RETELE CRISTALINE. CELULE ELEMENTAREARANJAREA ORDONATA A ATOMILOR.

Daca se reprezinta simplificat nucleele atomice dintr-o leg. metalica sub forma punctelor care marcheaza centre ale sferelor care reprezinta in mod normal nucleele atomice, si se unesc aceste puncte prin linii care sa marcheze interactiunile dintre atomii vecini, se obtine o retea cristalina.Deoarece aranjarea nucleelor in cadrul retelei cristaline e ordonata, implicand distante egale intre atomii de pe o anumita directie, in cadrul orcarei retele cristaline poate fi identificata o structura geometrica simpla care, prin multiplicarea sa pe cele 3 directii ale spatiului poate sa reconstituie intreaga retea critalina.Aceasta structura geometrica se numeste celula elementara.In functie de lungimile relative ale laturilor celulelor elementre, de valorile unghiurilor dintre acele laturi si de nr. si prozitia atomilor din interiorul unei anumite cellule elementare se pot distinge in natura un nr. de 7 sisteme cristaline care cuprind un nr. de 14 retele cristaline distincte.1. Celula elementara cubica cu volum centrat

(c.v.c)- se compune din 8 atomi plasati in colturile unui

cub, un alt atom fiind situat in centrul geometric al cubului a.i. acesta sa fie tangent la atomii din colturi.

- Pt a determina compactitatea, se foloseste coeficientul de compactitate care se not. cu

N A=8 ∙18+1=2.

Acest tip de celula elementara se intalneste la Fierul α, crom, vanadiu, etc.2. Celula elementara cubica cu fete centrate

(c.f.c)- se compune din 8 atomi situati in fiecare din

colturile unui cub si din alti 6 atomi situati in centrele fetelor cubului a.i. atomii din centrele fetelor sa fie tangenti la atomii din colturi.

- N A=8 ∙18+6 ∙ 1

2=4

- Acest tip de cel. element. se italneste la Al, Cu, Pb, Ag,An etc.

3. Celula elementara hexagonal compacta- se compune din 12 atomi plasati in fiecare

dintre colturile unei prisme hexagonale drepte, din alti 2 atomi plasati in centrele bazelor acestei prisme si din inca 3 atomi situati in interiorul prismei intr-un plan orizontal aflat la jumatatea distantei dintre baze si formand un triunghi echilateral

- N A=12∙16+2∙ 1

2+3=6

- Acest tip de cel. elem. se intalneste la Mg,Zn, Grafit.

CRISTALIZAREA METALELOR- In gaze, atomii sunt dispusi la intamplare, fara

sa existe o ordine intre atomi.- In lichide,in anumite legaturi se intalneste o

oarecare aranjare ordonata dar doar pe distante mici.

- Solide(amorfe) ordine apropiata- Solide (cristaline) ordine indepartata- Trecerea unui material din starea lichida de

topitura in stare solida ordonata(critalina) se numeste cristalizare.

- Cristalizarea se produce in mai multe etape:o in momentul in care temperature

scade sub punctual de solidificare

(sau de inceput de solidificare), in topitura, incep sa apara mici grupuri de atomi cu o structura ordonata, solida, numite germeni sau nuclee.

- pe masura ce procesul de solidificare continua, germenii de cristalizare acumuleaza in jurul lor tot mai multa materie solida si se formeaza “cristalitele”. Aceste cristalite continua sa se dezvolte absorbind tot mai mult lichid din vecinatatea lor, pana cand ocupa tot spatial disponibil si respective se lovesc de cristalitele invecinate.

- formarea de graunti e cauzata de orientarea diferit a planelor atomice din fiecare graunte.

- Atunci cand cristalizarea se produce cu vitea mare, de ex. in cazul turnarii materialelor metalice, se vor forma graunti care prezinta o structura puternic ramificata, cu ramuri orientate pe directiile principale de evacuare a caldurii. Aceste cristale se numesc dendrite.

- Modul de solidificare al unui material poate fi

descries printr-un grafic, in coordonate t ° si

timp (oriz.), numit graphic de racir. In cazul metalelor pure, curba de racier prezinta, in dreptul pct. de solidificare, un polier de temperatura.

DEFECTE DE STRUCTURA-S-a demonstrat ca rezistenta mecanica a unui cristal ideal, format dintr-o insiruire infinita de atomi distribuiti ordonat, ar fi de circa 10.000 de ori mai mare decat rezistenta determinate efectiv pe cristale reale.-De aici poate deduce faptul ca nu exista o aranjare ordonata infinita ci ca, din loc in loc, in cristale exista imperfectiuni sau defecte si se disting 3 feluri de defecte:

o punctiforme( defecteaza un singur punct)o liniareo de suprafata

DEFECTE PUNCTIFORME-sunt imperfectiuni legate de cate un singur punct al unei retele cristaline-chiar si in conditii normale, in orice retea cristalina exista un nr. mare de defecte punctiform. Acest numar creste mult atunci cand se deformeaza reteaua cristalina rspectiva.DEFECTE LINIARE-Sunt imperfectiuni in reteaua cristalina care se manifesta la nivelul unui intreg plan sau semiplan atomic.-exista 2 tipuri de dislocatii (marginale si elicoidale)DISLOCATII MARGINALE: defecte liniare care se caracterizeaa prin preenta unui semiplan atomic suplimentar in reteaua cristtalina a unui corp in curs de deformare, care se repara zona care a fost deja deformata de cea care nu s-a deformat inca.Planul orizontal, deasupra sau dedesuptul caruia are loc deformarea se numeste plan de alunecare.DEFECTE DE SUPRAFATA-exista 3 tipuri principale:a) limitele de graunti b)sublimitele c) maclelea)Limitele de graunti – sunt zone 3D care repara portiuni de retele cristaline a caror orientare difera cu mai mult de un grad.In cadrul unui graunte se pot distinge blocuri de material(de atomi) a caror orientare difera, dar cu unghiuri de ordinal secundelor sau minutelor de grad.b)Zonele care repara aceste blocuri se numesc sublimite si se considera ca ele apar ca urmare a unei insiruiri de dislocatii.Structura alcatuita intr-un graunte se numeste struct. in mozaic.

c)Maclele – sunt defecte de suprafata care se caracterizeaza prin schimbarea brusca a directiei unui grup de plane atomice in oglinda fata de orientarea initiala, pe lungimea de cateva sute sau mii de atomi dupa care se revine la directia initiala.

TENSIUNI SI DEFORMATII-Atunci cand se actioneaza asupra unui corp cu o fort deformatoare, in acel corp apar ca raspuns, forte distribuite, numite tensiuni sau eforturi unitare. Rezultatul actiunii fortei deformatoare duce la deformatii.-Exista 3 tipuri de deformari:o deformare elastica (deformatie ce dispare

odata cu incetarea fortei deformatoare)o deformare plastica (deformatia nu mai dispare

dupa incetarea fortei deformatoare)o deformare anelastica (caracteristica deformarii

cu viteze mari in urma ei o parte din deformatie dispare si o parte ramane)

DIAGRAMA TENSIUNE- DEFORMATIE LA TRACTIUNEPt. a putea determina evolutia deformatiei dintr-un material in functie de tensiunea aplicata se folosesc epruvete plane sau cilindrice fixate intre blocurile unei masini de incercare la tractiune.Prin deplanarea blocului mobil in sus se genereaza valori tot mai mari ale fortei de tragere, respectiv ale tensiunii poduse de acesta in material si se inregistreaza pt. fiecare valoare a tensiunii deformatiei produre.Se obtine astfel o serie de puncte in coordonatele tensiune pe verticala si deformatie pe orizontala, care, unite, formeaza curba tensiune –deformatie la tractiune.

RECRISTALIZAREA-Este procedeul de inlaturare a efectelor ecruisarii asupra unui material, prin incalzirea acestuia. Se pot distinge 3 etape:A) restaurarea B) germinarea C)cresterea grauntilorIn etapa de RESTAURARE se incepe o incalzire treptata a materialului ecruisat. Prin energia suplimentara data de aceasta incalzire, atomii materialului incep sa vibreze mai puternic in jurul pozitiei lor de echilibru si chiar sa se deplaseze usor, ducand la o reordonare limitata a retelei si la o scadere a deformatiei acesteia.

Etapa de RECRISTALIZARE/GERMINARE incepe in moemntul in care in material se atinge un prag de

temperatura numit t °critica de

recristalizare.Valoarea acesteia e specifica fiecarui material in parte si poate lua valori inte 0.35 si 0.5 din temp. de topire.Aceasta temp. permite diferentierea notiunilor de prelucrare la cald respectiv la rece. In cadrul acestei etape, vechea retea deformata, ecruisata se dizolva si in locul ei se formeaza o noua

retea nedeformat si cu graunti de dimensiuni relative mici.

Rezistenta si duritatea materialului se reduc simtitor in timp ce proprietatile de plasticitate se imbunatatesc. Daca se depaseste la incalzire o anumita valoare a temp., e initiata cea de a-3-a etapa in care se constata o CRESTERE BRUSCA SI SEMNIFICATIVA A DIMENSIUNII GRAUNTILOR.Aceasta crestere a grauntilor se datoreaza, pe de-o parte dilatarii acestora dar si fenomenului de coalescenta a grauntilor( contopire a mai multor graunti mici intr-unul mare).

RUPEREA MATERIALELORE initiata in materialele ccristaline; in locuri in care exista obstacole sau concentrari de tensiuni care modifica traiectoria obisnuita a liniilor de tensiune si fac ca acestea sa se concentreze in anumite puncte ex. impuritati, orificii, schimburi bruste de dimensiuni etc.Concentrarea tensiunilor in acele puncte poate sa duca la aparitia unr microfisuri/defecte de material situate intre graunti.Daca solicitarea asupra materialului continua si chiar creste ,aceste microfisuri se inmultesc si in final ajung sa se uneasca si se formeaza astfel microfisuri care se dezvolta si ele ducand in final la rupere.Se pot distinge 3 tipuri de rupere in fct. de natura materialelor si de modul de solicitare.A) Ruperea ductila (prin forfecare)-se produce datorita tensiunilor tangentiale-la inceput se alungeste si se subtiaza aspectul este mat si fibros.B) Ruperea fragila (rupere prin smulgere)-se datoreaza actiunilor tensiunilor normale-aspectul suprafetei de rupere este cristalin si lucios-fara deformatii elasticeC) Ruperea con-cupa -una dintre bucatile de material se deformeaza si se subtiaza, in timp ce in cealalta apare cavitate

In anumite conditii, materialele ductile pot sa se rupa in ele fragil. Principalii factori care pot duce la aparitia unei ruperi fragile in materialele ductile sunt:-compozitia chimica-structura materialului-conditiile de exploatare (temp. scazute, viteze mai de solicitare)-prezenta cncentratorilor de tensiune

ALIAJE METALICE(GENERALITATI, SOLUTII SOLIDE, AMESTECURI MECANICE)

In industrie, in general, nu se folosesc metale pure.Se folosesc in schimb combinatii de mai multe elemente chimice , dintre care cel mai putin unul (cel de baza) e metal si numite aliaje metalice.Elementul principal metalic se numeste metal de baza iar elementele chimice prezente pe langa el se numesc elemente de aliere. Pe langa acestea, pot exita in aliaj si impuritati.Daca atomii de tip A si cei de tip B se atrag in aceeasi masura in care se atrag intre ei atomii din fiecare categorie atunci nu exista o preferinta in aranjrea atomilor a.i. se va forma o structura cu aspect neomogen. S evorbeste atunci de o SOLUTIE SOLIDA DEZODONATADaca atomii de tip diferit se atrag mai puternic decat atomii de acelasi fel atunci atomii de tip A vor tinde sa se inconjoare de atomii de tip B si invers.S evorbeste atunci de o SOLUTIE SOLIDA ORDONATA.Daca atomii de acelasi fel se atragmai puternic, atomii de tip diferit , atunci in cadrul unui graunte se vor forma blocuri distincte formate din atomi de tip A in

alternanta cu blocuri de atomi de tip B, Se vorbeste atunci de un AMESTEC MECANIC.

TRANSFORMARI DE BAZA,CAZUL GENERAL SI EXEMPLIFICARE PT DIAGRAMA Fe-Fe3C

Transformarea eutectica –reprezinta transformarea prin care la racirea unei solutii lichide se formeaza in conditii de temp. constant un amestec mecanic de 2

substante solide. L→α+βPunctul in care are loc transformarea se numeste punct eutectic iar amestecul mecanic rezultat se numeste eutectic al diagramei de echilibru respective.

Transformarea eutectoida- o solutie lichida se transforma la racire in conditii de temp. constanta

intr-un amestec mecanic de 2 subst. solide. S→¿)

Punctul in care are loc transformarea se numeste punct eutectoid iar amestecul mecanic rezultat se numeste eutectoid al diagramei de echilibru respective.

Transformarea peritectica- o substanta solida reactioneaza la racire in conditii de temp. constanta cu lichidul din care s-a reparat anterior formand o noua

solutie solida. α+L→βPunctul in care are loc transformarea se numeste punct PERITECTIC.EXEMPLIFICARE PT DIAGRAMA Fe-Fe3CPe orizontala --->0% cementita--->100%cementita

100% fier ---> 0% fier

Linia lichidus a diagramei e linia ceaa mai de sus ABCDLinia solidus a diagramei AHJECFTrei transformri de bza:-exista 3 domenii monofazice-in DGPQ avem numai ferita-in polignul NJESG avem numai austenita-in DAHN avem numai feritaAvem o transformare peritectica in “J” L+F=AAvem o transformare eutectoida in SA--->(F+Ce)Amesteul mecanic de F si Ce se numeste perlita(P) si contine 0.77%CAvem o transf. eutectica in CL---->A+CeAmestecul mecanic dintre A si Ce se numeste Ledebuita (Le).A re 4.3%C