Materiale si tehnologii - unitatea de invatare 12 (2).doc

7/25/2019 Materiale si tehnologii - unitatea de invatare 12 (2).doc

1/32

Materiale metalice

Unitatea de nvare nr. 12

MATERIALE METALICE

Cuprins Pagina

12.1. Obiectivele unitii de nvare Nr. 12 268

12.2. Definiii i scurt istoric 269

12.. !e"nolo#ii de obinere 2$2

12.%. &lasificare i 'ro'rieti 2$$12.%.1. &lasificarea metalelor 2$$12.%.2. (ro'rietile metalelor 28)

12.*. (rinci'alele metale i alia+ele lor. ,'licaii 286 12.*.1. -ierul si alia+ele feroase 28$ 12.*.2. Metale i alia+e neferoase 291

12.6. s'unsuri i comentarii la testele de autoevaluare 29$

12.$. /ucrarea de verificare nr. 12 299

12.8. 0iblio#rafie 299

12.1. OBIECTIELE U!IT"#II $E %!"#ARE !r. 12

Du' 'arcur#erea cu rbdare atenie i cu dorina de a te'erfeciona a acestei 'rime uniti de nvare vei constata c

de&ine'ti un ()eta*+, nregistre-i ()eta*u*+ sau (a*ia/u* )eta*i+ se 0n&und

apr0ape u ist0ria ivi*i-aiei, identi&ii &0arte pe surt are sunt tipuri*e de )eta*e 'ia*ia/e,

p0i s ep*ii n0iunea de 3a*ia/4, desrii e )aterii pri)e se uti*i-ea- 'i u) se 05in

)eta*e*e 'i a*ia/e*e *0r, p0i ateg0risi prinipa*e*e pr0prieti a*e )eta*e*0r 'i

a*ia/e*0r, p0i identi&ia ap*iaii*e e*0r )ai un0sute )eta*e 'i

a*ia/e.

12.2. $E6I!I#II 7I 8CURT I8TORIC

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural12


2/32

Materiale metalice

5ecolului trecut iau fost atribuite diverse calificative secolulatomic cosmic secol al materialelor sintetice. Dac e s rm4nemfideli tradiiei denumind e'oca du' 'rinci'alul material din care suntconfecionate uneltele de munc secolul 77 ar 'utea fi numit 'ebun dre'tate secol al fierului al metalului ce constituie coloanavertebral a industriei moderne.

$ar e sunt )eta*e*e al cror re'reentant binecunoscut estefierul &onform D:7 ediia 1998 substantivul neutru 9)eta*+ este un9!u)e generi dat 0rirui e*e)ent :i)i u *uiu arateristi5un 0ndut0r de *dur 'i de e*etriitate )a*ea5i* 'i duti*de 05iei s0*id *a te)peratura 05i'nuit; p. ext.alia+ format dindou sau mai multe asemenea elemente c"imice din acesteelemente i alte materiale etc. < Metal nobil= metal care se #sete

n natur n cantiti mici i care se o>idea sau se alterea cu#reutate. Metal preios= aurul 'latina i ar#intul. Metal rar= metalcare se #sete n cantiti mici sau n stare dis'ers n scoara(m4ntului. ? -i#. 0ani. 2. @(o'.; la 'l.A 5ubstan c"imic. B(l. si@rarA metaluriC Din fr. );eta* #erm. Meta**. +

&"imia definete metalele ca (e*e)ente :i)iee*etr0p0-itive n stare s0*id *a te)peratura n0r)a* em'lu bronul este un alia+ de cu'ru i staniu ntim' ce alama conine cu'ru i inc; oelul este un alia+ de fier cu altemetale i cu adaos de carbon 'entru creterea duritii. 3n ca'articular a)esteuri*e )eruru*ui cu alte metale sunt denumitea)a*ga). 3n #eneral alia+ele au 'ro'rieti su'erioare metalelorcom'onente; aceasta este i caua folosirii lor 'e scar foarte mare n'ractica curent. tiina care se ocu' cu studierea i te"nolo#iametalelor i a alia+elor lor este)eta*urgia.,nsamblul o'eraiilor care

conduc la se'ararea unui metal din minereul de 'rovenien estecunoscut ca )eta*urgieetrativsau siderurgie.

&a i n caul altor materiale discutate n unitile de nvare'arcurse '4n acum @sticl ceramic diveri lianiA i metalele saualia+e ale lor se confund cu istoria omului. :>ist c"iar e'oci aleistoriei civiliaiei denumite c"iar >ep0a 5r0n-u*ui4 i >ep0a&ieru*ui4.

Ep0a 5r0n-u*uieste 'erioada istoric n care 'entru 'rimadat metalele au fost utiliate n mod re#ulat 'entru realiarea deunelte i arme. &u'rul 'ur @'robabil cel mai vec"i metal cunoscutA imai a'oi bronul @alia+ de cu'ru cu incA au fost folosite 'entru 'rimadat. &ea mai vec"e utiliare a unui metal a fost datat n Orientul


$E6I!I#IE


3/32

Materiale metaliceMi+lociu n +urul anului *)) .E. 'e baa modelelor de ar#il 'entruarme. Frm4nd epocii neolitice devoltarea 'relucrrii metalelor acoincis cu devoltarea urbanirii. Or#aniarea o'eraiilor de mineritto'ire i turnare necesitau o s'ecialiare a muncii; a urmat inerent unsur'lus n 'roducia de alimente care a dus la a'ariia unei clase de

artiani n tim' ce necesarul cresc4nd de materii 'rime a condus lacoloniarea de noi teritorii. ,cest 'roces a culminat cu civiliaiile dinMeso'otamia i 5umer. Mai t4riu civiliaiile Minoic i Miceean audus la a'ariia de rute comerciale ctre centrul :uro'ei unde e>istaumine de cu'ru i staniu. 3n lumea nou @,mericaA cele mai vec"ibronuri au fost desco'erite n 0olivia @11)) .E.A. &iviliaia Gnca afolosit unelte i arme de bron dar niciodat de fier.

:'oca bronului a condus la ep0a &ieru*ui sub influen#receasc etrusc i scit devolt4nduse mai ales n ,sia :#i't i:uro'a. :'oca fierului este considerat 'erioada care a condus lautiliarea #eneral a fierului are 0ntinu 'i n -i*e*e n0astre. 3n

,merica nu sau #sit urme ale folosirii fierului dec4t du' coloniareaeuro'ean. Frme de fier de ori#ine meteoric au fost desco'erite n:#i't la marea 'iramidH din Iise" dat4nd din +urul anilor %))) .E. &elmai vec"i obiect de fier desco'erit '4n n 'reent este o unealt des'at desco'erit n Egipt @de ori#ine "ititA nainte de 1*) .E.Ftiliarea ornamentelor de metal 'relucrat @'rin to'ireA i a armelorceremoniale a devenit comun n 'erioada 19)) la 1%)) .E. DatoritHcu'toarelor 'rimitive care nu ddeau o tem'eraturH suficient to'iriifierului metalul obinut era o masH 'stoas care nu deveneacom'actH dec4t 'rin nlturarea #urii 'rin ciocnire Gnvenia clirii naceast 'erioad a fost fcut de C:a*?5esdin Gm'eriul Eitit. :ste'osibil ca re#ii "itii s fi 'strat secret te"nica 'relucrrii fierului i sfi restricionat e>'ortul de arme din fier. Du' cderea Gm'eriului Eitit@cca. 12)) .E.A valurile de mi#ratori au condus la transmisia ra'id ate"nolo#iei fierului n sudul :uro'ei i Orientul Mi+lociu. 5audesco'erit urme ale to'irii fierului n Irecia i 0alcani a'oi n nordulGtaliei @civiliaia etruscA i centrul :uro'ei. &iviliaia tim'urie afierului n :uro'a &entral @8))*)) .E.A este cunoscut ca peri0ada@a**statt @du' numele re#iunii din Iermania unde au fostdesco'eriteA.

-olosirea fontei J alia+ din fier conin4nd % la sutH crbune iav4nd un 'unct de to'ire scut faH de fier J se cunoate abia dinsecolul al 7KGlea secol n care a'are si 'rimul furnal nalt cu crbunede lemn. 3n secolul al 7KGGGlea a'ar 'rimele cu'toare nalte n carecocsul de "uilH nlocuiete crbunele de lemn. ,bia n anul 1$*% seconstruiete 'rimul cu'tor n care se obine fier liber de crbune Jotelul. (rocedeul de lucru fiind #reu 'reul otelului era foarte ridicat.

Adevratu* printe a* 0e*u*ui a &0st @enr? Besse)er acrui invenie realiatH n 18*6 a constituit o adevrat revoluie nmetalur#ie c4nd obine oelul maleabil sufl4nd aer 'rintrun tub dear#ilH n cu'torul de ar#ilH care coninea fontH to'itH. Oelul lui

0essemer obinut industrial nu era ns de calitate su'erioarH. :l era'oros casant la cald i la rece. 3n anul 18$$ 5LdneL !"omas aratHcH este necesarH c'tuirea cu'torului lui 0essemer cu un material

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural1%


4/32

Materiale metalicebaic i nu cu unul acid.

Du' cum ai aflat unele metale erau cunoscute din cele maivec"i tim'uri &ieru*


5/32

Materiale metalice1. Ce ep0i ist0rie un0'ti *egate de ut*i-area )eta*e*0r

P0i s date-i u apr0i)aie aeste peri0ade

2. Cu) sunt de&inite )eta*e*e d.p.v. :i)i

D. Cu) putei de&ini )eta*urgia dar )eta*urgia etrativ

SNot s'unsurile la aceste ntrebri se vor 'reenta i se vorncadra n s'aiile lsate libere; rs'unsurile i comentariile laacest test 'ot fi #site la finalul acestei uniti de nvare@'a#inile 29$298A.

12.D. TE@!OLOII $E OB#I!ERE

%n natur )eta*e*e se p0t gsi n stare 'ur @stare nativA ceea ce se nt4m'l foarte rar i

anume numai 'entru metalele rare care nu se combin deloc saudoar cu mare #reutate cu alte elemente c"imice;

sub form de combinaii c"imice n )inera*e@roci naturaleA; de celemai multe ori cmintele metalifere sunt constituite din oxizi

metalici @metal T o>i#en de e>em'lu -e2Otrio>idul de fierA sulfuri@metal T sulf de e>em'lu n5 sulfura de incA sau carbonai@reultai din aciunea bio>idului de carbon &O2 asu'ra o>iduluimetalic cores'untor @de e>em'lu &a&O carbonat de calciuA.

Mineralele sunt de re#ul amestecate cu diferite alte materiale@ar#ile calcar diveri silicaiA aa numita gangsau steri*. ,mesteculde mineral util i steril formea )inereuri*e. :>'loatareaminereurilor se face de obicei n )ine uneori n ariere *asupra&aasolului.

(entru e>tra#erea metalelor uuale din minereuri dou maricate#orii de o'eraii sunt utiliate trata)ente*e )eanie 'i &i-ie care au dre't sco'

eliminarea sterilului din minereu; 'rocedeele sunt diverse i de'ind



6/32

Materiale metalicede natura minereului de bo#ia lui n com'ui metalici decom'oiia sterilului de locul de e>tracie etc.;

des0)punerea )inereu*ui urmrete e>tra#ereametalului 'ur din com'uii c"imici sub care se afl. Mult vremeaceast descom'unere a fost realiat numai 'e a*e :i)i;

'entru o serie de metale @cel mai cunoscut fiind aluminiulAdescom'unerea se face 'e a*e e*etr0*iti @sub aciuneaener#iei electriceA.

Descom'unerea minereului 'e cale c"imic are n vederefa'tul c multe dintre minerale sunt o>ii @com'ui ai metalului cuo>i#enulA. (entru a descom'une c"imic un o>id el trebuie 'us n'reena unui redut0r la tem'eratur ridicat. eductor estedenumit orice com'us c"imic care are 'ro'rietatea de a e>tra#eo>i#enul dintrun alt com'us. Dac mineralul care trebuie descom'useste o sulfur sau un carbonat el este transformat n 'realabil n o>id

'rin o'eraii denumite a*inaresau pr/ire.Metalul astfel obinut este nc im'urificat de aceea este su'us

n continuare unor o'eraii de ra&inare care se face tot 'e calec"imic sau electrolitic 'uritatea metalului a+un#4nd la 99U.

3n cele ce urmea vor fi 'reentate c4teva detalii 'rivindmodalitile de fabricaie 'entru cel mai cunoscut dintre metale fierul@mai 'recis a alia+elor saleA.

O5inerea &ieru*ui

Denumirea de fier 'entru 'rodusul industrial cunoscut ca ataren viaa de toate ilele este im'ro'rie deoarece fierul curat nu este un'rodus industrial i nu are a'licaii 'ractice ci 'reint numai interesde laborator. 3n industrie se ntrebuinea numai alia+ele fierului n'rimul r4nd alia+ele cu carbon. ,ceste alia+e sunt de dou ti'uriuuale

0e*u* care este un alia+ de fier cu cel mult 2)6Ucarbon;

&0nta care este un alia+ cu 'este 2)6U carbon

60ntase obine 'e a*e diret'rin to'irea minereurilor defier cu anumite adaosuri la tem'eratur nalt 'e c4nd 0e*u* seobine indiret din &0nt 'rin reducerea coninutului ei de carbon.

Minereurile de fier ntrebuinate la fabricarea fontei sunt aceleacare conin o>ii de fier @:e)atit 6e2OD de culoare roie; *i)0nit6eOJ de culoare #alben i )agnetit 6eDOFJ de culoare nea#rAsau carbonat de fier @siderit 6eCODA.

Gnstalaia n care se obine fonta este &urna*u* @-i#ura 12.1Aunde au loc reacii c"imice @de reducere a o>iilor de fierA care duc laobinerea unui fier lic"id denumit V&0nt 5rutW.

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural1$


7/32

Materiale metalice

6igura 12.1 8:e)a de prinipiu a unui &urna*

3ntrun furnal @instalaie uria cu nlimi de cca. 2% ) mrealiat din oel i crmii refractareA )inereu* de &ierm'reun cuada0suri de r5une 'i a*ar sunt introduse 'e la 'artea sasu'erioar n tim' ce 'e la 'artea inferioar se introduce aer cald. (emsur ce se to'esc materiile 'rime necesit cca. 6 8 ore scoboare ctre 'artea inferioar unde se formea un 'rodus lic"idalctuit din fier i -gur deeul care se obine 'rin to'irea sterilului.,cestea sunt scoase din furnal la intervale re#ulate de tim'. ,erul caldcare se introduce n cu'tor 'e la 'artea inferioar urc n cca. 68secunde ctre 'artea su'erioar du' ce a 'artici'at la numeroasereacii c"imice. Odat ce un furnal a fost 'ornit el va &uni0na0ntinuu pentru F 1G ani cu o'riri scurte 'entru o'eraii dentreinere 'lanificate.

Oi-ii de &ier sunt introdui n furnal direct ca buci de 12 %)mm de minereu atunci c4nd )inereu* este bo#at i 0nine iraHG

GJ 6e sau sub form 'relucrat n 'realabil ca 'elete atuncic4nd coninutul n fier este mai redus.

,daosul de carbon este adus 'rin diverse ti'uri de crbuni ialte deeuri cu coninut de carbon @'curA i 'oart denumirea de0s. &ocsul conine 9) la 9U carbon. ,cesta este eliminat dinfurnal du' 18 2% ore de reacie n interiorul acestuia. (entru o tonde font obinut n furnal se consum circa %)) X# cocs din care*) X# sunt utiliate 'entru reducerea o>iilor de fier i *) X# 'entru

carburarea fierului n vederea obinerii fontei.Fltima materie 'rim care se introduce este a*aru*@ca bucide 12 %) mmA care ca minereu este cunoscut sub denumirea de



8/32

Materiale metaliced0*0)it em'lu sulfulA iformea #ura; n funcie de doa+ul calcarului se controleacom'oiia c"imic a #uri 'entru aJi conferi acesteia 'ro'rietile

dorite @de e>em'lu 'unct de to'ire scut i fluiditate mareA.Odat ncrcate n furnal materiile 'rime sufer numeroasereacii c"imice i fiice; 'entru o>iii de fier cele mai im'ortante suntdescrise de urmtoarele reacii

D 6e2ODK CO CO2K 2 6eDOF nce'e la %*))& @12.1A

6eDOFK CO CO2K D 6eO nce'e la cca. *9))& @12.2A

6eO K CO CO2K 6e nce'e la cca. $)))& @12.Asau 6eO K C CO K 6e

(e msur ce o>iii de fier 'arcur# aceste reacii de 'urificareei se i nmoaie i se to'esc i devin fier lic"id i trec 'rin stratul decocs ctre 'artea de +os a furnalului.

&ocsul coboar de asemenea ctre 'artea de +os a furnaluluii este a'rins de aerul cald introdus n furnal. :l ia foc imediat i#enerea la r4ndul su cldur conform reaciei

C K O2 CO2K *dur @12.%A

Deoarece reacia are loc n 'reena unui e>ces de carbon latem'eratur nalt dio>idul de carbon este redus la mono>id decarbon conform reaciei

CO2K C 2CO @12.*A(rodusul acestei reacii mono>idul de carbon @&OA este

necesar reaciilor notate @12.1A @12.2A i @12.A de reducere a o>iilorde fier.

&alcarul coboar de asemenea n furnal i rm4ne solid ntim' ce 'artici' la 'rima sa reacie c"imic

CaCOD CaO K CO2 nce'e la cca. 86))& @12.6A

O>idul de calciu @&aOA format din aceast reacie este folosit lande'rtarea sulfului conform reaciei

6e8 K CaO K C Ca8 K 6eO K CO @12.$A5ulfura de calciu @&a5A devine 'arte a #urii de furnal care mai

conine i ali com'ui c"imici 'rintre care silice @5iO2A alumin@,l2OA ma#neie @M#OA sau calcie @&aOA.

5umari4nd furnalul este un reactor n care materiale solidecoboar n contracurent cu #ae ascendente. 3n acest reactor au locnumeroase reacii c"imice i fiice care conduc la obinerea'rodusului final dorit fonta brut cu o com'oiie ti'ic 'reentat n!abelul din -i#ura 12.2.

E*e)ent Pr0ent


9/32

Materiale metalice

fier @-eA 9* J 9*)siliciu @5iA )) J )9)

sulf @5A ))2* J ))*)man#an @MnA )** J )$*

fosfor @(A )) J ))9

titan @!iA ))2 J ))6carbon @&A %1 J %%

6igura 12.2. C0)p0-iie tipi pentru &ieru* de &urna*

TE8T $E AUTOEALUARE

F. Ce 0peraii prinipa*e se e&etuea- *a etragerea )eta*e*0r

din )inereuri

H. Ce )aterii pri)e se &0*0ses *a 05inerea &ieru*ui

. Enu)er tipuri*e de 0i-i de &ier e are *e un0'ti

. Putei da 0 de&iniie a &urna*u*ui

N. Ce este -gura de &urna*

SNot s'unsurile la aceste ntrebri se vor 'reenta i se vorncadra n s'aiile lsate libere; rs'unsurile i comentariile laacest test 'ot fi #site la finalul acestei uniti de nvare@'a#inile 29$298A.

12.F. CLA8I6ICARE 7I PROPRIET"#I

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural2)


10/32

Materiale metalice

12.F.1. C*asi&iarea )eta*e*0r

Metalele constituie circa dou treimi din numrul elementelorcunoscute. (entru a avea o ima#ine de ansamblu asu'ra loculuimetalelor n r4ndul elementelor c"imice cunoscute '4n n 'reent se

vor 'reenta c4teva date des're !abelul 'eriodic al elementelor@cunoscut ca !abelul lui MendeleevA.

Ta5e*u* peri0dieste o "art a elementelor c"imice aran+ateconform *egii peri0diitiidesco'erit de $.I.Mende*eevi reviuitde .. M0se*e?. 3n acest tabel 'eriodic sunt aeate toateelementele c"imice n concordan cu creterea numrului atomic@care semnific aran+amente similare ale structurii electronice orbitalei 'ro'rieti c"imice similareA. !u)ru* at0)i sau nu)ru* de0rdine este definit ca 'ro'rietatea fundamental a atomului careindic numrul de sarcini 'oitive elementare ale nucleului atomic. Nr.atomic este simboliat cu litera .

!abelul 'eriodic cu'rinde 1N 0*0ane denumite grupei notate cu cifre romane de la IA la

III A @considerategrupe prinipa*eA; ntre #ru'ele IIAi IIIAsuntintercalate #ru'ele notate @n ordineA III B'4n la III B du' careurmea I Bi II B; trebuie menionat c #ru'a KGGG 0 conine treisub#ru'e; #ru'ele notate cu Bsunt considerate grupe seundare.

rnduri denumite peri0ade ; trebuie 'reciat c o 'arte dinrnduri*e 'i este 'lasat ntrun tabel e>terior se'aratdeoarece conin elemente denumite *antanide @nrudite cu*antanu* simboliat LaA i res'ectiv atinide @nrudite cu atiniu

simboliat AA denumite m'reun i p)nturi rare.Du' similitudinea 'ro'rietilor fiice i c"imice metalele sunt

aeate n aceeai #ru' clasific4nduse astfel )eta*e a*a*ine @#ru'a IA din !abelul 'eriodic de e>em'lu

s0diu*!aA; )eta*e a*a*in0Qp)nt0ase @n grupa IIA de e>em'lu a*iu*

CaA; )eta*e tran-ii0na*e. @cunoscute i sub denumirile de e*e)ente*e

tran-ii0na*esau )eta*e*e de tran-iieA includ marea ma+oritatea metalelor altele dec4t cele alcaline i alcalino'm4ntoase; elecu'rind un #ru' de elemente de la upru @Cu 'rimul din #ru'aIBA '4n la ni:e* @!i 'rimul element din sub#ru'a a #ru'eiIIIBA i toate elementele situate n coloanele de sub ele n!abelul 'eriodic;

p)nturi rare@lantanide i actinideA; ca un fa't divers aici se'oate meniona c n antic"itate i fierul era considerat metal rar.,cum 1)) de ani aluminiul fcea 'arte din aceeai #ru' iartitanul Qa 'rsitR aceast #ru' acum 2) de ani.

Dei e>ist o clasificare a elementelor n metale i nemetalee>ist doar $ elemente cunoscute sub denumirea de)eta*e@sau mai

e>act a*te )eta*eA localiate n #ru'eleIIIA IAi A. ,cestea sunta*u)iniu* @simboliat A*A ga*iu*


11/32

Materiale metalicesunt ductile i maleabile nu sunt la fel ca i metalele traniionale.,ceste elemente s're deosebire de metalele de traniie nu se#sesc n stri de o>idare diferite i electronii de valen se #sescdoar n stratul e>terior. !oate aceste metale sunt solide au o densitaterelativ mare i sunt o'ace. Numerele lor de o>idare sunt T Y% i .

!rebuie 'reciat fa'tul c metalele sunt caracteriate esenialde starea lor de valen. 3n 'reent de noiunea de valen estenlocuit cu noiunea de stare de oxidare mai cu'rintoare i careeste o caracteristic fiic fundamental a atomilor i 'rinci'ial aratca'acitatea de a reaciona a unui element c"imic cu altul. /a baaacestei noiuni st 'rinci'iul c fluorul @-A i o>i#enul @OA sunt n toatecombinaiile lor electrone#ative 'rimul e>ist4nd numai n starea deo>idare 1 iar al doilea numai n starea de o>idare 2. 5tarea deo>idare 'oate fi 'oitiv sau ne#ativ i are valori de la ) la T sau J $.3n caul metalelor aceasta este numai 'oitiv i varia de la T1

@'entru metalele alcalineA '4n la T$ 'entru anumite metaletraniionale. Din acest motiv metalele sunt considerateelectropozitive adic sunt elemente care cedea uor electronitransform4nduse n ioni 'oitivi.

Meta*e*e a*a*inese afl n #ru'a G, a !abelului 'eriodic suntmetale foarte reactive i nu sunt #site n stare natural dec4t ncom'ui. ,ceste metale au un sin#ur electron 'e stratul electronice>terior. ,stfel cedea foarte uor acel electron n com'ui ionici cualte elemente. /a fel ca oricare alt metal metalele alcaline sunt ductilei maleabile si sunt bune conductoare de cldur i curent electric.

,ceste metale sunt mai moi dec4t ma+oritatea celorlalte metale.Metalele alcaline sunt

Litiu &esiul i franciul sunt cele mai reactive elemente din aceastcate#orie. Metalele alcaline 'ot e>'loda cu uurin dac intr n

contact cu a'a.

Meta*e*e a*a*in0 p)nt0ase sunt situate n #ru'a GG, a!abelului 'eriodic. !oate aceste elemente au numrul de o>idare T2ceea ce le face foarte reactive. Din caua reactivitii lor acestemetale nu se #sesc n stare natural dec4t n com'ui. Din aceastacate#orie fac 'arteBeri*iu


12/32

Materiale metalicede valen sau electronii folosii 'entru a se combina cu alte elementenu sunt 'reeni doar n ultimul strat. ,cesta este motivul 'entru careadesea sunt nt4lnite n mai multe stri de o>idare au mai multevalene. 5unt trei elemente remarcabile n aceast cate#orie ametalelor. ,ceste elemente sunt fierul cobaltul i nic"elul ele fiind

sin#urele elemente ce 'ot 'roduce un c4m' ma#netic.Metalele traniionale 'reint de asemenea i altecaracteristici interesante care le fac des utiliate n 'ractic ca dee>em'lu nalt densitate 'unct ridicat de to'ire ca'acitatea de aforma com'ui stabili cu substane or#anice @denumii or#anometaliciA. &ele DH de )eta*e tran-ii0na*esunt scandiu @5cA titan@!iA vanadiu @KA crom@&rA man#an @MnA fier @-eA cobalt @&oA nic"el@NiA cu'ru @&uA inc @nA Ltriu @ZA irconiu @rA niobiu @NbAmolibden @MoA te"neiu @!cA ruteniu @uA rodiu @"A 'aladiu @(dAar#int @,#A cadmiu @&dA "afniu @EfA tantal @!aA tun#sten sau olfram@PA reniu @eA osmiu @OsA indiu @GnA 'latin @(tA aur @,uA mercur

@E#A i nc ase desco'erite la nivel de laborator @rut"erfordiudabniu seabor#ium b"orium "assium i meitneriumA.

Din cele 11% elemente c"imice cunoscute actualmente maimult de *) sunt considerate )eta*e rare.Fn element dintre lantanidei ma+oritatea actinidelor sunt numite transuraniene adic uraniusintetic @fcut de omA. !oate metalele rare se afl n #ru'a a a @GGG0Aa sistemului 'eriodic n 'erioadele a 6a i a $a. Metalele rare suntcom'use din seriile de lantanide i actinide. ,cestea sunt re'artiatela r4ndul lor n ase #ru'e metale uoare metale #reu fuibilemetale dis'ersate 'm4nturi rare metale radioactive i metale nobile.

8e)iQ)eta*e*e sunt elementele c"imice situate dea lun#ul[liniei[ care des'arte metalele de nemetale. ,ceast [linie[ nce'edintre bor i aluminiu i se termin la [#rania[ dintre 'oloniu @(oA iastatin @,tA. 5in#urul element care face e>ce'ie de la aceasta re#ulaeste a*u)iniu* care face 'arte din cate#oria )eta*e*0r. 5emimetalele au at4t 'ro'rietile metalelor c4t i 'ro'rietile nemetalelor.Fnele semimetale cum ar fi siliciul i #ermaniul sunt semiconductoare. ,ceasta nseamn c 'ot conduce curentul electric nanumite condiii. ,ceast 'ro'rietate face ca semimetalele s fie

foarte folositoare n industria calculatoarelor. 5emimetale sunt bor@0A siliciu @5iA #ermaniu @IeA arsen @,sA stibiu @5bA telur @!eA'oloniu @(oA.

3n afara acestei clasificri @'reentat mai nainteA i care ineseama n 'rimul r4nd de 'ro'rietile lor c"imice i fiice metalur#iam'arte metalele @i alia+ele lorA n alte dou cate#orii ma+ore &er0ase'i ne&er0ase @adic fierul i alia+ele lui 'e de o 'arte i restulmetalelor 'e de alt 'arteA.

12.F.2. Pr0prieti*e )eta*e*0r

3n cele ce urmea vor fi 'reentate unele #eneraliti des're'rinci'alele 'ro'rieti fiice i c"imice ale metalelor.



13/32

Materiale metalicePr0prieti*e prin are )eta*e*e se de0se5es de t0ate

e*e*a*te )ateria*e'ot fi enumerate 'e scurt astfel pr0prieti )eanie speia*e unele metale 'reint o

mare reisten la solicitri mecanice traciune com'resiune ndoireoc etc. :le sunt totui deformabile sub aciunea unei fore a'licate

adic sunt maleabile i ductile adic 'ot fi transformate n foi 'rincom'resiune i res'ectiv n s4rme 'rin tra#ere 'rin orificii fine @filiereA.(rin aceste o'eraii metalele nu i 'ierd reistena iniial lasolicitrile mecanice menionate; 0nduti5i*itatea ter)i este mult mai mare dec4t a celorlalte

materiale; 0nduti5i*itatea e*etri este de asemenea mult mai mare

dec4t a celorlalte materiale i deosebit 'rin natura ei; sunt 'ractic 0pae nu 'ermit trecerea luminii nici c"iar n foie

foarte subiri;

*uiu )eta*i metalele reflect a'roa'e total lumina ima+oritatea celorlalte radiaii electroma#netice. De aceeaculoarea lor este albcenuie. &u'rul i aurul sunt sin#urele careabsorb unele lun#imi de und n albastru i verde ceea cedetermin culoarea lor rocat i #alben.

!oate aceste 'ro'rieti varia mult de la un metal la altul;unele metale se distin# 'rin conductibilitate electric e>ce'ional demare @&u ,#A altele sunt maleabile i ductile dar au reistenmecanic scut @Na A.

(entru a rs'unde la ntrebrile 'rivind 'ro'rietile s'ecificeale metalelor este necesar a stabili natura le#turii dintre atomii

metalelor i modificrile cauate de forele e>terioare. Modelareareelelor cristaline ale diferitor metale efectuat n baa reultatelorstudiilor cu rae 7 a artat c n nodurile reelelor cristaline alemetalelor n stare solid se afl ioniiatomi care sunt situai unul fade altul astfel nc4t se realiea sc"imbul o'timal de electroni@reeaua cristalin 'osed ener#ie intern minimA. (osibilitatearealirii acestui sc"imb de electroni este cu at4t mai mare cu c4tsunt Qm'ac"etaiR mai com'act atomii n reeaua cristalin ametalului. &ele mai com'acte Qm'ac"etriR se realiea n reeauarista*in u5i u &ee entratei cea :eag0na* @-i#ura 12.A.3n ambele reele volumul ocu'at de bilele convenionale este $%U.

Ma+oritatea metalelor au ur)t0are*e ree*e rista*ine u5iu &ee entrateJ aluminiul cu'rul 'lumbul nic"elul aurul ar#intul'latina @1$ metale n totalA :eag0na*J ma#neiul incul cadmiulberiliul @22 metale n totalA. ,tomii unui ir de metale J litiu cromvanadiu olfram molibden @n total 1$A J sunt aran+ai n reeauacubic centrat intern n care volumul ocu'at de bilele convenionaleconstituie 68U. Fnele metale 'ot cristalia n dou sau mai multeforme cristaline @fenomenul alotro'ieiA.

,tomii metalelor 'osed ener#ie 'otenial minim numaiatunci c4nd se afl n nodurile reelei cristaline. Orice abatere aatomului din aceast 'oiie de ec"ilibru este nsoit de a'ariiaforelor care tind s aduc atomul n 'oiia sa iniial. ,ceste foreconfer metalelor elasticitate o 'ro'rietate fiic im'ortant.

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural2%


14/32

Materiale metalice

&


15/32

Materiale metalice'e su'rafaa metalului n mediul ncon+urtor.

At0)iQi0nii are 9rtes+ n interi0ru* ree*ei rista*inese nu)es de*0a*i-ai iar n0duri*e ree*ei rista*ine prsite S*0uri vaante are p0t )igra n interi0ru* ree*ei rista*ine.

/a tem'eraturi a'ro'iate de tem'eratura de to'ire a metaluluinumrul atomilor delocaliai constituie circa 2U i ca urmarestructura reelei cristaline a metalului este deformat esenial.(reena im'uritilor deformea reeaua cristalin a metalului.

3ntruc4t atomii au dimensiuni foarte mici c"iar i o cantitatemic de im'uriti cauea defecte eseniale n reeaua cristalinceea ce influenea mult 'ro'rietile fiice ale metalului. ,stfelim'uritile de sulf n cantitate de a'ro>imativ )))*U n nic"elmodific mult 'ro'rietile 'lastice ale acestui metal i l facsfr4micios. Eidro#enul n cantitate de )))1U face fierul sfr4miciosiar n stare 'ur i 'strea 'lasticitatea c"iar i la tem'eratura

"eliului lic"id @minus 2688\&A. (ro'rietile semiconductoarelor din#ermaniu sufer modificri dac este 'reent un atom de im'uriti laun miliard de atomi de #ermaniu. Fn ir de metale 'ot avea diferitereele cristaline n de'enden de condiiile n care se afl@tem'eratura 'resiunea etc.A fa't ce e>ercit influen asu'raduritii i a reistenei lor.

Metalele sunt aa de diferite n ceea ce 'rivete pr0prieti*e&i-ieca duritatea ductilitatea maleabilitatea reistena mecanicdensitatea i 'unctul de to'ire nc4t cu #reu se 'oate stabili o linie dedemarcaie ntre metale i nemetale.

Pr0prieti*e )eanieti'ice nu se manifest dec4t n staresolid i lic"id. :le dis'ar com'let n stare de va'ori. ,cesta estesemnul e>istenei unor le#turi c"imice 'uternice ntre atomiimetalelor n stare solid i lic"id le#tur care dis'are n stare#aoas. /a metale starea lic"id se menine 'e un interval mare detem'eratur @diferenele ntre 'unctele de to'ire i de fierbere suntmariA alt sim'tom 'entru tria le#turilor dintre atomi n aceast stare

(ro'rietile mecanice ale elementelor metalice varia ntruninterval ntins de valori. 5're e>em'lificare duritatea'e scara Mo"sa metalelor din #ru'ele 'rinci'ale varia de la )2 'entru cesiu @&sA

'4n la 6$ 'entru beriliu @0eA; duritatea metalelor traniionale estecu'rins ntre 2) 'entru cadmiu @&dA '4n la $% 'entru reniu @eA.De 'reciat c cel mai dur element conform #radaiei Mo"s estediamantul. 3n #ru'ele 'rinci'ale duritatea varia du' o anumitre#ularitate scade n #ru'e @cu e>ce'ia bariuluiA odat cu cretereanumrului atomic i crete n 'erioade cu mrirea numrului atomic Jre#ularitate care nu se mai 'strea n caul metalelor traniionale.

Ce* )ai dur )eta* un0sut este cromuln ti)p e e* )ai)0a*e este cesiul. &u'rul aurul 'latina i ar#intul sunt n mods'ecial ductile. &ele mai multe metale sunt maleabile; aurul ar#intulcu'rul staniul i aluminiul sunt e>trem de maleabile. Fnele metale

care 'reint o mare reisten la traciune sunt cu'rul fierul i'latina. Metalele care au un numr mare de le#turi metalice @sauvalene metalice adic numrul de electroni care 'artici' la formarea



16/32

Materiale metalicele#turilor ntrun metalA manifest duritate reisten mecanic idensitate mari 'recum i tem'eratur de to'ire ridicat; ca urmare'ro'rietile valoroase ale metalelor traniionale sunt reultatulvalenei lor metalice ridicate i deci a numrului mare de le#turimetalice 'e care le formea.

(entru mbuntirea caracteristicilor de duritate n 'ractic serealiea duri&iarea )eta*e*0r 'rin urmtoarele 'rocedee alieredeformare 'lastic la rece @ecruisareA i 'rin tratamente termice.

!rei metale @*itiu s0diu 'i p0tasiuA sunt considerate )eta*eu'0aredeoarece au densitatea mai mic de 1 #ram 'e centimetrucub la tem'eratura camerei adic sunt mai uoare dec4t a'a n tim'ce altele sunt considerate )eta*egre*eadic au densitatea e>trem demare du' cum se observ n !abelul din -i#ura 12.%.

E*e)ent $ensitate


17/32

Materiale metalicecalciu 88ar#int 96)8aur 1)6

cu'ru 1)8man#an 12%*

nic"el 1%*cobalt 1%9*fier 1**titan 1668

'latin 1$69irconiu 18*2

crom 18$*vanadiu 19))molibden 261)olfram %1)mercur 8%

6igura 12.H. Te)peratura de t0pire a un0r )eta*e

5're deosebire de metalele elementare alia+ele lor se to'escntrun interval de tem'eratur.

C0e&iientu* de di*atare ter)i@definit ca noiune n unitide nvare anterioareA varia de la un metal la altul cele alcalineav4nd coeficienii de dilatare termic liniar cei mai mari.

!oate metalele sunt relativ 5une 0ndut0are de *dur@mai bune dec4t alia+ele lorA conductibilitatea lor fiind de c4teva eci

'4n la c4teva mii de ori mai mare dec4t a materialelor nemetalice.(reena im'uritilor diminuea conductibilitatea; tem'eraturadeformarea 'lastic tratamentele termice 'relucrrile mecanice sunt'rocese care 'ot influena de asemenea conductibilitatea. &ele maibune conductoare de cldur sunt ar#intul cu'rul i aluminiul.

!oate metalele sunt 5une 0ndut0are de e*etriitate celmai bun conductor de electricitate fiind ar#intul; cu'rul aurul ialuminul urmea n aceast ordine.

Metalele manifest i pr0prieti )agnetie. 3n c4m'ma#netic metalele 'ot avea urmtorul com'ortament sunt res'inse J 'oart de numirea de diamagnetice de e>em'lu

cu'ru inc 'lumb; sunt atrase i sunt denumite paramagnetice de e>em'lu litiu

sodiu 'otasiu cesiu olfram crom titan molibden vanadiu etc. sunt 'uternic atrase i sunt denumite feromagnetice i sunt n

numr redus fier cobalt nic"el #adoliniu i alte c4teva lantanide.Fnele metale ca uraniu 'lutoniu @cele mai cunoscuteA 'reint

'ro'rieti de radi0ativitate@emisia s'ontan de radiaiiA.Fnele metale ca de e>em'lu arsenu* 'i sti5iu* @sau

antimoniuA au at4t 'ro'rieti de metale c4t i de nemetale i deaceea se numesc )eta*0i-i.

3n 'lus dei toate metalele au @formeaA structuri cristaline iunele nemetale 'recum carbonul i sulful formea astfel de structuri.



18/32

Materiale metalice$in punt de vedere :i)i metalele difer de nemetale 'rin

fa'tul c ele formea ioni 'oitivi i o>ii i "idro>ii baici. /ae>'unere n aer umed marea ma+oritate a metalelor sufer 0r0-iuneadic intr ntro reacie c"imic J denumit reaie de 0idare dee>em'lu fierul care ru#inete @n aer umed o>i#enul din atmosfer se

combin cu fierul i formea un o>idA. eacia 'oate continua '4nla consumarea ntre#ii cantiti de metal. ,l i n nu 'ar s fie afectatedar n realitate la su'rafaa lor se formea un strat subire din o>idulcores'untor care sto'ea reacia de o>idare. 5taniul 'lumbul icu'rul reacionea lent cu o>i#enul n condiii normale.

(e baa abilitii lor de a fi o>idate metalele 'ot fi aran+ate ntrolist denumit seria e*etr0)0t0are @sau serie de o>idare sau denlocuireA. Metalele de la nce'utul listei 'recum cesiul i litiul 'ot ficel mai uor o>idate n com'araie cu cele de la ca'tul listei caar#intul i aurul. 3n #eneral un metal delocuiete dintro combinaiec"imic orice alt metal care este situat naintea lui n aceast serie

,r#intul este afectat de com'ui 'recum dio>idul de sulf @5O2Ai i 'ierde luciul. Metalele se combin cu nemetalele form4nd srurica de e>em'lu carburi @e>em'lu -e%&carbur de fierA carbonai@-e&Ocarbonat de fierA cloruri @-e&l2carbur fericA nitrai @NaNOaotat de sodiuA fosfai @&a@(O%A2fosfat de calciuA silicai @Na25iOsilicat de sodiuA sulfuri @,#25sulfura de ar#intA sulfai @M#5O%sulfatde ma#neiuA etc.

TE8T $E AUTOEALUARE

. P0i da 0 de&iniie genera* a Ta5e*u*ui peri0di a*e*e)ente*0r

1G.Cu) se *asi&i )eta*e*e n &unie de si)i*itudineapr0prieti*0r *0r enu)er teva )eta*e repre-entativedin &ieare ateg0rie.

11. P0i enu)era teva dintre )eta*e*e 0nsiderate 3a*te)eta*e4

12. Care sunt prinipa*e*e pr0prieti &i-ie a*e )eta*e*0r



19/32

Materiale metalice

1D. Care sunt ree*e*e rista*ine tipie pentru )eta*e

1F. $ 0 de&iniie a seriei e*etr0)0t0are a )eta*e*0r.

SNot s'unsurile la aceste ntrebri se vor 'reenta i se vorncadra n s'aiile lsate libere; rs'unsurile i comentariile laacest test 'ot fi #site la finalul acestei uniti de nvare

@'a#inile 29$298A..

12.H. PRI!CIPALELE METALE 7I ALIAELE LOR. APLICA#II

Du' cum sa 'reciat mai nainte 'ro'rietile metalice suntdatorate 'articularitilor ener#etice ale le#turii metalice caracteruluiei de le#tur neorientat mobilitii electronilor din banda de valendistanei interatomice mici com'acitii mari a reelei cristaline.

3n 'ractica curent marea ma+oritate a metalelor @cel 'uin celeuualeA se utiliea ca alia+e. A*ia/e*e sunt )ateria*e )eta*ie0)0gene sau eter0gene &0r)ate din d0u sau )ai )u*tee*e)ente :i)ie nu)ite 0)p0neni. 3n funcie de numrulcom'onenilor se deosebesc

alia+e binare alia+e ternare alia+e cuaternare alia+e 'olinare

&om'onentul de ba cantitativ 'redominant este ntotdeaunaun metal ceilali com'oneni aflai n 'ro'orii mai reduse 'ot fi metale

sau nemetale @cum este s're e>em'lu caul fontelorA. !otalitateaalia+elor alctuite din aceiai com'oneni de e>em'lu din doicom'oneni doai n 'ro'orii variabile care aco'er ntrea#antindere a domeniului de concentraii constituie un siste) de a*ia/e.

Fn alia+ se caracteriea 'rin com'oiie c"imic structur i'ro'rieti. &om'oiia c"imic a unui alia+ re'reint cantitateaelementelor com'onente. :a se e>'rim n 'rocente de mas @c4ndse 'reciea cantitateaA sau n 'rocente atomice @c4nd se indicnumrul de atomiA.

Du' pr0p0riae*e)ente*0r de a*ieredeosebim alia+e s*a5 a*iate c4nd coninutul elementelor de aliere nu de'ete

2*U ;

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural)

$E6I!I#IE


20/32

Materiale metalice )ediu a*iateav4nd 2* *)U elemente de aliere; 50gat a*iate n caul c4nd conin elemente de aliere ntro

'ro'orie care de'ete 1)U.

(e l4n# elementele de aliere alia+ele mai 'ot n#loba i alte

elemente adu#ate intenionat n cantiti care nu de'esc )1Udar care au efecte deosebite asu'ra structurii i 'ro'rietilor alia+elor.:le se numesc e*e)ente )0di&iat0are.

5tructura alia+elor este determinat de forma mrimeadistribuia i natura constituenilor. :a se stabilete cu a+utorulmetodelor de anali macro i microstructurale. ,lia+ele care suntconstituite din cristale identice 'reint o structur omo#en i suntconsiderate ca alia+e monofaice.

3n funcie de metalul care constituie 'ro'oria cea mai mare nalia+e @metalul de baaA se distin# urmtoarele siste)e de a*ia/emaiim'ortante

Fierul i aliajele feroase fonte oeluri

Metale i aliaje neferoaseo ,luminiu i alia+e de ,lo &u'ru i alia+e de &u alame brono Ma#neiu i alia+e de M#o inc i alia+e de no Nic"el i alia+e de Nio !itan i alia+e de !i

12.H.1. 6ieru* si a*ia/e*e &er0ase

6ieru* re'reint e* )ai i)p0rtant )eta*datorit rolului 'ecare l au cele dou alia+e ale sale res'ectiv fonta i oelul ndevoltarea societii moderne. &a element 'ur fierul are o utiliarefoarte redus.

&4teva caracteristici im'ortante sunt 'reentate n continuare 8i)50* -e!u)r at0)i 26Masa at0)i **.8%* uam @uniti atomice de masAPuntu* de t0pire 1**.) \& @18)8.1* \ 2$9*.) \-APuntu* de &ier5ere 2$*).) \& @)2.1* \ %982.) \-A!u)ru* de pr0t0nie*etr0ni 26!u)ru* de neutr0ni )C*asi&iare metal de traniie8trutura rista*in cubic$ensitatea *a 2D $.86 #]cmCu*0are cenuiualbstruieAnu* des0peririi era cunoscut nc din antic"itate.

A &0st des0perit de necunoscut Originea nu)e*ui din cuv4ntul latinesc ferrun@fierA8e &0*0se'te n oel a'are i n com'oiia "emo#lobinei @o



21/32

Materiale metalicemicro'articul care trans'ort o>i#enul n s4n#eA8e 05ine'rin e>tracie din minereu de fier

6ieru* face 'arte din cate#oria metalelor cu cea mai marers'4ndire n scoara terestr sub form de combinaii c"imice o>ii

carbonai sulfuri etc.-ierul este un metal moale i 'reint 'ro'rieti mecaniceinferioare @de e>em'lu n com'araie cu oelurileA astfel

reistena la ru'ere la traciune 2*) M(a alun#irea *)U duritatea 0rinell E0 8) uniti.

(osed o mare afinitate 'entru o>i#en. 3n aer umed fierul seo>idea. /a tem'eratur nalt reacionea cu va'orii de a' itrece n -eO%cu formare de E2.

-ierul cristaliea n sistem cubic i n funcie de tem'eraturse distin# trei forme alotro'ice @de cristaliareA

&ieru* a*&astabil '4n la $$))& cristaliea n sistemulcubic cu volum centrat i este ma#netic;

&ieru* 5etacu domeniul de stabilitate cu'rins ntre $$) i91) )& i sistem de cristaliare cubic cu fee centrate ieste nema#netic;

&ieru* ga)acu domeniul de stabilitate cu'rins ntre 1%))i 1**)& i cristaliea n sistemul cubic cu volumcentrat i este nema#netic. Temperatura detransformare a fierului magnetic n fier nemagnetic de$$))& este cunoscuta sub denumirea depunctul Curie.

6ieru* te:ni pur are a uti*i-ri c4teva domenii s'ecificeres'ectiv n e*etr0te:ni 'entru realiarea unor tole sau bare'entru transformatoare sau sub form de 'ulbere metalic utiliat nd0)eniu* )eta*urgiei pu*5eri*0r 'entru obinerea de 'iese 'rinsinteriare.

&arbonul n diferite 'ro'orii sau c"iar n cantiti miciinfluenea substanial 'ro'rietile fierului n s'ecial 'e cele fiicomecanice. 3n alia+ele cu fierul carbonul se 'oate 'reenta liber subform de gra&itsau sub forma urmtoarelor combinaii c"imice &erita este un com'us @soluie solidA de carbon n fierul alfa.

&onine foarte 'uin carbon ))2U i are 'ro'rieti fiicomecanicea'ro'iate de ale fierului;

e)entitaeste un com'us intermetalic cu formula -e & i conine66$U&. :ste foarte dur @8)) E0A i foarte fra#il;

per*itare'reint un constituent de ti'ul amestecului mecanic fiindalctuit dintrun amestec de ferit i cementita i conine '4n la)8)U&. ,re bune 'ro'rieti mecanice reisten la traciune de8*) M(a i o duritate 0rinell de 2)) E0 cu o alun#ire de 1)U;

austenita este un constituent de ti'ul soluiei solide ntre carbon i

fierul #ama. (oate conine '4n la 2)6U& i este moale i 'lasticMa+oritatea alia+elor -e& se formea du' siste)u* 6eQ6eDC



22/32

Materiale metalicemotiv 'entru care acest sistem este deosebit de im'ortant din 'unctde vedere 'ractic.

60nta este un a*ia/ a* &ieru*ui u peste 2GJ ar50n.-onta obinut din furnal nu este utiliabil ca atare din care

motiv se numete font brut i urmea ca aceasta s fie 'relucratn diverse a#re#ate metalur#ice 'entru elaborarea fontei @n cu'tors'ecial 'entru font numit u5i*0u sau ntrun cu'tor electric cuinducieA. Din ntrea#a cantitate 'rodus 'e 'lan mondial 9)U estedenumit fonta de afinare i se utiliea la elaborarea oelurilor.estul denumit font brut de turntorie se folosete 'entruobinerea de 'iese 'rin turnare n forme.

Du' modul cum este structurat carbonul n com'oiia lorfontele se clasific n

&0nte enu'ii n care carbonul se afl sub form de #rafit lamelar &0nte a*5e unde carbonul se afl sub form de cementit

@acestea au seciunea de ru'ere de culoare albA. 3n acest ti' defonte 'oate a'are un constituent s'ecific numit *ede5urit formatdintrun amestec de 'erlita si cementita ce conine %U&. :ste unconstituent dur si fra#il

Oe*uri*e sunt toate a*ia/e*e &ieru*ui care conin de la G *a2GJC. Oelurile se deosebesc de fonte nu numai 'rin com'oiiac"imic ci i 'rin structur. &onstituenii structurali ai oelurilor latem'eratur obinuit sunt &erita per*ita 'i e)entita. (entru

tem'eraturi mai ridicate deasu'ra 'unctelor de transformare dindia#rama de fae -e& constituentul structural caracteristic esteaustenita.

Oe*u*se obine 'rin 'relucrarea fontei n cu'toare s'eciale. 3n'reent a'roa'e ntrea#a cantitate de oel se 'roduce 'e baa a trei'rocedee

convertiorul cu o>i#en cu'torul Martin cu'torul electric cu arc

3n cadrul 'roceselor de elaborare a fontelor i oelurilor sunt

utiliate o serie de a*ia/e a*e &ieru*ui u diverse e*e)ente denumite&er0a*ia/e. -eroalia+ele fac 'arte dintrun domeniu distinct denumit)eta*urgia &er0a*ia/e*0r.

Du' elaborare oelul este turnat sub form de lin#ouridenumite i ag*esau 5ra)esau sub form de semifabricate 'rin 2pr0edee

turnarea 0ntinu se face ntro form continu numitcristaliator i din care 'rodusul reultat este evacuat incom'letsolidificat fa't 'entru care se face o rcire secundar 'rintrundis'oitiv ce funcionea cu a' sub 'resiune. (rocedeul 'reint

marele avanta+ de a elimina o'eraii secundare @laminoarele deblumin# sau slebin#A absolut necesare atunci c4nd oelul este turnat

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural


23/32

Materiale metalicesub forma de lin#ou.

turnarea inter)itenta sau turnarea 0nveni0na* n urmacreia se obin blocuri masive din oel @*ing0uriA a cror #reutate'oate atin#e )) %)) t. /in#ourile urmea a fi 'relucrate 'rindeformare 'lastic n vederea realirii 'roduselor finite din oel.

Obinerea lin#ourilor are loc n urma turnrii oelului n forme metaliceconfecionate din font numite *ing0tiere.

Pentru )5untirea pr0prieti*0r 0e*uri*0r n )0d urentse prati a*ierea *0r u diverse a*te )eta*e. De e>em'lu

mrirea duritii oelurilor 'rin adu#area de olfram sau ivanadiu @cauat de asemenea i de formarea unor com'uic"imici carbura de olfram i carbura de vanadiuA;

mrirea conductibilitii 'rin adaos de niobiu; adu#area de metale uor fuibile @cu 'unct de to'ire micA

micorea tem'eratura de to'ire a oelului dar scad duritateai reistena oelului. /a 'roducerea oelurilor cu tem'eraturnalt de to'ire la alia+ele res'ective ale fierului se adau#metale #reu fuibile de o 'uritate nalt etc.

(relucrarea oelului 'rin deformare 'lastic este o metodcurent de 'relucrare metalur#ic ce are dre't sco' obinerea desemifabricate sau 'iese finite 'rin deformarea 'ermanent a oelurilorn stare solid la cald sau la rece sub aciunea unei fore e>terioare.(rocedeul re'reint un domeniu im'ortant al metalur#iei'relucrtoare deoarece 6)U din 'iesele metalice folosite n industrie

se 'roduc 'rin deformare 'lastic. Metoda necesit un consum minimde material i realiea 'roduse cu o 'reciie dimensionala mare.Du' deformarea 'lastic structura metalelor devine mai com'act imai omo#en. -ora care acionea asu'ra materialului 'entru'roducerea deformrii se transmite fiecrui #runte cristalin.

Dintre o'eraiile de 'relucrare 'rin deformare 'lastic a oelului0peraia de *a)inare repre-int pr0edeu* e* )ai uti*i-at . &ua+utorul lui se 'ot 'roduce table s4rme evi diverse 'rofile metalicefinite. (e l4n# laminare oelul mai 'oate fi 'relucrat folosind unele'rocedee adiionale cum sunt tra#ere e>trudare for+are 'resare.

12.H.2. Meta*e 'i a*ia/e ne&er0ase

Metalele i alia+ele neferoase sunt clasificate n dou cate#oriima+ore n funcie de densitatea 'e care o au neferoase uoareineferoase grele. (4n n 'reent nu sa stabilit n mod unanim ovaloare limit a densitii ma>ime care ar se'ara metalele n aceste#ru'e. &a urmare n mod frecvent n cate#oria metalelor i alia+elor

uoare sunt ncadrate 16 metale @dintre care cel mai uor metal estelitiul iar cel mai utiliat este aluminiulA care 'osed o densitate maimic de * #]cm.

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural%


24/32

Materiale metaliceDin cate#oria metalelor i alia+elor neferoase cele mai

re'reentative sunt aluminiul cu'rul incul i 'lumbul 'entru care n!abelul din -i#ura 12.6 sunt 'reentate c4teva caracteristici maiim'ortante.

Carateristia Cupru A*u)iniu Vin P*u)55tructura cristalin cubic cu

feecentrate

cubic cufee

centrate

"e>a#onalcom'act

cubic cufee

centrateDensitate la 2))& @#]cmA 898 2$) $1% 11%&onductivitatea termic la ))&@Xcal]m.".))&A

$ 1$% 9$ 298

eistivitatea electric la ))&@.cmA

1692 26 *$*

!em'eratura de to'ire @)&A 1)8 66) %19* 2$%

Duritatea @scara Mo"sA 2* 26 2* 1* 6igura 12. Carateristii a*e un0r )eta*e ne&er0ase

A*u)iniu* 'i a*ia/e*e de a*u)iniu

-ac 'arte din cate#oria metalelor i aliajelor neferoase uoare.&4teva caracteristici im'ortante ale elementului aluminiu sunt'reentate n continuare

8i)50* ,l!u)r at0)i 1

Masa at0)i 26.981*9 uamPuntu* de t0pire 66).$ \& @9.*2 \ 122).666 \-APuntu* de &ier5ere 2%6$.) \& @2$%).1* \ %%$2.6 \-A!u)ru* de pr0t0nie*etr0ni 1!u)ru* de neutr0ni1%8trutura rista*in cubic$ensitatea *a 2D 2$)2 #]cmCu*0are ar#intieAnu* des0peririi 18)8A &0st des0perit de Eans &"ristian OerstedOriginea nu)e*ui de la cuv4ntul latinescalumen8e &0*0se'te n industria aeronautic i 'entru cutii de buturi8e 05inedin bau>it

Este e* )ai rspndit )eta* n s0ara terestr dar numaisub form de combinaii c"imice. ,luminiul este un metal foarteelectro'oitiv i reactiv are structur cristalin cubic cu feelecentrate ceea ce l face maleabil si ductil adic 'oate fi cu uurinlaminat n foi subiri i tras n fire fine. &aracteristicile ,l metalicde'ind de starea de 'uritate astfel 'entru ,l 'ur de 9999U 'unctulde to'ire este de 66)2& iar #reutatea s'ecifica de 2699 #]cm ntim' ce 'entru ,l te"nic de 99*U valorile res'ective sunt 6*8% & i

2$)* #]cm

.:ste un metal uor 'arama#netic moale 'lastic maleabil iductil; 'reint reisten la traciune i duritate reduse. 5e com'ort

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural*


25/32

Materiale metalicebine n aer i n a' rece sau fierbinte datorit formrii unei 'eliculefine de o>id de aluminiu 'e su'rafaa sa care m'iedic avansarea'rocesului de coroiune. Du' ar#int i cu'ru aluminiul metalic estecel mai bun conductor de cldur i electricitate; conductivitatea satermic re'reint a'ro>imativ *)U iar conductibilitatea electric circa

6*U din cele ale cu'rului n condiiile n care este mult mai uor.Diferena mare ntre tem'eratura de to'ire @66)&A i cea defierbere @22$)&A 'erfecta stabilitate n stare to'it sunt caliti care'ermit ca turnarea ,l n forme s se fac uor i n bune condiii.

3n atmosfer umed i coroiv aluminiul trebuie ferit decontactul cu metalele electro'oitive s're a evita atacarea icorodarea lui. 3n 'ractic trebuie ocolit n s'ecial contactul cu cu'rul;n sc"imb contactul cu incul a'r aluminiul de atac.

5in#urele metale mai uoare sunt litiul beriliul i ma#neiul.Datorit 'rinci'alei sale caliti reisten mecanic mare ra'ortat la#reutate aluminiul este folosit n industria aeronautic a #arniturilorde tren i la confecionarea altor a'arate cu motoare unde esteim'ortant conservarea ener#iei i o bun mobilitate.

,luminiul este folosit i dre't conductor de electricitate 'entrumasa sa mic dei are numai 6U din conductibilitatea cu'rului. Maieste des folosit n ar"itectur @structuriA conservarea alimentelor @e>.foaia de ,l de ))18 cmA industria conservelor sco'uri militare.

3n e>trem de multe a'licaii aluminiul este utiliat sub form dealia+e. (rinci'alele elemente de aliere care intervin la obinereaacestor alia+e sunt ma#neiul cu'rul incul siliciul i man#anul.

$up destinaie a*ia/e*e de a*u)iniu p0t &i *asi&iate n Q a*ia/e de&0r)a5i*e ,Q a*ia/e pentru turnt0rii ,Q a*ia/e speia*e.

A*ia/e*e de a*u)iniu de&0r)a5i*e includ alia+ele de aluminiudestinate a fi 'relucrate la cald sau la rece 'rin laminare e>trudaretrefilare matriare sau for+are. &a urmare se 'ot obine bare tablelaminate 'rofile e>trudate. &4teva alia+e re'reentative sunt liajele de aluminiu!magneziu 'osed caracteristici mecanice

su'erioare o densitate mic reisten bun la coroiune i

'relucrabilitate bun 'rin lustruire. 5e utiliea n construciiindustria naval i feroviar i n mod s'ecial n aeronautic. liajele aluminiu!magneziu!cupru constituie #ru'a cea mai

im'ortant din cate#oria alia+elor deformabile i sunt cunoscuten 'ractic sub denumirea de alia+e ti' dural sau duraluminiu.,ceste ti'uri de alia+e sunt ca'abile de a fi durificate 'rintratament termic. Du' nclire la o tem'eratur de *)) )& sercesc ra'id n a' sau ntrun curent 'uternic de aer @o'eraienumita clireA. Durificarea care urmea du' clire serealiea 'rin meninerea materialului tim' de %* ile latem'eratura de circa 2))&. !ratamentul se numete mbtr4nire

natural deoarece aceleai 'ro'rieti se 'ot obine mai ra'id'rin nclire la 1$*2)))& urmat de o rcire lent. 3n acest ca



26/32

Materiale metalicetratamentul se numete mbtr4nire artificial. Din 'unct devedere al com'oiiei c"imice alia+ele de ti' duraluminiu conin )**)U &u )22$U M# i )21*U Mn.

A*ia/e*e de a*u)iniu turnate n 'iese includ n 'rimul r4ndalia+ele cu siliciu denumite siluminuri sau sial. ,lia+ele din aceast

cate#orie au n 'rimul r4nd o bun fluiditate la turnare n vedereaum'lerii com'lete i corecte a cavitii formei i au o contraciescut la solidificare. Datorit 'ro'rietilor siluminurile sunt folosite'entru realiarea 'ieselor cu 'erei subiri i confi#uraii com'licatenlocuind de foarte multe ori fonta sau oelul turnat.

A*ia/e de a*u)iniu u pr0prieti speia*e sunt acelea carese utiliea 'entru a'licaii deosebite cu cerine te"nice ridicate.,stfel cele mai im'ortante alia+e din aceast cate#orie sunt alia+ele'entru aeronautic. Fn alia+ cu com'oiia de ti'ul ,l&uM#,#!i ceconine )$9U ,# i )21U !i este des utiliat 'entru construciastructurii lon+eroanelor ari'ilor stabiliatoarelor oriontale 'recum i a

altor com'onente ale aeronavelor.

Cupru* 'i a*ia/e*e de upru

-ac 'arte din cate#oria metalelor i aliajelor neferoase grele.Cupru* este cel de al doilea metal desco'erit i utiliat de ctre

om @du' aurA. :ste un metal de culoare roie#lbuie caracteristicdiama#netic moale tenace ductil i e>trem de maleabil. ,rereisten la traciune redus i ca'acitate mare de deformare.

3n 'reent a'ro>imativ +umtate din 'roducia mondial se&0*0se'te n e*etr0te:ni 'i ter)0energeti datoritcaracteristicilor sale de conductivitate i conductibilitate electric itermic. ,re o conductivitate termic de circa $U din cea a ar#intuluii o reistivitate electric mai mare cu numai 118U. &u toate acesteacu'rul este 'referat ar#intului deoarece are un 're mai mic i are oseam de 'ro'rieti te"nolo#ice im'ortante. ,stfel tem'eratura deturnare este de circa 11*)12)))& tem'eratura de 'relucrare la caldde 9))1)*))& i tem'eratura de recoacere de %))$)))&.

Din 'unct de vedere c"imic cu'rul este un metal 'uin reactiv.3n aer uscat umed sau n va'ori su'ranclii cu'rul nu secorodea dar n aer umed i bo#at n &O2cu'rul se aco'er cu un

strat verde de carbonai i sulfai J patina cuprului care sto'eaavansarea coroiunii.(rin 'relucrare 'lastic la cald sau la rece se obin o serie de

'roduse din cu'ru ca bare rotunde trase i e>trudate la cald bare'trate trase 'entru colectoarele mainilor electrice table laminate cu#rosimi de ))* mm beni cu #rosimi de )1% mm evi i s4rmetrase la rece.

Du' industria electrote"nic i ener#etic cea mai marecantitate de cu'ru se consuma n metalur#ie 'entru elaborareadiverselor alia+e 'e ba de cu'ru. ,lia+ele de cu'ru sunt foartenumeroase i conin ntre %)98U &u. &ele mai uuale alia+e cu baa

de cu'ru sunt alamelei bronzurile.A*a)e*e sunt alia+e ale cu'rului la care 'rinci'alul element dealiere este zincul. Din 'unct de vedere al a'licabilitii industriale

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural$


27/32

Materiale metalice'reint interes alamele ce au un coninut de '4n la %*U n.,lamele 'reint o foarte bun reisten la coroiune la care seasocia bune caracteristici mecanice i te"nolo#ice. (e l4n#'lasticitate alamele se mai caracteriea i 'rintro foarte bunfluiditate n stare lic"id 'entru un coninut de 8U n la care se

nre#istrea o contracie minim la solidificare. ,lamele constituitedin 'este 8)U cu'ru sunt denumite tombac.,lamele manifest n #eneral reisten mare la coroiune cu

e>ce'ia com'ortrii n unele medii cum sunt de e>em'lu soluiileo>idante sub aciunea crora devin instabile.

Datorit caracteristicilor te"nolo#ice i 'ro'rietilor mecanicealia+ele de acest ti' se folosesc n industria construciilor atrans'orturilor i ener#etic.

Br0n-uri*e sunt cele mai vec"i alia+e cunoscute i intensutiliate de om marc4nd o ntrea#a e'oc n istoria civiliaiei umane.:le sunt alia+e de cu'ru i staniu la care se 'ot adu#a diverse

elemente de aliere devenind astfel bron cu aluminiu bron cu'lumb bron cu beriliu etc. 0ronurile folosite n mod curent au unconinut de staniu de *1*U. (ro'rietile bronurilor de'ind deconinutul de staniu i metoda de 'relucrare. 0ronurile cu *6U 5nau cea mai bun 'lasticitate. (e l4n# im'ortantele caracteristicimecanice bronurile constituie un material cu deosebite calitiantifriciune. ,re o bun reisten la coroiune n mediu ambiant nabur uscat sau umed n a'a dulce i de mare 'recum i fat deo>i#en. 3n stare turnat se utiliea 'entru la#rele de alunecarearmturi de 'resiune 'iese solicitate la uur iar n stare laminat'entru arcuri membrane 'iese 'entru industria c"imic.

Vinu*

:ste un metal albalbstrui strlucitor al crui luciumetalicdis'are re'ede n contact cu aerul datorit formrii unui stratsu'erficial de o>id care m'iedic o>idarea lui n continuare.&ristaliea n sistem "e>a#onal com'act i nu mai 'reint alteforme alotro'ice. (osed o buna conductivitate termic @616%U fade ar#intA i electrica @28U fa de ar#intA.

/a tem'eratur obinuit incul este fra#il i nu 'oate fi

'relucrat 'rin laminare. 3ntre 1)) i 1*)

)

& devine 'lastic 'ut4nd fifor+at sau laminat n table subiri '4n la ))* mm #rosime. Datorittem'eraturii de recristaliare destul de scute 'rin nclire la2*))& incul a+un#e sa fie at4t de casant nc4t 'oate fi sfr4mat'4n n stare de 'ulbere metalic.

incul 'osed 'ro'rieti mecanice reduse datorit ndeosebistructurii sale formate din #runi #rosieri dar 'ro'rietile 'ot fimbuntite du' laminare.

Gm'ortana care se acord n 'reent acestui metal 'oate fidedus din fa'tul c fiind un metal foarte 'uin rs'4ndit n natureste calificat ca un material strate#ic. O im'ortant cantitate de inc

este folosit n )eta*urgie la e>tra#erea 'lumbului aurului iar#intului 'recum i la e*a50rarea un0r a*ia/edintre care cel maiim'ortant este alama. &antiti im'ortante de inc sunt folosite la



28/32

Materiale metalicefabricarea o>idului de inc cel mai uual 'i#ment anor#anic alb. 3nafar de industria coloranilor o>idul de inc este utiliat i nindustria auiuu*ui n industria era)i n )ediin et.

P*u)5u*

-ace 'arte din cate#oria 'rimelor metale cunoscute intrebuinate din cele mai vec"i tim'uri du' aur i cu'ru. (lumbuleste un metal moale de culoare cenuiualbstrui n tietur'roas't dar care se 'ierde la contactul cu aerul. ,re o duritatefoarte mic @E0 % unitiA i 'osed o slab conductivitate termic ielectric.

(lumbul constituie un bun absorbant 'entru raele 7 i 'entrucelelalte ti'uri de radiaii. (entru e>em'lificare 'utem meniona c ofoaie de 'lumb cu #rosimea de 1 mm realiea o 'rotecie similarcu a unei 'lci de oel #roase de 11* mm sau a unui 'erete de beton

cu #rosimea de 11) mm.,re o reisten la ru'ere deosebit de scut. Din 'unct de

vedere c"imic se caracteriea 'rintro activitate c"imic redusreist bine la aciunea acidului clor"idric i acidului sulfuricconcentrat dar se diolv n acii or#anici cum este s're e>em'luacidul acetic. 3n absena aerului nu reacionea cu a'a dar n'reena o>i#enului din aer formea la su'rafa o 'elicul de"idro>id de 'lumb. Datorit carbonailor acii de calciu i ma#neiu'reeni n a' ia natere 'e su'rafaa metalului un strat subire'rotector de carbonat de 'lumb.

:ste utiliat ca )ateria* anti0r0-iv n industria :i)ii ns'ecial n industria acidului sulfuric. (lumbul este reistent la aciuneaacidului sulfuric cu concentraia de 96U la rece i cu concentraiama>im de 8*U i tem'eratur de 22))&. Fnul dintre cei mai mariconsumatori de 'lumb este industria e*etr0te:niunde 'lumbulse folosete 'entru 'rotecia cablurilor subterane i la fabricareaacumulatorilor @cu 'uritatea de 99999996U (bA. 3n stare 'relucrat'rin deformare 'lastic 'lumbul se livrea sub form de beni tableevi s4rme sau 'lci.

TE8T $E AUTOEALUARE

1H.Cu) se *asi&i a*ia/e*e dup pr0p0ria e*e)ente*0r dea*iere

1.Enu)er teva siste)e de a*ia/e )ai i)p0rtante.



29/32

Materiale metalice

1.Ce ne*egi prin u5i*0u

1N. Ce tipuri de upt0are un0'ti pentru e*a50rarea 0e*u*ui

1. Care sunt a*ia/e*e &ieru*ui e *e de0se5e'te

2G.Enu)er teva )eta*e ne&er0ase repre-entative.

21. Ce pr0prietate &ae di&erena ntre )eta*e*e ne&er0asegre*e 'i e*e u'0are Care este *i)ita u-ua*

22.P0i spune e este dura*u)iniu*

2D. Ce ne*egi prin a*a) dar prin 5r0n-

SNot s'unsurile la aceste ntrebri se vor 'reenta i se vorncadra n s'aiile lsate libere; rs'unsurile i comentariile laacest test 'ot fi #site la finalul acestei uniti de nvare.

12. R"8PU!8URILE 7I COME!TARIILE LA TE8TELE $E

AUTOEALUARE 1. Ep0a 5r0n-u*ui


30/32

Materiale metaliceMeta*urgia etrativ este ansa)5*u* 0peraii*0r are0ndu *a separarea unui )eta* din )inereu* depr0venien.

F. Trata)ente*e )eanie 'i &i-ie

$es0)punerea )inereu*uiH. Minereu de &ier 0s d0*0)it

. Oi-i de &ier


31/32

Materiale metalicentrQ0 pr0p0rie are dep'e'te 1GJ

1. A*ia/e )eta*ie &er0ase &0nte 'i 0e*uri.Meta*e 'i a*ia/e ne&er0ase Cupru 'i a*ia/e de Cu em'le

&um se definete un metal cum se definete un alia+ &4nd au a'rut metalele n istoria omenirii i ce au nsemnat ele 'entru

civiliaie &um se obin metalele i alia+ele lor

(roiectul 'entru 3nvm4nt ural%2


32/32

Materiale metalice Materiile 'rime i materialele utiliate la obinerea metalelor care vau fost

'reentate. Materialele metalice se clasific n funcie de diferite criterii. Metalele i alia+ele lor au 'ro'rieti s'ecifice care le deosebesc de alte

materiale Domeniile de utiliare al metalelor sunt foarte diverse.

60r)a &ina* a aestei *urrii de veri&iare se tri)ite tut0re*ui du)neav0astr.Met0d0*0gia de redatare preu) 'i riterii*e de eva*uare 'i n0tare sunt

pre-entate n (Intr0duerea+ aestui )0du*.

12.N. BIBLIORA6IE

1. SSSManua*u* ingineru*ui )eta*urg Editura te:ni Buure'ti1N pag. 11.

2. L-resu I. Q A*u)iniu* Editura te:ni Buure'ti 1Npag. FNQHG.

D. @tresu O. Q Meta*e*e n ep0a atua* Editura A*5atr0sBuure'ti1N2 pag. 1DHQ1FG.

F. Ru A. Trip'a I. Q Meta*urgia 0e*u*ui Editura didati 'ipedag0gi Buure'ti 1D pag. 1GQ1H.

H. Oprea 8. Rd0i R. Q Meta*urgia )eta*e*0r gre*e 'i rareEditura didati 'i pedag0gi Buure'ti 1 pag. 2FQDG.

. $rgu*esu C. Petr0vii E. S Intr0duere n :i)iaan0rgani )0dern Ed. 6a*a Ti)i'0ara 1D pag. H21QH2F.

. !eniesu C.$. S C:i)ie genera* Ed. $idati 'ipedag0gi Buure'ti 12 pag. 1FQ1N.

N. Te0reanu I. Ci0ea !. !i0*esu I. M0*d0van . SIntr0duere n 'tiina )ateria*e*0r an0rganie v0*. II Ed.Te:ni Buure'ti 1N pag. 21QFF.

Materiale si tehnologii - unitatea de invatare 12 (2).doc

Documents

Transcript of Materiale si tehnologii - unitatea de invatare 12 (2).doc