 J/Kg K).Conductivitatea termic la 20oC este = 0,265 cal/cm,oC,s (sau = 110,9

W/mK). Variaia cu temperatura a conductivitii termice prezint un minim njurul temperaturii de 110 K i un maxim la 290 K (pentru zinc cu puritate foarteridicat, 99,999%).

Rezistivitatea electric pentru zincul tehnic este = 5,75.10 m2/m (la0C) i variaz cu temperatura corespunztor valorii coeficientului detemperatur al rezistivitii = 0,00417.

Modulul de elasticitate longitudinal are valorile E = 80000...130000 MPa,n funcie de puritate, iar modulul de elasticitate transversal G = 38000 MPa.

n funcie de starea materialului, proprietile de rezisten mecanic alezincului sunt prezentate n tabelul 14.1.

Tabelul 14.1Proprieti de rezisten ale zincului

ProprietateaStarea

turnat deformat recoptRm, MPa 20...70 110...150 70...100Rp02, MPa 40 80...100 -Duritatea HB 30...40 35...45 -

Alungirea A5, % 0,3...0,5 10...20 40...50

In tabelul 14.2 se prezint proprietile mecanice i fizice ale zincului.

189


43/47

Tabelul 14.2Proprieti mecanice i fizice ale zincului

Nrcrt.

ProprietateaUnitatea de

msurValoarea

1.2.

3.4.5.6.

7.

8.9.

10.

11.

12.13.14.15.16.17.

Rezistena la traciuneLimita de elasticitate

Alungirea la rupereModulul de elasticitate transversalRezistivitatea (0C)Cldura specific (20C)

Conductibilitatea termic (20C)

Temperatura de fierbereTemperatura de topireDensitatea (20C) stare turnat

stare laminatParametrul reelei (20C)

Structura cristalinConfiguraia electronicStri de oxidareVolumul atomic(20C)Masa atomicNumrul atomic

MPaMPa

%MPa

OhmmJ/kg K

(cal/ggrd)W/kg K

(cal/ggrd)CC

gcm-3

---

cm3/atom g--

14070

50100000

5,7510-8

387,6(0,0926)

110,9(0,265)

906419,57,1337,142a=2,664c=4,946h.c.

[Ar] 3d104s2

+29,17

65,3830

Proprieti tehnologice. Deformarea plastic a zincului are loc prinalunecare i maclare. Sistemele de alunecare sunt:- sistemul principal este cel bazal (0000) < 1120>- sisteme secundare: - alunecare secundar de ordinul II - (1122)

- alunecare piramidal de ordinul I -(1101)- alunecare prismatic (1100)

Deformarea prin maclare are loc dup sistemul (1012)Deformabilitatea zincului crete simitor odat cu trecerea de la starea de

turnare la starea de deformare, plasticitatea de exemplu, exprimat prin

alungirea la rupere, crete de peste 40 de ori. Zincul pur se deformeaz uor maiales cnd este nclzit pn la 150oC.

14.2. ELEMENTE DE ALIERE I IMPURITIN ALIAJELE CU BAZ DE ZINC

Cuprul n concentraie de pn la 2% formeaz soluii solide cu zincul inu influeneaz practic deformabilitatea zincului. La concentraii de peste 2%,cuprul nrutete plasticitatea zincului, n special cnd temperatura dedeformare coboar sub 100oC.

Magneziul formeaz cu zincul compui intermetalici, care mrescrezistena la deformarea la rece a acestuia. Fa de zincul electrolitic (fr

190


44/47

magneziu) de exemplu, care are o rezisten la rupere dup laminare de 170MPa,deformat n aceleai condiii, zincul cu 0,01%Mg va avea o rezisten la ruperede 250...260 MPa.

Impuritile existente n zinc ca staniul i plumbul formeaz un eutecticternar uor fuzibil (temperaturi de topire circa 150oC) care face imposibildeformarea zincului la temperaturi de peste 150oC. Pe acest considerent zincul

destinat laminrii la cald nu trebuie s conin peste 0,002 %Sn.Plumbul, fierul i cadmiul, impuriti obinuite n zinc, pn la o

concentraie de 0,05% nu mpiedic deformarea plastic a zincului.Fierul, insolubil n zinc i cadmiul, parial solubil n zinc, mresc

duritatea zincului, iar fierul n concentraie de 0,2...0,3% crete temperatura derecristalizare, respectiv ntrzie procesul de recristalizare a zincului, contribuindla obinerea unor table ecruisate chiar dup laminarea la cald.

Fierul n cantitate de pn la 0,01% formeaz cu zincul un compusintermetalic care pe lng mrirea duritii zincului produce i o oarecare

fragilitate.Cadmiul la solidificare se separ adesea la limitele de grunte influenndnegativ plasticitatea zincului n stare cald.

In cantiti de pn la 0,2...0,25% cadmiul nu mpiedic recristalizareazincului dup laminarea la rece. La concentraii mai mari, de pn la 3%duritatea zincului crete continuu, iar peste 3% cadmiu, acesta practic nu maiinflueneaz duritatea.

Plumbul este parial solubil n zinc n stare solid i se separ la limitagrunilor sub forma unui eutectic Pb-Zn sau chiar sub form de plumb metalic.

Pn la concentraia de 1,2% plumbul nu influeneaz deformabilitateazincului la cald sau la rece i nici valorile proprietilor sale mecanice.

14.3. PARAMETRII TEHNOLOGICI DE LAMINARE A ZINCULUII ALIAJELOR CU BAZ DE ZINC

Zincul de puritate ridicat recristalizeaz chiar i la temperatura ambiant.Totui, temperaturile optime pentru laminarea la cald a zincului (acest procesfiind cel cu cea mai mare pondere n prelucrarea plastic a zincului) sunt plasate

ntre 150...180oC pentru care indicele de plasticitate a zincului prezint un

maxim (fig.14.1) corespunztor unei alungiri la rupere de circa 40%.

Fig. 14.1. Influena temperaturiiasupra alungirii relativea zincului 99,99%laminat la cald.

191


45/47

Laminarea la calda zincului n stare de turnare se execut cu grade dereducere mici, 6...10%, n primele treceri pn se distruge structura de turnare asemifabricatului. Dup aceasta gradele de reducere pot s creasc pn lavaloarea maxim admis de condiiile de prindere a laminatului ntre cilindri(unghiul maxim de prindere variaz ntre 20 i 25).

In timpul laminrii la cald a zincului apare un efect termic puternic, care

produce creterea temperaturii laminatului cu att mai mult cu ct gradul dereducere aplicat a fost mai mare i temperatura de laminare mai joas (fig.14.2).

Fig. 14.2. Creterea de temperatur a zincului laminat la cald n funcie detemperatura de ncepere a laminrii i de reducerile pe trecere.

De exemplu, la laminarea unei benzi cu temperatura iniial de 100o

C,prin aplicarea unui grad de reducere de 50% se obine o cretere a temperaturiide circa 70oC.

Laminarea la rece a zincului se poate efectua n condiii bune numai dupo laminare prealabil la cald, cu aplicarea de grade de reducere cu valori de20...25%.

In ceea ce privete variaia proprietilor de rezisten ale zinculuideformat la rece se constat c valorile maxime se obin pentru un grad dedeformare de circa 40% (unde curba de ecruisare prezint un maxim). De

asemenea, s-a constatat c aceste proprieti de rezisten scad n timp. Deexemplu, dac n urma laminrii la rece cu = 40 % a unui semifabricat din zincelectrolitic, rezistena la rupere a fost de 259 MPa, acelai laminat, dup odepozitare de 30 zile, a avut rezistena la rupere de 220 MPa, respectiv a avutloc o micorare a rezistenei de 15%.

Zincul avnd o tendin pronunat de orientare prefereniat a cristalelorn timpul deformrii la rece prezinti o anizotropie a proprietilor, respectivrezistena la rupere este superioar pe direcia perpendicular pe sensul delaminare n timp ce indicii de plasticitate sunt mai mari pe direcia de laminare

(fig.14.3).Indicele de anizotropie, ca diferen relativ ntre valorile proprietilor pedou direcii perpendiculare, se determin cu relaia:

192


46/47

[ ]%,100.

)()(5,0

)()(

lmtm

lmtmRm

RR

RRA

+

= (14.1)

n care:Rmteste rezistena la rupere pe direcie transversal;

Rml - rezistena la rupere pe direcie longitudinal;ARm - indicele de anizotropie.

Indicele de anizotropie scade pe msur ce gradul total de reducere serealizeaz printr-un numr mai mic de treceri.

De exemplu laminndu-se o band din zinc cu un grad total de reducerede 75% anizotropia maxim pentru rezistena la rupere a fost de 31% pentrucazul laminrii n 13 treceri i a sczut la 15,5% pentru cazul laminrii ntr-osingur trecere. Pentru aceleai condiii de laminare anizotropia alungirii larupere a sczut corespunztor de la 55% la 34%.

Fig. 14.3. Anizotropia rezistenei la rupere i a numrului

de ndoiri a zincului laminat la rece.Reducerea anizotropiei se poate realiza prin schimbarea sensului de

laminare pentru ultima trecere. Alierea zincului ce urmeaz a se procesa prin deformare plastic

urmrete n principal mbuntirea proprietilor sale mecanice.Astfel, de exemplu, dac o band laminat la cald din zinc cu maxim

0,1%Pb are Rm=137 MPa i A5= 65 % rezistena la rupere va crete la 148 MPadac se mai adaug 0,05...0,08 %Cd sau va crete la 169 MPa dac n zinc seintroduce un procent de 0,85...1,25 %Cu. La acest ultim aliaj, dac se mai

introduce i pn la 0,016 % Mg rezistena la rupere crete la 206 MPa. In modcorespunztor alungirea va scdea la 52 %, 50 % i, respectiv, 20 %.

193


47/47

Dintre aliajele cele mai reprezentative ale zincului sunt aliajele care conin4...15 % Al, ca aliaje binare, iar ca aliaje ternare deformabile sunt cele dinsistemul Zn-Al-Cu, care conin 0,2...10 % Al i 2...5 % Cu.

Plasticitatea maxim a acestor aliaje se obine la temperaturi de270...300oC, iar structura de deformare apare doar dup aplicarea unor grade dereducere total de 40...50%.

Laminarea la cald a zincului i aliajelor sale se efectueaz prin douprocedee i anume prin laminarea n pachete i prin laminarea n rulouri.Laminarea n pachete cu toate c este o tehnologie nvechit, se practic

nc n multe uzine. Pentru aceasta se toarn semifabricatele (platine) n cochiliiorizontale deschise cu o grosime de 18...20 mm. Limea i lungimeasemifabricatelor se stabilete n funcie de dimensiunile finale cerute foilor detabl care vor avea grosimi de 0,5...2,5 mm.

Dup solidificare i rcirea pn la circa 150...180oC (n cazul zincului) se ncepe laminarea pe direcie transversal a semifabricatului i se continu n

3...6 treceri pn la grosimea de 2...4 mm. In continuare se uteaz tablelelaminate i se formeaz pachetul cu pn la 40 de foi n funcie de grosimeafinal dorit. Laminarea finisoare a pachetului de table se execut pe direcieperpendicular semnului laminrii degrosisoare. La laminarea n pachetecilindrii cajei de laminare (caj duo cu diametrul cilindrilor de 500...600 mm)trebuie s aib temperatura de 160...180oC. Ca urmare a creterii temperaturii ntimpul laminrii i ca urmare a efectului termic al deformaiei cu circa 50...70oCla sfritul laminrii produsului finit este practic complet recristalizat. In timpullaminrii tablele sunt lubrifiate cu o unsoare natural (seu topit).

Laminarea n rulouri se practic la zincul electrolitic de nalt puritate(99,99%) ct i la aliajele laminabile ale zincului. Trecerile degrosisoare seefectueaz la cald pe o caj reversibil aplicndu-se reduceri de circa 10...12%la primele treceri i pn la 40...45% la ultimele treceri (aproximativ 9...11treceri pentru o bram de 600...1000 kg).

Dup laminarea degrosisoare, tabla semifabricat se uteaz pe margini laun foarfece cu discuri, dup care laminarea continu la caja finisoare (duoreversibil sau ireversibil).

Laminarea se efectueaz la rece (40...50oC) i, pentru a prelua degajareade cldur rezultat prin efectul termic al deformaiei, cilindrii laminorului sunt

rcii cu ap la interior. Reducerile aplicate vor putea fi ct mai apropiate devalorile maxim admisibile.

Zincul i aliajele sale se prelucreaz i prin extrudare ns presiunile dedeformare necesare sunt mari (700...1000 MPa fa de 400 MPa la aluminiu i300 MPa la alame) ca urmare a posibilitii limitate a zincului de a se deformacu alungire. Temperatura recomandat pentru extrudare variaz ntre 200 i320oC, iar viteza de extrudare, n funcie de raportul de presare, variaz ntre4...8 m/min. Zincul i aliajele sale poate fi prelucrate i prin trefilare, n cazul

Laminare-partea4

Documents

Transcript of Laminare-partea4