Raport Cercetare Et_I

Pag. 1

CUPRINS OBIECTIVELE GENERALE SI SPECIFICE ALE PROIECTULUI …………………2

OBIECTIVELE FAZEI DE EXECUTIE…………………………………………………..3

REZUMATUL FAZEI……………………………………………………………………….4

INTRODUCERE ………………………………………………………………..…………..6

1 Costul şi disponibilitatea materialelor ………………………………………………………...7

2 Materiale utilizate în industria de autoturisme …………………………..…………………9

3 Proprietăţile materialelor metalice…………………………………………………13

3.1 Proprietăţi fizice…………………………..……………………………………….17

3.2 Proprietăţi chimice……………………………………………………..………….18

3.3 Proprietăţi mecanice…………….………………………………………………..19

3.4 Ruperea materialelor metalice…………………………………………………….29

3.5 Proprietăţi tehnologice…………………………………………………………….26

3.6 Proprietăţi de exploatare…………………………………………………………..28

4 Oţeluri utilizate în industria auto……………………………….……………….……33

5 Fonte utilizate în industria auto…………………………………………………….…..40 6 Tratamente termochimice ………………………………………………………………43

4.1 Carburarea ………………………………………………………………………..43

4.2 Carbonitrurarea ………………………………………………………………..…44

7 Dezvoltări de materiale utilizate in industria auto …………………………………..48

8 Prelucrarea termoelectrochimică a metalelor şi aliajelor…………………………50

9 Concluzii ………………………………………………………………………………….55 Bibliografie …………………………………………………………………………………..57

Pag. 2

Obiectivele generale si specifice ale proiectului Obiectivele generale: - Elaborarea unor procedee de tratamente si acoperiri ale suprafatelor materialelor metalice, utilizate in industria de automobile - Elaborarea unui model functional de caracterizare a suprafetelor in vederea optimizarii tehnologiilor de tratamente si acoperiri ale suprafatelor materialelor metalice - Proiectarea unei instalatii pilot de tratamente si/sau acoperiri ale suprafatelor materialelor metalice

Obiectivele generale ale proiectului vizează în principal colaborarea între colective de experţi ce işi desfăşoară activitatea în domenii complementare, dezvoltarea parteneriatului instituţional între universităţi – institute de cercetare – industrie, crearea unor clustere ştiinţifice şi tehnologice integrate care să permită cresterea competenţei tehnologice şi promovarea transferului de cunoştinţe şi tehnologii în domeniul materialelor metalice cu proprietati de suprafata controlate, crearea de produse, procese şi tehnologii curate, optimizarea procedeelor de procesare a materialelor de interes, dezvoltarea de noi produse şi procese cu înaltă valoare adăugată, dezvoltarea de noi direcţii ştiinţifice pe tematica abordată în vederea racordării cercetărilor din cadrul prezentului proiect la tematica europeană/mondială de cercetare (Eureka, NATO, FP7) ceea ce va duce la cresterea competitivitatii Romaniei in domeniul cercetarii materialelor. Proiectul propus, face parte dintr-un domeniu interdisciplinar, imbinind activităţi de cercetare ştiinţifica şi tehnica specifice ştiinţei si ingineriei suprafetelor, ingineriei mecanice, interactiei radiatiilor cu substanta, respectiv tehnicilor de caracterizare fizico-chimica a suprafetelor, ceea ce conferă temei un grad deosebit de complexitate, şi necesită un înalt grad de competenţă a participanţilor, aliniind tema la cercetările europene din domeniu şi o direcţionează pe tematici specifice mai multor platforme tehnologice europene (EUMAT, PT4 etc.) Obiectivele specifice ale proiectului sunt: optimizarea tratamentelor termoelectrochimice de cementare, asistate in plasma electrochimica, a tratamentelor de suprafata a componentelor metalice utilizand fascicule ionice, fascicule de electroni, descarcari in plasma si radiatie LASER si a acoperirilor suprafetelor materialelor metalice cu staturi protectoare la coroziune si ultradure prin depunere laser pulsata, magnetron sputtering, procedee electrochimice si chimice. Pentru a realiza obiectivele specifice, activitatile propuse se pot grupa astfel:

Activitati de clasificare a materialelor metalice utilizate in industria de automobile, in functie de propietatile functionale ale suprafetelor acestora.

Activitati de elaborare a procedeelor, tehnologiilor de laborator si metodologiilor pentru procesarea si caracterizarea suprafetelor materialelor metalice utilizate in industria de automobile.

Activitati de realizare si experimentare a tehnologiilor de laborator si optimizarea acestora prin caracterizarea proprietatilor suprafetelor.

Elaborarea documentatiei tehnico-economica si a documentatiei tehnice pentru selectarea tehnologiilor de procesare a suprafetelor materialelor metalice.

Proiectarea unei instalatii pilot in vederea realizarii transferului tehnologic Activitatile de cercetare vor fi corelate cu evolutia, tendintele si rezultatele viitoare obtinute de comunitatea stiintifica internationala.

Pag. 3

Obiectivele fazei de executie a) Identificarea componentelor metalice supuse la coroziune si uzura b) Elaborarea unui caiet de sarcini privind cerintele de rezistenta la coroziune, uzura si cerintele de design a componentelor metalice utilizate in productia de automobile.

Pag. 4

Rezumatul fazei

Industria constructoare de autovehicule este unul dintre cei mai importanţi consumatori de materiale şi în special de materiale metalice din economie. Concurenţa din acest domeniu, progresul tehnic şi exigenţele impuse autovehiculelor necesită cunoaşterea proprietăţilor materialelor, dezvoltarea de noi materiale, tratamente şi tehnologii de prelucrare în scopul asigurării cerinţelor de exploatare, fiabilităţii, cerinţelor estetice cu costuri minime. Oţelurile utilizate pentru organe aflate în mişcare relativă şi în contact cu alte organe trebuie să asigure caracteristici de tenacitate ridicata pentru miez în timp ce zonele superficiale, tratate termic sau termochimic trebuie să asigure o bună rezistenţă la uzare.

Scopul acestei lucrări este acela de a prezenta pricipalele categorii de materiale, proprietăţile şi utilizările acestora şi în special caracterizarea oţelurilor şi tratamentele termice şi termochimice aplicate pentru piese din industria auto.

În etapa actuală de dezvoltare a economiei mondiale bazată pe legile economiei de piaţă, alegerea şi utilizarea corectă a materialelor şi proceselor de prelucrare a acestora trebuie să se facă conform rigorilor ştiinţifice, pentru a răspunde unor exigenţe din ce în ce mai mari. În proiectare, alegerea optimă a materialelor se face în funcţie de scop, de condiţiile de utilizare, de solicitările existente, de procesele de prelucrare, de mărimea seriei fabricate, de perspectivele de fabricaţie, de forma dimensiunile rolul şi performanţele produselor, de reglementările oficiale şi nu în ultimul rând, de preţul de cost.

Principalele categorii de materiale utilizate industria de automobile sunt: metale si aliaje, materiale compozite, materiale ceramice, polimeri, materiale textile, fluide auto (lubrifianti).

Proprietăţile, factorii de cost şi disponibilitate care caracterizează materialele sunt: - proprietati intrinseci: proprietati ale suprafetei, proprietati mecanice ale volumului,

proprietati nemecanice ale volumului; - proprietati atribuite: cost si disponibilitate, proprietati tehnologice, proprietati estetice.

Proprietatile fizice ale materialelor sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub acţiunea unor fenomene fizice: gravitaţie,câmp termic, electric, magnetic, etc. Proprietatile chimice sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub acţiunea agenţilor atmosferici, chimici, electrochimici şi la temperaturi înalte. Proprietatile mecanice determină comportarea materialelor metalice la acţiunea solicitărilor mecanice, statice şi dinamice de întindere, compresiune, încovoiere, forfecare, răsucire, penetrare etc. Din punct de vedere al alegerii şi utilizării materialelor metalice pentru industria construcţiilor metalice şi cea constructoare de maşini, instalaţii, echipamente şi utilaje, aceste proprietăţi au rol preponderent, întrucât ele determină comportarea materialelor metalice în procesele de prelucrare şi mai ales în exploatare. Proprietatile tehnologice caracterizează capacitatea de prelucrare şi modul de comportare a materialelor metalice la diferite procese tehnologice de prelucrare la cald sau la rece. Cele mai importante proprietăţi tehnologice sunt: turnabilitatea, deformabilitatea plastică, sudabilitatea, aşchiabilitatea, călibilitatea, susceptibilitatea la supraîncălzire, susceptibilitatea la deformare şi fisurare.

Oţelurile sunt materiale de bază în industria constructoare de autovehicule, pentru că au un preţ de cost relativ mic, prelucrare tehnologică uşoară, gamă largă de utilizări , proprietăţi multiple şi posibilităţi de reciclare. Proprietăţile oţelurilor depind de compoziţia şi structura lor, de gradul de dispersie al fazelor, de procedeele de prelucrare aplicate şi de tratamentele termice. Astfel rezistenţa la tracţiune variază de la 30daN/mm2 până la 250daN/mm2, alungirea până la 50%, duritatea de la 80 la 650 HB şi rezilienţa pînă la 300 J/cm2. Clasificarea otelurilor dupa principalele clase de calitate: - oteluri nealiate: oteluri de calitate nealiate, oteluri speciale nealiate;

Pag. 5

- oteluri inoxidabile: se clasifica dupa continutul de Ni (mai mic de 2,5% si egal sau superior de 2.5%); - alte oteluri aliate: oteluri de calitate aliate, oteluri speciale aliate; - oteluri pentru autoturisme sunt oţeluri carbon de calitate superioară care prezintă următoarele caracteristici generale:materialul nu se calmează cu titan; la oţelurile resulfurate conţinutul de sulf trebuie să fie max. 0,02% -0,025%. Caracteristici tehnologice: plasticitate pentru produse forjate, refulare la cald la 1/3 din înălţimea iniţială, călibilitate. Caracteristici metalografice: macroscopice - punctajul pentru intensitatea segregaţiei 1-3; microscopice – mărimea grăuntelui austenitic punctaj 5-8; omogenitatea feritei şi perlitei, produsele cu structură controlată pentru uzinare tip A,B; incluziuni nemetalice – punctaj max. 3,5 pentru fiecare tip. Principalele tipuri de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto se pot clasifica astfel: - după tipul de grafit: fonte cu grafit lamelar si fonte cu grafit nodular; - după utilizare: fonte de uz general; fonte pentru utilizări specifice, adaptate unor familii de piese.

Tipurile de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto sunt definite de : tipul de grafit; natura matricei; caracteristicile mecanice obţinute pe epruvete; caracteristicile corespunzătoare pe piese; compoziţia chimică.

Pag. 6

INTRODUCERE

Industria constructoare de autovehicule este unul dintre cei mai importanţi consumatori

de materiale şi în special de materiale metalice din economie. Concurenţa din acest domeniu,

progresul tehnic şi exigenţele impuse autovehiculelor necesită cunoaşterea proprietăţilor

materialelor, dezvoltarea de noi materiale, tratamente şi tehnologii de prelucrare în scopul

asigurării cerinţelor de exploatare, fiabilităţii, cerinţelor estetice cu costuri minime. De exemplu

pentru tabla din oţel pentru caroserii din punctul de vedere al prelucrării prin ambutisare trebuie

asigurate caracteristici de deformabilitate plastică ridicată, din punctul de vedere al

regulamentelor privind securitatea pasagerilor trebuie asigurate caracteristici de rezistenţă

mecanică cît mai ridicată iar din punctul de vedere al utilizatorului o rezistenţă la coroziune bună

la un preţ cât mai mic. Oţelurile utilizate pentru organe aflate în mişcare relativă şi în contact cu

alte organe trebuie să asigure caracteristici de tenacitate ridicata pentru miez în timp ce zonele

superficiale, tratate termic sau termochimic trebuie să asigure o bună rezistenţă la uzare.

Creşterea numărului de vehicule fabricate şi implicit a celor scoase din uz impune

asigurarea reciclării acestora prin măsuri luate încă din faza de concepţie privind demontarea şi

trierea uşoară pe categorii a materialelor şi limitarea sau interzicerea utilizării de materiale

periculoase ca plumbul, cadmiul, mercurul, cromul hexavalent.

Scopul acestei lucrări este acela de a prezenta pricipalele categorii de materiale ,

proprietăţile şi utilizările acestora şi în special caracterizarea oţelurilor şi tratamentele termice şi

termochimice aplicate pentru piese din industria auto.

Pag. 7

Capitolul 1. Costul si disponibilitatea materialelor

Societatea omenească se confruntă la ora actuală cu o acută penurie de materiale metalice

tradiţionale. Viitorul omenirii în acest domeniu va fi asigurat de găsirea materialului teoretic :

• densitate ρ=1,2g/cm3 ;

• rezistenţa la rupere Rm=30 000 N/mm2 ;

• refractar – temperatură de utilizare Tu= 3 000oC ;

• rezistent la coroziune ca ceramica;

• conductibilitate electrică similară metalelor ;

• proprietăţi optice similare fibrelor optice;

• superplastic;

• resurse apropiate de cele ale siliciului

Până atunci omul prospectează alte surse de materiale metalice, decât cele tradiţionale,

( minereuri din subsolul Terrei ) : oceanul planetar, cosmos ( titan pe lună ), îmbogăţirea

minereurilor sărace cu ajutorul bacteriilor ( cultura de Fero Oxidants care irigă zăcăminte foarte

sărace de cupru din Utah – SUA permite extragerea zilnică a 320 t de cupru ) ; exploatarea

magmei ( forajul de la Gravberg – Suedia ); reciclarea materialelor metalice.

În etapa actuală de dezvoltare a economiei mondiale bazată pe legile economiei de piaţă,

alegerea şi utilizarea corectă a materialelor şi proceselor de prelucrare a acestora trebuie să se

facă conform rigorilor ştiinţifice , pentru a răspunde unor exigenţe din ce în ce mai mari.

În proiectare, alegerea optimă a materialelor se face în funcţie de scop, de condiţiile de

utilizare, de solicitările existente, de procesele de prelucrare, de mărimea seriei fabricate, de

perspectivele de fabricaţie, de forma dimensiunile rolul şi performanţele produselor, de

reglementările oficiale şi nu în ultimul rând, de preţul de cost.

În permanenţă, în alegerea şi utilizarea materialelor, trebuie să se ţină seama de principiul

de bază al ingineriei valorii şi anume : obţinerea de maximum de performanţe cu minimum de

costuri.

În procesul de producţie, este interzisă înlocuirea unui material prevăzut în documentaţia

tehnică cu altul fără acordul proiectantului. Orice tendinţă de a prevedea materiale cu

caracteristici superioare cerinţelor minime este dăunătoare din punct de vedere economic.

Pag. 8

În general, nu există materiale metalice unice destinate unor scopuri unice. Din acest motiv ,

alegerea materialelor şi proceselor metalurgice de prelucrare a acestora, este o etapă dificilă dar

foarte importantă pentru performanţele şi costul produsului.

Alegerea are la bază experienţa în realizarea de produse similare, promovarea de materiale

ieftine şi uşor de procurat, valorificare maximă a proprietăţilor tehnologice astfel încât să se

compenseze eventualele caracteristici mecanice mai scăzute ale materialelor folosite, dotarea şi

experienţa tehnologică a uzinei care va fabrica produsul.

Ponderea principală în industria constructoare de autoturisme o au materialele metalice.

Prognozele arată că până în anul 2050 oţelul va fi principalul material folosit în industria

mondială. Rezultă de aici importanţa care trebuie acordată cunoaşterii proprietăţilor oţelurilor şi

prelucrării metalurgice a acestora în scopul obţinerii maximului de caracteristici de exploatare a

acestor materiale.

Pag. 9

Capitolul 2 Materiale utilizate în industria auto

Principalele categorii de materiale utilizate industria de automobile sunt:

METALE ŞI ALIAJE

MATERIALE COMPOZITE

POLIMERI

MATERIALE CERAMICE

FLUIDE AUTO LUBRIFIANŢI

MATERIALE TEXTILE

Pag. 10

Categorii de materiale şi utilizări specifice în industria auto:

Nr.crt.

Materialul Utilizări Pondere pe auto % din greutate

Obs.

A Metale şi aliaje Aliaje feroase Oţeluri carbon Caroserii 30-40 Oţeluri aliate Pinioane, arbori,

coroane cutii de viteze Transmisii, suspensii, direcţie, organe de asamblare

20-30

Fonte albe Fonte pestriţe Axe cu came Fonte cenuşii Carter cilindrii,

cilindri, arbore cotit, discuri tamburi de frână

4-8

A1

Fonte maleabile Aliaje neferoase uşoare

A2

Aluminiu siliciu, Aluminiu cupru

Pistoane, chiulasă, etrier, Cartere cutii de viteze

2-3

Aliaje neferoase grele

Pe bază de cupru, bronzuri ,alame Cupru

Lagăre, bucşi Instalaţie electrică

1

A3

Cu bază de Plumb, staniu, stibiu

Cuzineţi

Pag. 11

Nr.

crt.

Materialul Utilizări Pondere pe auto

% din greutate

Obs.

B Materiale ceramice

Pe bază de oxid de

aluminiu

Pe bază de bioxid de

siliciu, sticle şi silicaţi

Parbriz, lunetă, geamuri

laterale

2-4

C Polimeri

Polietilena de joasă şi de

înaltă densitate

Tubulaturi de climatizare,

vase de degazare

1

Polipropilena (modificată

cu EPDM)

Bare paraşoc, panouri de

uşi, planşe bord

1-2

Poliamide Capace de roţi, aeratoare,

canalizaţii de benzină

1

Cauciuc Pneuri, chedere, garnituri,

simeringuri, covoare

2-4

Spume poliuretanice Matlasuri scaune 1

Spume semirigide Planşa bord, parasolare, 0.5

Spume rigide Eleron 0,5

D Fluide auto

Lichid de frână Lichid hidraulic în sistemul

de frânare

0,5l/auto

Lichid antigel Lichid de racire motor 6l/auto Amestec

1:1cu H2O

Lubrifianţi Ungere motor, cutie de

viteze, diferenţial

5-8l/auto

Unsori Mecanisme, casetă direcţie,

rotule,…

1kg/auto

Pag. 12

Exemplu de repartiţie a materialelor pe caroserie în funcţie de caracteristicile mecanice, pentru

a creşte securitatea pasagerilor.

Pag. 13

Capitolul 3 Proprietăţile materialelor metalice

Proprietăţile, factorii de cost şi disponibilitate care caracterizează materialele sunt:

INTRINSECI ATRIBUTE

PROPRIETĂŢI MECANICE ALE VOLUMULUI

PROPRIETĂŢI NEMECANICE ALE VOLUMULUI

PROPRIETĂŢI TEHNOLOGICE

PROPRIETĂŢI ESTETICE

PROPRIETĂŢI ALE SUPRAFEŢEI

COST ŞI DISPONIBILITATE

PROPRIETĂŢI

Pag. 14

3.1 Proprietăţi fizice Sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub acţiunea unor fenomene

fizice: gravitaţie,câmp termic, electric, magnetic etc.Ele au importanţă deosebită la alegerea şi

utilizarea materialelor metalice în domeniile speciale: electrotehnică , electronică,

aerospaţial,nuclear etc.

Ele determină comportarea materialelor metalice la turnare, deformare plastică(în special în

etapa de încălzire),tratamente termice şi termochimice.

a) Densitatea reprezintă masa unităţii de volum a unui corp omogen, măsurată în kg/m3

(g/cm3).

Pentru metale, densitatea variază cu temperatura, iar pentru aliaje, variază atât cu

temperatura, cât şi cu compoziţia chimică.De exemplu, pentru oţeluri care conţin 0,1…1,3 %C,

densitatea este:

γ=7,871-0,32⋅T-0,025⋅C,unde:

T este temperatura în oC, iar C este conţinutul de carbon în procente de masă.

Cel mai uşor material este litiul (γ=0,534 g/cm3), iar cele mai grele sunt iridiul şi osmiul (γ=22,5

respectiv 22,6 g/cm3), urmate în ordine descrescătoare de Pt (21,45), Re (20,5), Au (19,32), W

(19,30), V (18,7) etc.

b) Temperatura de fuziune este temperatura la care un metal pur trece din starea de

agregare solidă în stare lichidă.

Este o constantă fizică, spre deosebire de temperatura de solidificare, care depinde de

suprarăcire, fiind cu atât mai scăzută pentru unul şi acelaşi metal, cu cât viteza de răcire este mai

mare. Aliajele metalice, cu excepţia eutecticelor şi compuşilor chimici,se topesc într-un interval

de temperaturi.Cel mai uşor fuzibil metal este Hg(-38,87 oC) şi cel mai greu fuzibil este W

(3410 oC).

c) Căldura specifică este cantitatea de căldură necesară creşterii temperaturii masei de 1

kg cu 1 oC. Se măsoară în cal/g oC sau J/kg ⋅K.

Este dată de relaţia Cp=ΔQ/ΔT, în care ΔQ este cantitatea de căldură furnizată mesei

de 1 kg, iar ΔT este saltul de temperatură (la o presiune constantă).Căldura specifică a metalelor

cu greutate atomică mai mare este mai mică (de exemplu, uraniul are Cp=109,3 J/kg⋅K), iar

litiul are Cp=4171,6J/kg⋅K).

Pag. 15

d) Conductibilitatea termică este proprietatea metalelor de a conduce şi transmite

căldura cu ajutorul electronilor liberi(gaz electronic). Se măsoară în cal/cm⋅oC sau W/m⋅K.

Practic, este independentă de temperatură,deoarece cu creşterea temperaturii creşte energia

termică a electronilor liberi, dar accelerarea lor va fi frânată de creşterea reţelei de ioni din

metal, dată de creşterea amplitudinii de vibraţie a ionilor.S-a constatat totuşi scăderea

conductivităţii termice cu temperatura, excepţie făcând oţelurile bogat aliate cu crom, nichel şi

mangan.

Coeficientul de conductibilitate termică este dat de relaţia:

λ=-dQ ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂XT 1−

⋅dtdS11

⋅ ,

în care dQeste cantitate de căldură care trece prin suprafaţa dS în timpul dt, la un gradient de

temperatură ∂ T/∂ X pe direcţia X de transmitere a căldurii.

Cu cât coeficientul de conductivitate termică este mai mare , cu atât transmiterea căldurii

se face mai rapid.această transmitere nu poate fi instantanee, deoarece este frânată de căldură şi

densitate(cu cât produsul Cp⋅γ este mai mare, cu atât căldura se va transmite mai greu).Astfel,

viteza de uniformizare a temperaturii într-un corp la încălzirea sau răcirea lui este dată de

difuziunea termică:

a= γ

λ⋅Cp

,[m2/h].

Cea mai mică conductivitate o au bismutul şi mercurul cu 0,02 cal/cm⋅oC, iar cea mai mare o

are argintul, cu 1,0 cal/cm⋅oC, urmat în ordine descrescătoare de Cu(0,94), Al(0,53)

W (0,48), Mg şi Be (0,38) etc.

e) Căldura latentă de topire este cantitatea de căldură necesară pentru topirea masei de

1 kg, măsurată în J/kg sau cal/g.Ea este aceeaşi cu căldura latentă de solidificare,fiind necesară

pentru distrugerea, respectiv, refacerea aspectului cristalin al metalelor (trecerea de la ordinea

îndepărtată la ordinea apropiată şi invers).

Cea mai mare căldură latentă de topire o are siliciul(395,6 cal/g),iar cea mai mică o are

mercurul (2,8 cal/g).

f) Dilatarea termică este propietatea materialelor metalice de a-şi modifica (mări)

dimensiunile la variaţia (creşterea) temperaturii. Este inversul contracţiei şi se exprimă în grd-1.

Pag. 16

Dilatarea liniară se exprimă cu relaţia:

l=l0(l+α⋅ΔT),

în care l este lungimea finală, când temperatura a crescut cu ΔT,l0 este lungimea iniţială iar α

este coeficientul de dilatare liniară.Dintre metale,cel mai mic coeficient îl are wolframul (2,4⋅10-6

oC-1),iar cel mai mare îl are cesiul (98⋅10-6 oC-1).Aliajul metalic cu cel mai mic coeficient de

dilatare (de 8 ori mai mic decât fierul) este Invarul(36%Ni +64%Fe) cu 1,4⋅10-6 oC-1.

g) Conductibilitatea electrică este proprietatea metalelor metalice de a conduce curentul

electric prin intermediul elctronilor liberi.Se caracterizează prin mărimea denumită

conductivitate electrică σ=l/R⋅S,m-1Ω-1(m/Ω⋅mm2),unde l este lungimea sectorului;S-secţiunea

lui,iar R- rezistenţa electrică.Conductivitatea electrică este inversul rezistivităţii ρ⋅σ=1, ea scade

continuu cu creşterea temperaturii,cauza fiind frânarea deplasării electronilor liberi prin ciocnirea

lor de ionii din reţeaua cristalină, tot mai dezordonată la temperaturi tot mai mari.La scăderea

temperaturii,conductivitatea electrică creşte, putând apărea supraconductivitatea (ρ~0),în

preajma lui 0 K la unele metale (plumb).La aceste temperaturi, vibraţia ionilor din reţeaua

cristalină este foarte mică, iar electronii liberi se pot deplasa practic fără a fi frânaţi.Metalele au

întotdeauna conductivitatea electrică mai mare decât aliajele metalice, care în general sunt

rezistoare. Alierea şi ecruisarea micşorează întotdeauna conductivitatea electrică.Valoarea

coeficientului de temperatură al rezistivităţii, α=0

1ρ

⋅dTdρ ,împarte materialele în general în

conductoare (α>0) şi dielectrici (α<0).La temperatura ambiantă,cele mai bune conductoare

elctrice sunt :Ag(63,0m/Ω⋅mm2),Cu (60,0), Au(45,7), Al(37,6), iar cele mai slabe sunt Si(10-3),

Sn(0,16),Mn(0,54), Hg(1,06) etc.

h) Magnetismul este proprietatea materialelor metalice de a prezenta însuşiri

magnetice.Provine din mişcarea orbitală a electronilor în jurul nucleelor, când formează defapt

circuite electrice care, potrivit legii lui Lenz,creează câmpuri magnetice.Materialele metalice se

caracterizează,din punct de vedere magnetic, prin două mărimi:

-permeabilitatea magnetică sau costanta de inducţie,exprimată prin relaţia:

μo =H

IB π4− ,[gauss/oersted]

în care B este inducţia magnetică;I- intensitatea de magnetizare; H- intensitatea câmpului

magnetic.

Pag. 17

-susceptibilitatea magnetică, exprimată prin relaţia:

K= 1−=⋅

−= o

o

o

o HHB

HI μ

μμ

μ

Materialele care au susceptibilitatea negativă sau permeabilitatea subunitară sunt

diamagnetice ; ele dispersează liniile de forţă magnetică , nu se magnetizează şi sunt respinse de

cămpul magnetic. Din aceasta categorie fac parte zincul, cuprul, rubidiul, bismutul, argintul, etc.

Materialele care au susceptibilitatea pozitivă şi mică , K=10-2…10-6 Gs/Oe şi

permeabilitatea unitară şi puţin supraunitară sunt paramagnetice; ele conduc liniile de forţă

magnetică mai bine decât vidul şi sunt puţin atrase de câmpul magnetic. Exemple: aluminiul,

manganul, cromul, wolframul, titanul,molibdenul, vanadiul, niobiul, cesiul.

Materialele care au susceptibilitatea pozitivă şi mare , K=10…105Gs/Oe şi

permeabilitatea foarte mare sunt feromagnetice- fierul, nichelul, cobaltul, gadoliniul; ele se

magnetizează uşor până la saturaţie , în câmpuri magnetice slabe, fiind puternic atrase de acestea.

Aceste materiale prin încălzire la anumite temperaturi – puncte Curie- devin paramagnetice: Fe

la 770oC, Ni la 372oC, Co la 1131oC.

Permeabilitatea magnetică cea mai mare o are permalloyul, 75%Ni-25%Fe,

100000Gs/Oe; Ni şi oţelul cu Si au 10 000Gs/Oe, iar fierul are 5 000Gs/Oe.

i) Forţa termoelectromotoare este caracteristica a două metale, aliaje sau

semiconductoare diferite , sub formă de fire sudate la un capăt ( punctul cald ), de a naştere unei

tensiuni electrice în circuitul deschis sau unui curent electric în circuitul închis, adică de a

transforma energia calorică în energie electrică- efectul Seebeck. Stă la baza construirii

termocuplurilor.

j) Coloraţia reprezintă capacitatea materialelor metalice de aabsorbi şi de areflecta

selectiv lungimile de undă din spectrul vizibil. Lungimea de undă reflectată va da culoarea

(cuprul- roşu, alama, bronzul aurul- galbene). Majoritatea metalelor şi aliajelor reflectă aproape

întregul spectru luminos , iar culoarea lor este albă sau gri.

k) Luciul metalic exprimă capacitatea materialelor metalice cu suprafeţe lustruite şi

curate de areflecta imaginea ca în oglindă. Proprietatea este legată de caracterul opac al

materialelor metalice; luciul metalic se estompează sau dispare în timp datorită oxidării.

Materialele metalice cu cel mai bul luciu sunt aurul, argintul, staniul, aluminiul, nichelul, cuprul,

cromul, plumbul, alama, bronzul…; fără luciu este fonta cenuşie.

Pag. 18

3.2 Proprietăţi chimice

Sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub acţiunea agenţilor

atmosferici, chimici, electrochimici şi la temperaturi înalte.Au o mare importanţă în alegerea şi

utilizarea materialelor metalice, în industria chimică, alimentară, medicală, nucleară, şi

aerospaţială.

Majoritatea materialelor metalice sunt instabile termodinamic faţă de oxigen, apă, soluţii

de acizi, baze şi săruri.Proprietăţile chimice sunt: rezistenţa la coroziune şi refractaritatea.

a) Rezistenţa la coroziune,sau stabilitatea chimică, este proprietatea materialelor

metalice de a se opune acţiunii distructive a agenţilor atmosferici şi chimici, denumită coroziune.

Când mediul corosiv este un electrolit (mediul cu ioni disociaţi capabili să primească ioni

de metal ),coroziunea este un proces electrochimic.Coroziunea se manifestă prin reducerea în

greutate, modificarea structurii, compoziţiei chimice, dimensiunilor, culorii suprafeţei şi

proprietăţilor fizice, mecanice şi tehnologice ale materialelor metalice.

Practic toate materialele metalice în prezenţa oxigenului se oxidează, însă rezistenţa lor la

oxidare şi la coroziune depinde de calităţile peliculeide oxizi formată la suprafaţă. Când pelicula

de oxizi este compactă, subţire şi aderentă la masa metalului aceasta izolează metalul de agentul

corosiv, iar rezistenţa la coroziune a acestuia este mare (cazul platinei, iridiului, aurului,

cuprului, argintului, wolframului, zincului, plumbului, nichelului, cromului, molibdenului,

titanului, etc., care în mod natural nu corodează). Fenomenul se numeşte pasivizarea

metalelor.Când pelicula de oxizi este poroasă şi neaderentă la masa meterialului, aceasta permite

contactul permanent dintre material şi agentul chimic, iar fenomenul de coroziune continuă până

la distrugerea completă a materialului, cum este cazul fierului şi a aliajelor obişnuite ale acestuia

cu carbonul-oţelurile şi fontele.

Rezistenţa la coroziune se apreciază prin viteza de corodare Vcor = Δm/S⋅t,[g/m2⋅s] sau

penetraţia p =Vcor/g, [mm/s] unde Δm este pierderea de masă;S-suprafaţa;t-timpul; g-densitatea.

Un metal are o rezistenţă la o coroziune electrochimică în contact cu un electrolit (chiar

aer atmosferic ) cu atât mai mare cu cât potenţialul electrochimic este mai accentuat pozitiv

(îndepărtat) faţă de un alt metal electronegativ sau tot electropozitiv cu care va forma macro sau

micro elemente galvanice locale.Acelaşi fenomen apare şi la aliajele metalice eterogene din

Pag. 19

punct de vedere structural (polifazice) sau mecanic (ecruisate, călite, sudate) în contact cu un

electrolit.

Coroziunea poate fi micşorată prin evitarea contactului metal electropozitiv-metal

electronegativ (de exemplu aluminiul lângă cupru sau oţel aliat, bronzul lângă oţel etc.),prin

aliere (de exemplu, oţelurile aliate cu peste 12%Cr,5-25%Ni, aliate cu molibden, cupru etc.,

aliajele de Cu-Al, Cu-Be, Cu-Zn etc.)sau prin protecţie anticorosivă: galvanizare, metalizare,

placare, tratamente termochimice, vopsire, lăcuire etc.

b) Refractaritatea sau stabilitatea chimică la cald este proprietatea complexă a metalelor

şi a aliajelor de a-şi păstra rezistenţa mecanică, în special fluajul, de a nu se oxida puternic

(formând tunder sau arsură) şi de a nu creşte inacceptabil în volum în condiţii de temperaturi

înalte.Pentru aceasta, este necesar ca în masa materialelor metalice să nu se producă transformări

secundare care pot micşora rezistenţa mecanică şi de asemenea pot forma pelicule subţiri

continue, compacte şi aderente de oxizi pe suprafaţa lor (cum este cazul wolframului, tantalului,

titanului, molibdenului, nichelului, oţelurilor şi fontelor aliate cu crom, aluminiului, siliciului,

cobaltului, nichelului, molibdenului).Aceste materiale metalice se numesc refractare sau

termostabile, ele sunt caracterizate prin limită de fluaj mare şi rezistenţă de durată la temperaturi

înalte.

3.3 Proprietăţi mecanice

Aceste proprietăţi determină comportarea materialelor metalice la acţiunea solicitărilor

mecanice, statice şi dinamice de întindere, compresiune, încovoiere, forfecare, răsucire,

penetrare etc.

Din punct de vedere al alegerii şi utilizării materialelor metalice pentru industria

construcţiilor metalice şi cea constructoare de maşini, instalaţii, echipamente şi utilaje, aceste

proprietăţi au rol preponderent, întrucât ele determină comportarea materialelor metalice în

procesele de prelucrare şi mai ales în exploatare.

Aceste proprietăţi sunt:rezistenţa mecanică, elasticitatea, plasticitatea, tenacitatea,

duritatea, ecruisarea, fragilitatea, curgerea, fluajul, rezilienţa, rezistenţa la oboseală, relaxarea

plastică şi revenirea elastică.

a) Rezistenţa mecanică reprezintă proprietatea materialelor metalice de a se opune

deformării şi ruperii sub acţiunea unor solicitări (forţe) interne sau externe.Rezistenţa la rupere

este cea mai importantă proprietate a materialelor mecanice, fiind definită ca tensiunea care

Pag. 20

corespunde valorii maxime a sarcinii(forţei) pentru care, capacitatea de deformare se epuizează

şi materialele se rup şi este dată de relaţia:

Rm = Fmax /So,[Mpa(daN/mm2)],

în care Fmax este forţa maximă şi So este secţiunea iniţială a epruvetei.

Sub acţiunea solicitărilor exterioare, în masa corpurilor metalice, iau naştere tensiuni

(eforturi ) care se opun deformării şi ruperii.

Totalitatea acestor tensiuni care acţionează pe unitatea de suprafaţă se numeşte efort

unitar σ = F/S. Efortul unitar într-o suprafaţă a cărei normală face unghiul θ cu direcţia

solicitării F se va descompune în două componente:una normală σn=σ·cosθ şi una tangenţială

cuprinsă în suprafaţă

τ=(σ/2) ·sin2θ. Sub acţiunea solicitărilor externe ( forţe de tracţiune, compresiune, răsucire, etc.)

sau interne ( tensiuni remanenete de la tratamentele termice, de la deformările la rece, etc.),

materialele metalice se deformează şi în final se rup. Deformaţiile specifice pot fi liniare (

modificarea lungimii corpurilor): ε=ii

if

LL

LLL Δ

=−

(Lf şi Li fiind lungimile finală şi iniţială ale

corpului) şi unghiulare – modificarea unghiurilor dintre diferitele elemente liniare ale corpului.

Deformaţiile liniare şi unghiulare pot fi elastice şi plastice. Comportarea unei epruvete asupra

căreia acţionează axial o forţă statică F este dată de curba caracteristică tensiune-deformaţie care

pentru un material plastic are forma prezentată în diagrama urmatoare :

0 10 20 300

100

200

300

Strain in %

Force in N/mm²

Pag. 21

Pe curbă se observă o porţiune liniară, unde materialul are o comportare elastică, şi este zona în

care deformaţia are un caracter nepermanent unde acţionează legea lui Hooke: σ=E· ε , E fiind

modulul lui Young.

In diagrama urmatoare se observa portiunea liniara pe care este valabila legea lui Hooke .

Alte caracteristici importante pentru caracterizarea materialelor cu plasticitate ridicata sunt :

- coeficientul de anizotropie plastica ( r)

- coeficientul de ecruisare (n)

Coeficientul de anizotropie plastica ( r) se defineste ca raportul dintre deformatiile reale pe

inaltime si pe grosime ale unei epruvete supuse la tractiune monoaxiala : r = є b / є a

unde : є a este deformatia reala pe grosime

є b este deformatia reala pe latime

Coeficientul de ecruisare (n) este definit ca fiind exponentul deformatiei reale in ecuatia

matematica ce da relatia dintre tensiunea reala si deformatia naturala in timpul aplicarii unei

forte monoaxiale : σ = K єn

unde : σ este tensiunea reala instantanee dupa aplicarea fortei F

є este deformatia reala instantanee dupa aplicarea fortei F,

K este coeficientul de rezistenta , [N/mm2]

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20

50

100

150

200

Strain in %

Force in N/m

m²

Pag. 22

Є este deformatia reala instantanee dupa aplicarea fortei F

Є = ln (L / L0 ) , sau sub forma logaritmica : ln σ = ln K + nlnє

Curbele caracteristice pentru acelaşi material depind puternic de gradul de deformare al

materialului .Diagramele urmatoare marcate de la 1 la 10, sunt efectuate pe acelasi tip de

material , tabla FeP04 cu diferite grade de deformare initiala . Se observa cu cresterea gradului

de deformare, o crestere accentuata a caracteristicilor de rezistenta , Rp0.2 si Rm si o scadere a

alungirii .

Specimen name S0 Rp 0,2 Rm A n-value r-value

Nr mm² N/mm² N/mm² %

1 5% alung. Initiala 15.66 248.31 324.20 34.67 0.17 1.94

2 10% alung. initiala 15.65 288.54 332.10 34.82 0.13

3 15% alung. initiala 15.43 330.54 357.56 29.88 0.10

4 20% alung. initiala 15.04 357.40 378.87 28.74 -

5 25% alung. initiala 14.86 355.39 373.61 16.61 -

6 30% alung. initiala 14.67 372.91 - 1.16 -

7 35% alung. initiala 14.47 398.64 412.27 2.90 -

8 36% alung. initiala 14.27 397.07 - 0.52 -

0 10 20 300

2000

4000

6000

Strain in %

Stre

ss in

N

1

2 3

4

5

7

10

Pag. 23

Specimen name S0 Rp 0,2 Rm A n-value r-value

Nr mm² N/mm² N/mm² %

9 40% alung. initiala 13.40 - 426.04 0.19 -

10 43% alung. initiala 12.12 469.31 - 1.84 -

Pentru câteva materiale uzuale curbele tensiune deformaţie sunt prezentate în diagramele

urmatoare :

Aliaj de aluminiu AS9U3

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rp 02 (N/mm2)Rm (N/mm2)A (%)

0 1 2 30

50

100

150

200

Strain in %

Stre

ss in

N/m

m²

Rm [N/mm2]

A [%]

20.7 2.0

Pag. 24

Fonta cu grafit nodular Fgn

Diameter d0 S0 Rp 0,2 Rm A E-Modulus

mm mm² N/mm² N/mm² % kN/mm² 10 78.54 386.57 603.15 13.69 165.1

0 5 10 150

200

400

600

Strain in %

Forc

e in

N/m

m²

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00

100

200

300

400

Strain in %

Forc

e in

N/m

m²

Pag. 25

Otel 20M5 tratat termic - călire 875 °C , apa

b) Elasticitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma sub acţiunea

solicitărilor interne şi externe şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după eliminarea

solicitărilor. Limita elastică este tensiunea corespunzătoare unei deformaţii specifice permanente

foarte mici de 0,001-0,03%. Pentru oţeluri 0,02%. În cadrul limitei elastice, se consideră

proporţionalitatea dintre efort-deformaţie dată de legea lui Hooke, E şi G fiind modulele de

elasticitate longitudinal respectiv transversal.

Raportul dintre deformaţia în direcţie transversală şi cea în direcţie longitudinală este

coeficientul lui Poisson –ν cu valoarea de 0,33 pentru materialele metalice policristaline.

Modulul de elasticitate longitudinal E caracterizează forţele de legătură interatomice şi este o

măsură a rigidităţii materialelor metalice. Cel mai rigid metal este cesiul cu E=56 000 daN/mm2,

apoi wolframul cu E=42 000 daN/mm2, iar cel mai puţin rigid este plumbul cu

0 1 2 3 4 50

500

1000

1500

Strain in mm

Stre

ss in

N/m

m²

Rm , [daN/mm2]

A5, [%]

146.1 7.45 147.7 8.37

Pag. 26

E=1 800 daN/mm2. Oţelurile au E= 21 000daN/mm2. Aliajul dur sinterizat cu 94%WC şi 6%Co

are E=70 000daN/mm2.

Un material metalic se apreciază din punct de vedere elastic nu numai după valoarea

modulului de elasticitate ci şi după capacitatea de aabsorbi energie : Ue=σc · ε/2=σc2 /(2E). Deci

materialele pentru arcuri trebuie să aibă limita de curgere mare şi modulul de elasticitate mic.

Călirea urmată de revenire medie şi ecruisare în cazul oţelurilor au tocmai acest rol.

c) Plasticitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma la volum constant

fără apariţia de fisuri. Se caracterizează prin alungirea la rupere An= ε·100%. În domeniul

deformării plastice, până la apariţia gâtuirii este valabilă relaţia σ=K· εn, unde K este coeficient

de rezistenţă şi n coeficientul de ecruisare. Foarte plastice sunt: plumbul, cuprul, aluminiul,

aurul, argintul, nichelul, fierul, oţelul moale, toate fiind materiale cristalizate în sistemul c.f.c.

Superplasticitatea unor materiale metalice este capacitatea acestora de a se deforma

plastic foarte mult şi uniform fără să se rupă. Aceste materiale prezintă alungiri mai mari de 2

000%. Materialele superplastice prezintă sensibilitate mare la viteza de deformare. Între limita de

curgere şi viteza de deformare există relaţia: σc = K(d ε/dt)m, unde K este o constantă iar m un

coeficient de sensibilitate la viteza de deformare cu valori de 0,2-0,3 pentru materiale plastice şi

cu valori de 0,6-0,9 pentru materiale superplastice.

Condiţiile în care un aliaj metalic este superplastic sunt:

- grăunţi foarte mici, sub 0,01mm, viteză de deformare mică şi temperatură mare,

0,7-0,8Tt;

- prezintă transformări cu difuzie în stare solidă- superplastice imediat sub

temperatura de transformare;

- prezintă transformare martensitică- sunt superplastice în timpul transformării.

Exemple de aliaje metalice superplastice:

- Zn-Al cu 22%Al, la 200-260oC, cu 0,001-0,002mm mărimea grăuntelui şi

coeficientul de sensibilitate m=0,5;

- Al-Cu cu 33% Cu la 440-500oC, cu 0,001-0,002mm mărimea grăuntelui şi m=0,9;

- aliaje complexe de Al cu 1,2-1,9%Cu, 1,9-2,6%Mg, 5,2-6,2%Zn;

- aliaje de titan cu 5,6-6,5%Al, 3,5-4,5%V.

Pag. 27

d) Tenacitatea este proprietatea materialelor metalice de a absorbi energie prin

deformare plastică, adică de ase deforma mult înainte de rupere. Implică atât rezistenţă mecanică

ridicată cât şi plasticitate. Tenacitatea se determină în general prin încercarea de rezilienţă care

este o încercare dinamică de încovoiere prin şoc şi se exprimă prin energia absorbită pentru

ruperea epruvetei dintr-o singură lovitură raportată la secţiunea epruvetei cu crestătură.. Sunt

tenace cuprul, aluminiul, oţelul moale

e) Fragilitatea este proprietatea materialelor metalice de a se rupe brusc sub acţiunea

solicitărilor, fără a suferi deformaţii plastice. Fragilitatea este o caracteristică relativă, ea fiind

funcţie de temperatură. Materiale care sunt fragile la temperatura ambiantă devin plastice la

temperaturi înalte. În general sunt fragile fonta albă, fonta cenuşie, oţelurile călite…

f) Fluajul, este proprietatea materialelor metalice de a se deforma lent, continuu şi

progresiv în timp, sub acţiunea unei sarcini constante. Limita tehnică de fluaj este tensiunea

constantă maximă pentru care la temperatura de lucru ( 450-500oC), după un timp t nu se

depăşeşte o anumită deformaţie specifică.

g) Duritatea reprezintă rezistenţa opusă de materiale la pătrunderea în suprafaţa lor a

unui penetrator. Este proprietatea care se determină cel mai rapid şi cel mai frecvent în practica

industrială, evidenţiind starea de tratament termic sau termochimic, posibilitatea prelucrării prin

aşchiere .

În funcţie de metodele de încercare, sarcină, forma penetratorului, mod de exprimare sunt mai

multe tipuri de duritate:

- Brinell- HB-

- Rockwell- HRC, HRB, HRA

- Vickers HV, cu microsarcini sau cu sarcini uzuale,

- Shore, pentru cauciuc.

Pentru oţeluri între duritatea Brinell şi rezistenţa la rupere este valabilă corelaţia Rm=0,35HB.

h) Rezistenţa la oboseală este proprietatea materialelor metalice de a rezista la solicitări

repetate şi variabile în timp. Se apreciază prin tensiunea maximă pe care o poate suporta

materialul la un număr foarte mare 106-108 solicitări ciclice fără să se rupă. Se determină pe

curbe Wöhler.

Pag. 28

Rezistenţa la oboseală este puternic influenţată de calitatea suprafeţei, de calitatea materialului,

de starea de tratament termic sau termochimic, de starea de tensiuni interne, de natura solicitării

variabile.

Determinarea rezistentei la oboseala pentru “Arbore planetar” prin curba Wohler :

• Frecvenţa : 30 Hz

• Lungimea braţului levierului : 242 mm

• Masa echivalentă a braţului : 13,450 daN

• Masina de incercat la oboseala Baldwin

Nr.

Marcaj

Momentul de încovoiere ,

(daN/m)

F dinamic ( libre)

Amplitudine (mm)

Nr. cicluri

Observaţii

1 24 60 534 1,375 10 000 000 Fără rupere 2 30 62 553 1,500 10 000 000 Fără rupere 3 27 65 579 1,550 4 033 000 Cu rupere 4 25 70 625 1,600 10 000 000 Fără rupere 5 21 75 668 1,700 2 000 000 Cu rupere 6 12 80 713 1,875 1 410 000 Cu rupere 7 29 85 759 2,125 109 000 Cu rupere 8 13 90 802 2,250 82 000 Cu rupere 9 17 95 848 2,250 98 000 Cu rupere 10 9 100 893 2,625 30 000 Cu rupere

i) Ecruisarea este proprietatea materialelor metalice de a-şi mări rezistenţa mecanică şi

duritatea prin deformare plastică la rece. Acestea cresc, deoarece pe măsură ce creşte gradul de

05

1015202530354045505560657075

Cuplu dinamic , [kgf x m]

Nr. cicluri

0,1 x 10 6 1 x 10 6 10 x 10 6 100 x 10 6

Pag. 29

deformare posibilităţile de deformare prin alunecare şi maclare se epuizează, densitatea de

dislocaţii, inclusiv barierele care se opun deplasării dislocaţiilor , creşte. Prin ecruisare creşte

fragilitatea. Din alt punct de vedere ecruisarea superficială, care provoacă tensiuni de

compresiune în materiale are un efect favorabil asupra rezistenţei la oboseală. Ecruisarea se

elimină prin încălzirea materialelor metalice, peste pragul de recristalizare,( recoacerea de

recristalizare).

3.4 Ruperea materialelor metalice

Ruperea reprezintă fenomenul de fragmentare a unui corp solid sub acţiunea unor

tensiuni externe sau interne. În exploatarea pieselor de autovehicule, importanţă deosebită

prezintă caracterul ruperii care poate fi ductil (tenace) sau fragil ( casant). Factorii care

influenţează caracterul ruperii sunt:

- condiţiile de solicitare

- proprietăţile materialelor metalice

Caracterul ruperii, ductil sau fragil pentru acelaşi material metalic este în funcţie de temperatură.

Orice material metalic prezintă o temperatură de tranziţie ductil-fragil. Cu cât temperatura de

tranziţie este mai scăzută cu atât materialul metalic respectiv este mai tenace şi invers.

După aspectul casurii ruperile se clasifică în:

- ruperi ductile

- ruperi fragile

- ruperi la oboseală.

3.5 Proprietăţi tehnologice

Aceste proprietăţi caracterizează capacitatea de prelucrare şi modul de comportare a

materialelor metalice la diferite procese tehnologice de prelucrare la cald sau la rece. Cele mai

importante proprietăţi tehnologice sunt: turnabilitatea, deformabilitatea plastică, sudabilitatea,

aşchiabilitatea, călibilitatea, susceptibilitatea la supraîncălzire, susceptibilitatea la deformare şi

fisurare.

Pag. 30

a) Deformabilitatea plastică este proprietatea materialelor metalice de a-şi

modifica uşor şi remanent forma şi dimensiunile la volum constant fără a se fisura sub acţiunea

solicitărilor exterioare, la cald sau la rece. Importanţă practică deosebită prezintă forjabilitatea

oţelurilor mediu aliate utilizate pentru pinioane, arbori de cutii de viteze, pentru biele de motor,

etc. –deformare la temperaturi înalte şi ambutisabilitatea specifică tablelor pentru realizarea

pieselor de caroserie.

b) Sudabilitatea este aptitudinea materialelor metalice de ase îmbina nedemontabil

prin încălzire locală până la stare plastică sau topire, cu sau fără adaos de alte materiale şi cu sau

fără

presiune mecanică. Sudabilitatea este influenţată de compoziţia chimică, de conductibilitatea

termică, de viteza de răcire după sudare, de parametrii de sudare.

Sudabilitatea oţelurilor poate fi calificată în funcţie de compoziţia chimică şi de

grosimea oţelului ca:

- bună necondiţionată;

- bună condiţionată;

- posibilă;

- necorespunzătoare.

c) Aşchiabilitatea este capacitatea materialelor metalice pde aputea fi prelucrate

prin aşchiere, cu consum cât mai redus de scule şi energie. Aşchiabilitatea este o proprietate

complexă care depinde de factori de material de tipul şi materialul sculei şi de condiţiile de

aşchiere.

d) Călibilitatea este proprietatea materialelor metalice în special a oţelurilor de a

realiza o anumită duritate prin călire pe o anumită adâncime a materialului. Depinde de

compoziţia chimică, de mărimea grăuntelui, de viteza de răcire. În mod curent călibilitatea

oţelurilor se determină prin metoda călirii frontale - Jominy.

Pag. 31

e) Susceptibilitatea la deformare şi fisurare se manifestă în timpul încălzirii şi

răcirii materialelor metalice pentru tratamente termice şi termochimice şi este cauzată de

acţiunea tensiunilor interne de natură termică şi structurală. În cazul oţelurilor creşte cu

conţinutul de carbon şi elemente de aliere, cu viteza de răcire. Cunoaşterea deformarii pieselor

este foarte importantă deoarece prelucrarea danturilor pinioanelor (şi alte piese) se face înainte

de tratamentul termochimic iar deformarea şi mai ales deformarea neuniformă conduce la

funcţionare necorespunzătoare a pieselor .

3.6 Proprietăţi de exploatare

a) Rezistenţa la uzare este proprietatea materialelor metalice de a rezista la

solicitări superficiale prin frecare sau eroziune.

Tipurile de uzură pot fi:

- aderenţă-gripare

- transfer mecanic

- oboseala suprafeţei-pitting

- uzură prin fluaj,

- uzură prin abraziune

- îmbătrânire sau degradare de origine termică

Curba Jominy - 17MoCr11

20

30

40

50

1 3 5 7 9 11 13 15 17mm

HR

C

Temperatura de austenitizare : 875 0C , calire apa

HRC

mm Nr. 1 Nr. 2 1.5 45 44,5 3 44 43 5 41 41 7 39 38 9 37 37

11 33 34 13 31 32 15 30 31

Pag. 32

- uzură prin coroziune de contact.

Rezistenţa la uzare a materialelor metalice depinde de: compoziţia chimică, structura

metalografică, calitatea suprafeţelor, duritate, viteza relativă, presiunea de contact, calitatea

ungerii, condiţiile de exploatare.

b) Designul produselor reprezintă totalitatea însuşirilor estetice , aspect, textură,

senzaţie de confort, care fac produsul plăcut, atractiv. Are importanţă deosebită

în în industria autoturismelor. De asemenea stă la baza uzurii morale a produselor

şi este determinat de linia modei la un moment dat.

Pag. 33

Capitolul 4 Oţeluri Oţelurile sunt aliaje ale fierului cu carbonul, care conţin pâna la aproximativ 2,11%C şi

alte elemente însoţitoare şi de aliere.

Oţelurile sunt materiale de bază în industria constructoare de autovehicule, pentru că au

un preţ de cost relativ mic, prelucrare tehnologică uşoară, gamă largă de utilizări , proprietăţi

multiple şi posibilităţi de reciclare.

Proprietăţile oţelurilor depind de compoziţia şi structura lor, de gradul de dispersie al

fazelor, de procedeele de prelucrare aplicate şi de tratamentele termice. Astfel rezistenţa la

tracţiune variază de la 30daN/mm2 până la 250daN/mm2, alungirea până la 50%, duritatea de la

80 la 650 HB şi rezilienţa pînă la 300 J/cm2.

Reglînd compoziţia chimică, prin adăugare de elemente de aliere, se pot obţine structuri

feritice, austenitice,martensitice, austenito-feritice cu proprietăţile corespunzătoare lor.

Influenţa elementelor însoţitoare şi de aliere asupra structurii şi proprietăţilor

oţelurilor

Dintre elementele din compoziţia oţelurilor se consideră elemente însoţitoare: S,P,N,O şi

elemente de aliere: C, Si, Mn, Cr, W, Al, Cu, Ni, V, Ti, Nb, etc. Mn şi Si în proporţii mici sunt

elemente însoţitoare în oţelurile carbon.

În anexa 1 este descrisă influenţa principalelor elemente însoţitoare şi de aliere asupra structurii

şi proprietăţilor oţelurilor.

În tabelele 4 şi 5 am prezentat efectul elementelor de aliere aupra proprietăţilor :

▲- creştere ▲▲, ▲▲▲ - creştere puternică

▼- reducere ▼▼, ▼▼▼ -reducere puternică

►-constant

▬ - nu este caracteristic

Pag. 34

INFLUENŢA ELEMENTELOR DE ALIERE ASUPRA

PROPRIETĂŢILOR OŢELURILOR Tabel 4

CARACTERISTICI MECANICE

Nr.

crt.

PROPRIETATE /

ELEMENT

DE ALIERE

DU

RIT

ATE

REZ

ISTE

NŢĂ

LA R

UPE

RE

LIM

ITA

DE

CU

RG

ERE

ALU

NG

IRE

GÂ

TUIR

E

REZ

ILIE

NŢA

ELA

STIC

ITA

TE

REZ

ISTE

NŢA

LA

TEM

P.

1 SILICIU

▲ ▲ ▲▲ ▼ ► ▼ ▲▲

▲

▲

2 MANGAN

oţel perlitic

▲ ▲ ▲ ► ► ► ▲ ►

3 MANGAN

oţel austenitic

▼▼▼ ▲ ▼ ▲▲▲ ► ▬ ▬ ▬

4 CROM ▲▲

▲▲ ▲▲ ▼ ▼ ▼ ▲ ▲

5 NICHEL

oţel perlitic

▲ ▲ ▲ ► ► ► ▬ ▲

6 NICHEL

oţel austenitic

▼▼ ▲ ▼ ▲▲▲ ▲▲ ▲▲▲ ▬ ▲▲▲

7 ALUMINIU ▬

▬ ▬ ▬ ▼ ▼ ▬ ▬

8 WOLFRAM ▲

▲ ▲ ▼ ▼ ► ▬ ▲▲▲

9 VANADIU ▲

▲ ▲ ► ► ▲ ▲ ▲▲

10 COBALT ▲

▲ ▲ ▼ ▼ ▼ ▬ ▲▲

11 MOLIBDEN

▲ ▲ ▲ ▼ ▼ ▲ ▬ ▲▲

12 CUPRU

▲ ▲ ▲▲ ► ► ► ▬ ▲

13 SULF

▬ ▬ ▬ ▼ ▼ ▼ ▬ ▬

14 FOSFOR ▲ ▲ ▲ ▼ ▼ ▼▼▼ ▬ ▬

Pag. 35

Tabel 5 CARACTERISTICI TEHNOLOGICE Nr.

crt.

PROPRIETATE

ELEMENT

DE ALIERE AŞC

HIA

BIL

I-

TATE

A

CA

PAC

ITA

T

EA D

E

FOR

JAR

EV

ITEZ

A D

E

RĂ

CIR

E

FOR

MA

RE

DE

CA

RB

UR

I

FOR

MA

RE

DE ŢU

ND

ER

REZ

ISTE

NŢA

LA U

ZURĂ

REZ

ISTE

NŢA

LA

CO

RO

ZIU

NE

CA

PAC

ITA

T

EA D

E

NIT

RU

RA

RE

1 SILICIU

▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼▼▼ ▬ ▼

2 MANGAN

oţel perlitic

▼ ▲ ▼ ► ► ▼▼ ▬ ►

3 MANGAN

oţel austenitic

▼▼▼ ▼▼▼ ▼▼ ▬ ▼▼ ▬ ▬ ▬

4 CROM ▼

▼▼▼ ▲ ▲▲ ▼ ▲ ▲▲▲

5 NICHEL

oţel perlitic

▼ ▼ ▼▼ ▬ ▼ ▼▼ ▬ ▬

6 NICHEL

oţel austenitic

▼▼▼ ▼▼▼ ▼▼ ▬ ▼▼ ▬ ▲▲ ▬

7 ALUMINIU ▬

▼▼ ▬ ▬ ▼▼ ▬ ▬ ▲▲▲

8 WOLFRAM ▼▼

▼▼ ▼▼ ▲▲ ▼▼ ▲▲▲ ▬ ▲

9 VANADIU ▬

▲ ▼▼ ▲▲▲ ▼ ▲▲ ▲ ▲

10 COBALT ►

▼ ▲▲ ▬ ▼ ▲▲▲ ▬ ▬

11 MOLIBDEN

▼ ▼ ▼▼ ▲▲▲ ▲▲ ▲▲ ▬ ▲▲

12 CUPRU

► ▼▼▼ ▬ ▬ ► ▬ ▲ ▬

13 SULF

▲▲▲ ▼▼▼ ▬ ▬ ▬ ▬ ▼ ▬

14 FOSFOR ▲▲ ▼ ▬ ▬ ▬ ▬ ▬

Pag. 36

Clasificarea oţelurilor după compoziţia chimică (Conform normei europene EN 10020) :

- oţeluri nealiate : oţeluri care nu conţin elemente de aliere peste valorile prezentate în tabelul 6

- oţeluri inoxidabile : oţeluri care conţin minim 10,5% Cr şimaxim 1,2% C.

- oţeluri aliate: oţeluri care nu se încadrează la clasa inoxidabile şi care conţin cel puţin un

element de aliere cu valoare mai mare ca cea din tabelul 1.

Tabelul 6 : Limita între oţelurile nealiate şi oţelurile aliate (conţinut % în masă) Element Conţinut

limită Element Conţinut

limită Aluminiu 0,30 Plumb 0,40 Bor 0,008 Seleniu 0,10 Bismut 0,10 Siliciu 0,60 Cobalt 0,30 Telur 0,10 Crom 0,30 Titan 0,05 Cupru 0,40 Vanadiu 0,10 Mangan 1,65 Wolfram 0,30 Molibden 0,08 Zirconiu 0,05 Nichel 0,30 Niobiu 0,06

Altele (exceptând C, P, S şi N ) luate individual 0,10

Tabelul 6 1.2. Clasificare după principalele clase de calitate 1.2.1. Oţeluri nealiate

Sunt prevăzute 2 clase de calitate:

1.2.1.1. Oţeluri de calitate nealiate

Sunt oţeluri pentru care, în general, există de exemplu exigenţe pentru proprietăţi

specifice de tenacitate, mărime de grăunte, şi/sau de deformabilitate.

Exemple :

Calitatea ambutisării tablelor laminate la rece sau la cald.

Oţelurile de construcţie de uz general.

Sârmă pentru trefilare.

Pag. 37

1.2.1.2. Oţeluri speciale nealiate

Acestea sunt mărci de oţeluri care prezintă în raport cu oţelurile de calitate o mai mare

puritate, în special pentru incluziunile nemetalice.

În cea mai mare măsură, ele sunt destinate unui tratament de călire şi revenire sau unui tratament

de călire superficială şi se caracterizează printr-o comportare bună la acest tratament.

Respectarea strictă a compoziţiei chimice condiţiile particulare de elaborare şi control le conferă

proprietăţi îmbunătăţite permiţându-le să răspundă la exigenţe severe. Asocierea acestor

proprietăţi în general în limite restrânse, conduce la obţinerea unor valori ridicate sau bine

delimitate pentru limita de elasticitate sau călibilitate şi conferă aptitudini de deformare la rece,

de sudabilitate sau de tenacitate.

Exemple :

Oţeluri pentru tratamente termice.

Oţeluri de cementare.

Oţeluri cu rezilienţa garantată la -50 °C, superioară la 27 J.

... 1.2.2. Oţeluri inoxidabile :

a) se clasifică după conţinutul în nichel :

. nichel mai mic de 2,5 %,

. nichel egal sau superior la 2,5 %

b) caracteristici principale :

. rezistenţa la coroziune,

. rezistenţa la oxidare la cald,

. rezistenţa la fluaj.

1.2.3. Alte oţeluri aliate

1.2.3.1. Oţeluri de calitate aliate

Oţelurile de calitate aliate sunt oţeluri pentru care există, de exemplu exigenţe de tenacitate, de

mărime de grăunte, şi/sau de deformabilitate.

Oţelurile de calitate aliate nu sunt, în general destinate unui tratament de îmbunătăţire sau unui

tratament de călire superficială.

Pag. 38

Exemple:

Oţeluri cu grăunte fin sudabile, pentru construcţii,

Oţeluri cu grăunte fin pentru ţevi,

Oţeluri aliate numai cu cupru,

Oţeluri cu proprietăţi magnetice.

1.2.3.2. Oţeluri speciale aliate :

Oţelurile speciale aliate, altele decât oţelurile inoxidabile, sunt caracterizate prin

compoziţia chimică precisă, prin condiţii particulare de elaborare şi de control care le conferă

proprietăţi îmbunătăţite, specificate de obicei în limite restrânse.

Exemple :

Oţeluri pentru construcţii mecanice.

Oţeluri pentru recipiente sub presiune.

Oţeluri pentru rulmenţi.

Oţeluri de scule.

1.2.4 Oţeluri pentru autoturisme

Sunt oţeluri carbon de calitate superioară care prezintă următoarele caracteristici

generale:

Material

– nu se calmează cu titan;

- la oţelurile resulfurate conţinutul de suf trebuie să fie : - max. 0,02% -0,025%

Caracteristici tehnologice:

- plasticitate pentru produse forjate – refulare la cald la 1/3 din înălţimea iniţială

- călibilitate

Caracteristici metalografice:

- macroscopice - punctajul pentru intensitatea segregaţiei 1-3

Pag. 39

- microscopice – mărimea grăuntelui austenitic punctaj 5-8

- omogenitatea feritei şi perlitei, produsele cu structură controlată pentru uzinare tip

A,B

- incluziuni nemetalice – punctaj max. 3,5 pentru fiecare tip.

MĂRCI, DOMENII DE APLICARE, TRATAMENT TERMIC SAU TERMOCHIMIC

Tabelul 7

Nr. Crt

Marca oţelului

STAS/ CAIET DE SARCINI

Principalele domenii de utilizare Tratament termic / termochimic

1 13MoCr11 STAS 11500/2-90 Pivoţi suspensii, rotule de direcţie Carburare/călire ulei 2 17MoCr11 STAS 11500/2-90 Coroane dinţate pentru cutii de

viteză, tripode transmisii, pinioane, portfuzete, fuzete roţi, cremaliere şi pinioanele cremalierelor

Carburare/călire ulei

3 19MoCr11 STAS 11500/2-90 Pinioane de atac pentru cutii de viteză, diverse axe

Carburare/călire ulei

4 28MoCr11 STAS 11500/2-90 Arbore lalea pentru transmisii, Carbonitrurare, călire ulei

5 31MoCr11 STAS 11500/2-90 Trenuri pentru cutii de viteză, pinioane, arbori

Carbonitrurare, călire ulei

6 32Cr10 STAS 11500/2-90 Prezoane pentru roţi, axe, capete cremalieră, pinioane pentru cutii de viteză


8 33MoCr11 STAS 11500/2-90 Arbore cotit, pinioane, biele, butuci pentru roţi, piese diverse forjate


9 34MoCrNi40 STAS 11500/2-90 Supape admisie Îmbunătăţire 10 37Cr5 STAS 11500/2-90 Biele motor, capace biele, fuzete Îmbunătăţire 11 37Cr10 STAS 11500/2-90 Butuci pentru roţi, axe şi pinioane

balador pentru cutii de viteză, pivoţi suspensii, rotule direcţie

Îmbunătăţire

12 OLC38 STAS 11500/2-90 Coroane demaror pentru motor Îmbunătăţire 13 OLC38B STAS 11500/2-90 Axe braţ pentru punţi Îmbunătăţire 14 OLC43 STAS 11500/2-90 Tacheţi motor, corp rotulă

suspensie, lalea transmisie, Îmbunătăţire

15 60CrMnSi17A STAS 11500/2-90 Arcuri suspensie, bare antiruliu Călire ulei , revenire aer

Pag. 40

Capitolul 5 Fonte utilizate în industria auto Principalele tipuri de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto se pot clasifica astfel:

- După tipul de grafit: - fonte cu grafit lamelar

- - fonte cu grafit nodular

- După utilizare - fonte de uz general

- - fonte pentru utilizări specifice, adaptate unor familii de piese.

Principalele tipuri de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto sunt definite de :

- tipul de grafit;

- natura matricei

- caracteristicile mecanice obţinute pe epruvete

- caracteristicile corespunzătoare pe piese

- compoziţia chimică

Caracteristici metalurgice

Compoziţia chimică . Pentru fontele cu grafit lamelar de uz curent compoziţia chimică

este

informativă. Conţinutul in sulf şi fosfor este însă impus.

Pentru fontele cu grafit lamelar specifice compoziţia chimică este imperativă.

Carbonul echivalent se determină cu relaţia Ceq.= C+(Si+P)/3.

Un carbon echivalent ridicat conduce la :

- grafit grosier

- caracteristici mecanice scăzute

Un carbon echivalent scăzut conduce la :

- risc de apariţie a cementitei favorizând fragilitate şi dificultăţi de prelucrare.

Caracteristicile mecanice pe epruvete turnate sunt specificate pentru diferitele tipuri de fonte.

Se determină:

- duritatea;

- rezistenţa la rupere;

- alungirea (pentru fontele cu grafit nodular)

- rezistenţa la încovoiere

- rezilienţa (pentru fontele cu grafit nodular).

Caracteristici pe piese:

Pag. 41

Din punct de vedere al structurii metalografice , grafitul şi matricea de bază sunt impuse.

Pentru grafit se determină :

- forma, de la lamelar, forme intermediare, grafit de recoacere şi nodular;

- distribuţia, omogenă, în rozetă, neomogenă, interdendritic;

- dimensiunea lamelelor, în mm;

- mărimea şi distribuţia grafitului nodular;

Pentru structură se determină:

- masa de bază, ferita, perlita, sorbita;

- procentul de faze;

- cementita liberă, eutecticul fosforos.

Fonte cu grafit lamelar de uz general

Se utilizează pentru carter cilindrii, capace palier, volant. Masa de bază este perlitică cu ferită

pâna la 15%. Duritatea este în funcţie de grosimea peretului variind între 170 şi 255 HB, iar

rezistenţa la rupere între 180-250N/mm2.

Fonte cu grafit lamelar pentru utilizări specifice

În această categorie intră fonta pentru arbori cu came, călită superficial cu răcitori, fontele de

frecare pentru discuri şi tamburi de frână, fontele de frecare turnate centrifugal pentru cămăşi

cilindru, fonte cu înaltă rezistenţă la cald, bainitice, pentru scaune de supapă,etc.

Caracteristicile specifice pentru aceste categorii de fonte se obţin prin reglarea compoziţiei

chimice, prin prezenţa elementelor de aliere ca Cr, Mo, Cu, W, prin tratamente termice aplicate

pieselor. Caracteristicile mecanice sunt superioare fontelor de uz general.

Fontele maleabile , feritice, perlitice sau sorbitice se utilizează pentru cutii diferenţial,

butuci,tamburi, prezentând caracteristici mecanice ridicate, apropiate de oţeluri: rezistenţa la

rupere de la 340-640N/mm2 şi alungire de 10-3%.

Fonte cu grafit nodular se utilizează pentru piese cu caracteristici deosebite ca arbori cotiţi,

furci pentru cutii de viteze, piese care au şi tratamente superficiale.

Acestea prezintă grafit nodular peste 85%, structură perlitică,cu ferită sub 25%, caracteristici

mecanice ridicate ( duritate 241-285 HB), rezistenţa la rupere peste 740N/mm2. Oferă

posibilitatea unei căliri superficiale prin inducţie cu duritate peste 48HRC.

Pag. 42

Alte categorii speciale de fonte cu gratit nodular sunt:

- feritice, cu duritate 190-240HB, aliate cu Si, Mo, utilizate pentru colectori evacuare.

- austenitice, aliate cu nichel 20-35%, utilizate pentru colectori de evacuare.

Exemplu de fontă cu grafit nodular GS53 (Aplicaţie)

Analiza chimică

Elemente [%] C Si Mn S P Mo Calitate min. 3,20 3,80 0,00 0,00 0,00 0,40

Impus max. 3,60 4,20 0,50 0,02 0,05 0,60 GS53

Obţinut 3,20 4,05 0,42 0,016 0,04 0,60 GS53

Încercări mecanice

Incercarea de duritate HB5/750

Impus 190 – 241 HB Obţinut 241 – 241 – 241

Analiza metalografică

Structura

Impus Grafit sferoidal A+B > 85% ; C+D+E < 15% admis Ferita, perlita < 20%, carburi in retea < 5%

Obţinut grafit sferoidal A + B (foto 3,x100 - anexa) pe fond de ferita + perlita + aprox. 5-10 %, fara carburi (foto 4, x200- anexa)

Grafit, x 100 Structura, x 250

Pag. 43

Capitolul 6 Tratamente termochimice Tratamentele termochimice de difuzie sunt procedeee de prelucrare la cald care constau

în încălziri în medii active chimic la temperaturi şi cu durate astfel stabilite, încât să se realizeze

modificări ale compoziţiei chimice şi structurii superficiale a produsului metalic prin aportul şi

difuzia unuia sau mai multor elemente chimice pornind de la suprafaţa lor, iar prin răciri până la

temperatura mediului ambiant sau prin aplicarea unui tratament termic ulterior, să se realizeze o

durificare superficială asociată cu o stare de tensiuni reziduale de compresie corespunzător

caracteristicilor mecanice, fizice şi chimice prescrise straturilor superficiale şi zonelor

învecinate.

Scopul tratamentelor termochimice este de a produce o durificare superficială asociată

cu tensiuni de compresiune în stratul superficial conferind o bună rezistenţă la uzare şi la gripare,

rezistenţă la coroziune, rezistenţă la oboseală, fiabilitate, aspect comercial.

Tratamentele termochimice constau în introducerea pieselor de tratat într-un spaţiu închis

în care se găseşte mediul de cementare ( solid, lichid sau gazos), capabil , la temperatura de lucru

să furnizeze atomi activi şi menţinerea piesei în acest mediu pe durata necesară pentru realizarea

grosimii şi a compoziţiei dorite pentru stratul tratat. Urmează răcirea piesei, de obicei călire.

Tratamentele termochimice se clasifică în funcţie de elementul care difuzează.

Dintre tratamentele cu largă utilizare în industria auto menţionăm:

- carburarea – îmbogăţirea cu carbon;

- carbonitrurarea – îmbogăţirea cu carbon şi azot;

- nitrurarea - îmbogăţirea cu azot.

Carburarea este tratamentul termochimic care constă în îmbogăţirea cu carbon a stratului

superficial al pieselor de oţel cu conţinut iniţial de carbon de obicei sub 0,25-0,30%. Ea se

realizează la temperaturi situate în domeniul austenitic, în mediu gazos ( solid sau lichid), bogat

în carbon, în scopun creşterii procentului de carbon în sratul superficial până la 0,8-1,1%, pe o

grosime de la 0,5 la maxim 3mm, în funcţie de grosimea pieselor. Prin călirea aplicată după

cementare se obţine în sratul superficial martensită cu duritate ridicată, peste 58HRC. Duritatea

scade de la exterior spre interior, miezul rămânând tenace, 30-35HRC. Se aplică pieselor supuse

la solicitări complexe, uzare, oboseală, şoc.

Pag. 44

Carbonitrurarea este tratamentul termochimic care constă în îmbogăţirea simultană în C şi N a

stratului superficial al pieselor din oţel sau fontă cu scopul creşterii rezistenţei la uzare şi

oboseală, a creşterii fiabilităţii şi durabilităţii pieselor de maşini. Tratamentul se poate executa în

băi de săruri şi se numeşte cianizare sau în atmosferă gazoasă când se numeşte carbonitrurare.

Carbonitrurarea se poate efectua la temperatură joasă, 500-700oC sau la temperatură înaltă 840-

930oC. În industria auto cea mai largă aplicare prezintă carbonitrurarea de temperatură înaltă.

În funcţie de exigenţele cerute pieselor se disting două categorii:

- Piese cu exigenţe privind duritatea superficială şi rezistenţă la anduranţă;

- Piese care nu au decât exigenţe de duritate superficială.

Definirea şi proprietăţile straturilor carburate sau carbonitrurate, călite, aplicate pieselor

cu exigenţe privind duritatea superficială şi anduranţa

Adâncimea convenţională

Adâncimea convenţională Ec a unui strat tratat este definită ca fiind distanţa de la suprafaţă

până la un punct unde duritatea HV0,5 este de :

- 650HV pentru oţeluri cu conţinutul iniţial de carbon peste 0,20%;

- 550HV pentru oţeluri cu conţinutul de carbon iniţial sub 0,20%.

Ele se simbolizează E650, respectiv E550.

Adâncimea totală

Adâncimea totală a unui strat carburat sau carbonitrurat este definită ca toată zona îmbogăţită în

carbon şi în azot. Ea se simbolizează cu Et. Structura

Zona preponderent martensitică trebuie să aibă o adâncime cuprinsă între 65-75% din Et. Pentru

oţeluri cu călibilitate redusă zona martensitică trebuie să fie superioară la 50% din Et.

Austenita reziduală vizibilă cu microscopul optic nu trebuie să fie prezentă pe o adâncime mai

mare de 30% din Et, sau 50% din Ec.

Pag. 45

Duritatea

Duritatea superficială a straturilor îmbogăţite şi tratate se determină cu o sarcină de 196,1N

(HV20) şi trebuie să fie între 680-900 HV.

Microduritatea în strat se determină prin filiaţie de duritate cu sarcină HV0,5, efectuată din 0,1

în 0,1mm .

Exemple de utilizare:

Clasa de adâncime Tratament termochimic

Exemple Specificaţii

A- mică Carbonitrurare Piese supuse la şoc şi oboseală

E650=0,2±0,05mm Et ≤0,45mm

B- mare Carbonitrurare Piese solicitate puternic la oboseală şi mai puţin la şoc

E650=0,35±0,10mm Et ≤0,45mm

C- foarte mare Carbonitrurare Piese care se rectifică după tratament şi sunt supuse la presiuni mari de contact

E650=0,5±0,10mm Et ≤0,85mm

D- mică Carburare Piese de mici dimensiuni, puternic solicitate

E550=0,75±0,15mm Et ≤1,2mm

E-mare Carburare Piese de mari dimensiuni puternic solicitate

E550=1,00±0,20mm Et ≤1,4mm

F- Foarte mare Carburare Piese care se rectifică după tratament şi sunt supuse la presiuni mari de contact

E550=1,2±0,20mm Et ≤1,7mm

Definirea şi proprietăţile straturilor carburate sau carbonitrurate, călite, aplicate pieselor

cu exigenţe privind numai duritatea superficială

În general pentru aceste piese adâncimea totală a stratului îmbogăţit este inferioară la 0,25mm.

Duritatea superficială HV10 trebuie să fie superioară sau egală cu 650.

Pag. 46

Profilul optim de carbon şi de azot pentru oţelul 27MoCr10 sau 27MC5 [ 23 ]

Adâncime mm

Fig. 10

Con

tinut

, %

Pag. 47

Exemplu de caracteristici de tratament termochimic- carbonitrurare călire în ulei - obţinute pe

oţelul 27MoCr10 (Aplicaţie) Incercarea de duritate superficiala , HV20 Incercarea de duritate HV50

Impus 680 – 900 HV20 372 – 535 HV50

1 810 – 802 388 – 389 Obtinut 2 802 – 795 408 – 409

Filiatie de duritate (vezi diagrama)

Impus E650 : 0.25 – 0.45

mm 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 rampa 779 757 757 736 724 681 652 629 585

Obtinut

caneluri 802 802 802 802 779 716 670 642 610 Analiza metalografica

Adancime strat , [mm] Structura

Impus Et = 0,35 – 0,6 ― rampa caneluri strat miez

Obtinut 0.40 0.40 martensita bainita

Arbore transmisie stg.

629

779

716

670681

652

724757757

779

736

585

802 802 802 802

610642

500

550

600

650

700

750

800

850

900

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45mm

HV0

.5 Stg. (969) - rampa

Stg. (969) -

Pag. 48

Capitolul 7 Dezvoltări de materiale pentru industria auto Familii de oţel pentru table de ambutisare şi mecanisme de durificare 1. Oţeluri moi – durificare prin ecruisare

2. Oţeluri refosforate- durificare prin soluţie solidă

3. Oţeluri dispersoide- durificare structurală

4. Oţeluri cu carbon –mangan, oţeluri “Dual Phases” , oţeluri “TRIP”, oţeluri “Complexex

Phases”, oţeluri pentru tratament termic(20MnB5)- tratamente termomecanice şi termice

De la 1 la 4 cresc rezistenţa mecanică Rm şi limita de elasticitate Re.

Faze şi constituenţi specifici acestor oţeluri:

- ferita δ = soluţie solidă de carbon în fier δ ( cubică centrată)

- austenita= soluţie solidă de carbon în fier γ ( cubică cu feţe centrate)

- ferita α =soluţie solidă de carbon în fier α ( cubică centrată)

- cementita=carbura de fier, Fe3C

- perlita = eutectoid (ferită şi cementită)

În funcţie de compoziţia chimică, modul de elaborare şi modul de recoacere structura oţelurilor

laminate la rece poate fi :

Monofazică - ferită şi precipitări de carburi pentru oţeluri cu carbon sub 0,5%;

Bifazică - ferită şi perlită pentru carbon 0,1%

Oţeluri cu limită înaltă de elasticitate

DP- ( Dual Phase) – prezintă structură formată din ferită şi martensită

TRIP- ( Transform Induce Plasticity )- prezintă structură formată din ferită, bainită, austenită

metastabilă şi martensită.

Pag. 49

CP- ( Complexe Phase)- Prezintă în structură martensită, bainită superioară, şi bainită +ferită.

Oţeluri pentru tratament termic ( 20MnB5)- prezintă în stare recoaptă o structură ferito-

perlitică, cu proprietăţi bune de plasticitate, iar în stare călită structură martensitică cu proprietăţi

foarte bune de rezistenţă mecanică.

În diagrama următoare se prezintă domeniul de caracteristici mecanice de rezistenţă şi alungire

specific acestor mărci de oţel.

Fig.11

0

20

40

60

200 400 600 800 1000 1200 1400Rm [MPa]

A [ % ]

Marci conventionale

CP (TT)

DP TRIP Oteluri C-Mn

Pag. 50

Capitolul 8 Prelucrarea termoelectrochimică a metalelor şi aliajelor

Trecerea unui curent electric printr-o celulă electrochimică, în care aria suprafeţei

anodului este considerabil mai mică decât a catodului, este descrisă de caracteristica volt-amperică prezentată în figura 1:

Figura 8.1: Caracteristicile volt-amperică (a) şi tensiune-temperatură (b) ale unei celule cu

suprafaţă mică a anodului Pentru valori mici ale tensiunii, trecerea curentului electric prin volumul celulei este

descris de legea lui Ohm, iar procesele la electrozi – de legile lui Faraday (porţiunea AB), fără apariţia unor efecte optice sau acustice. Creşterea tensiunii duce la încălzirea electrolitului, în special în zona din faţa anodului, deoarece în ea este concentrată aproape întreaga rezistenţă electrică a celulei electrolitice. În concordanţă cu acest efect, temperatura anodului AT creşte şi atinge valoarea de C0100 în punctul B (figura 1, b). Uneori, linia punctată de pe porţiunea AB (figura 1, a) nu este liniară datorită modificării rezistivităţii electrice a soluţiei cu creşterea temperaturii acesteia.

Pe porţiunea BC are loc regimul de întreruperi a curentului electric. Trecerea curentului prin celulă are loc în impulsuri, datorită faptului că învelişul de vapori, care înconjoară anodul, se condensează periodic după care se formează din nou. Caracterul în impulsuri al fenomenului nu permite descrierea proceselor din sistem cu ajutorul valorilor efective ale intensităţii curentului şi tensiunii electrice. Din această cauză, segmentele verticale de pe caracteristica volt-amperică în regiunea întreruperilor (figura 1, a) au un caracter convenţional. Cauza distrugerii învelişului o constituie străpungerea electrică a vaporilor, care produce o destindere bruscă a lor, urmată de condensarea acestora. Temperatura anodului pentru acest domeniu al tensiunilor este egală cu C0100 . Descărcările în scânteie creează o iluminare cu întreruperi, iar apariţia şi dispariţia învelişului sunt însoţite de zgomot şi pocnituri.

Pag. 51

În punctul C învelişul de vapori şi gaze devine stabil, prin el trece un curent staţionar având pulsaţii mici. Temperatura anodului creşte brusc. Porţiunea CD reprezintă regimul de încălzire la temperatură înaltă sau, simplu, regimul de încălzire. Iluminarea galbenă a învelişului de vapori şi gaze este aproape stabilă, iar procesul este însoţit de un zumzet uşor. Caracteristica volt-amperică are un caracter descrescător (figura 1, a), deoarece grosimea învelişului creşte cu creşterea tensiunii, iar rezistenţa electrică a lui creşte. Caracteristica volt-amperică prezintă un maxim la ( )V280260 ÷ . Pentru valori mai mici ale tensiunii, creşterea temperaturii anodului se explică prin creşterea puterii degajate în învelişul de vapori şi gaze. Temperatura anodului în intervalul [ ] C01000400 ÷ se reglează cu ajutorul tensiunii, fapt care permite efectuarea călirii, a cementării sau a nitrurării.

În punctul D , temperatura anodului scade brusc, iar intensitatea curentului electric practic nu se modifică. Culoarea iluminării capătă o nuanţă de albastru şi spectrul ei conţine liniile hidrogenului, oxigenului şi ale metalelor alcaline, dacă acestea sunt prezente în soluţie. Se poate presupune că pe porţiunea DE în înveliş apar descărcări electrice, însoţite de împrăştierea electrolitului care răceşte anodul. Probabil, descărcări slabe apar încă de pe porţiunea CD . Prin acţiunea acestora se explică scăderea mică a temperaturii anodului dinaintea punctului D .

Calirea şi prelucrarea termochimică a materialelor pe bază de fier

Metodele încălzirii rapide, inclusiv încălzirea catodică şi anodică în electroliţi, posedă o

serie de avantaje din punct de vedere al folosirii lor pentru prelucrarea termică şi termochimic. Se reduce considerabil timpul de încălzire al piesei până la temperatura necesară, ceea ce micşorează considerabil durata totală a procesului. Se uşurează prelucrarea continuă-succesivă a ţevilor, benzilor, sârmelor şi altor produse. Apare posibilitatea automatizării procesului de întărire şi includerea lui în fluxul total al prelucrării produsului. O particularitate importantă a încălzirii rapide o constituie micşorarea dimensiunilor grăunţilor oţelurilor austenitice.

Compoziţiile electroliţilor pentru saturarea oţelurilor cu azot şi carbon:

Majoritatea compoziţiilor electroliţilor a fost elaborată pentru saturarea oţelurilor cu azot

şi carbon. Ca dizolvanţi, alături de apă se folosesc glicerină, formamidă şi alte substanţe organice. Atât pentru încălzirea anodică, cât şi pentru cea catodică, este necesară o conductibilitate electrică suficient de mare a electrolitului, care se obţine prin prezenţa în soluţii a componentelor corespunzătoare. Electroliţii destinaţi pentru prelucrarea termochimică trebuie să conţină substanţe care să asigure prezenţa componentelor de saturare în învelişul de vapori şi gaze. Într-o serie de cazuri, în soluţii există diferite adaosuri care îmbunătăţesc diferite proprietăţi ale electrolitului.

Clasificarea componentelor soluţiei are un caracter convenţional, deoarece unii compuşi care conţin carbon pot asigura o conductibilitate electrică suficient de mare a electrolitului. Există, de asemenea, substanţe care pot servi atât ca surse de azot, cât şi ca surse de carbon, în funcţie de condiţiile de încălzire. Discutăm componentele electroliţilor folosiţi pentru saturarea separată sau comună cu azot şi cu carbon (tabelele 1 şi 2).

Tabelul 8.1. Soluţiile apoase pentru saturarea oţelurilor cu azot şi carbon, în cazul încălzirii catodice

Componentele care asigură conductibilitatea electrică a

electrolitului

Componentele care conţin carbon

Componentele care conţin azot

Acid azotic, acid clorhidric, Acetonă, alcool metilic, Amoniac, metilamină,

Pag. 52

acetat de potasiu, hidroxid de potasiu,

carbonat de potasiu, carbonat de sodiu, sticlă lichidă, clorură de sodiu,

clorură de amoniu

alcool polivinilic, alcool etilic, etilenglicol, grafit

(praf de cărbune)

nitrozometil, formamidă

Tabelul 8.2. Soluţiile apoase pentru saturarea oţelurilor cu azot şi carbon, în cazul încălzirii

anodice Componentele care

asigură conductibilitatea

electrică a electrolitului

Componentele care conţin

carbon

Componentele care conţin azot

Adaosuri

Acid azotic, acid clorhidric, hidroxid de

sodiu, carbonat de sodiu, azotat de sodiu, azotat de amoniu, fluoroborat de amoniu, clorură de

amoniu,

Acetonă, glicerină, glucoză

Amoniac, azotat de amoniu

Amestec de eteri ai alcoolilor cetilic şi srearinic cu glicol de polietilenă, care conţine 100 mol de oxid de etilenă în

concentraţie de 0,1-0,5 %

oxanol TS-100, sintanol TSE-20,

stearocs-920, alcool izoamilic primar,

emulgator T-2

Cementarea materialelor pe bază de fier Compoziţia de fază a oţelurilor cementate cu conţinut scăzut de carbon este determinată

de potenţialul carbonului al învelişului de vapori şi gaze şi de condiţiile de răcire a piesei. După răcirea în soluţie, stratul de suprafaţă poate conţine o plasă de cementită, martensită şi austenită reziduală. La răcirea în aer se fixează perlita cu grăunţi mari, cu o graniţă bruscă de trecere spre zona ferito-perlitică. Conform datelor analizelor chimice şi prin difracţie cu radiaţii X, la suprafaţa părţii din statul carburat şi călit au fost observate cementita (carbura de fier), martensita cu o concentraţie de carbon 0,75-0,78 % şi austenita reziduală. După revenire ( C0200 , 2 ore), concentraţia carbonului în martensită. Zona de tranziţie conţine martensită cu grăunţi aciculari de dimensiuni mici, care trece în martensită tenace cu conţinut scăzut de carbon.

Structura părţii din strat necarburată a fierului electrolitic, după o încălzire mai mare decât temperatura transformării de fază, adică mai mare decât 3Ac , şi menţinere ulterioară, s-a transformat din fire în grăunţi. Grăunţii cei mai mici au apărut la graniţa cu partea din strat carburată. S-a observat difuzia carbonului din metalul de bază în stratul depus la adâncimea de ( ) mμ64 − , fapt care a dus la mărunţirea şi recristalizarea grăunţilor la această graniţă. Structura – grăunţi de ferită înconjuraţi de martensita cu conţinut scăzut de carbon. După călire, graniţa dintre metalul de bază şi fierul electrolitic aproape că nu apare la metalografie, ceea ce înseamnă creşterea adeziunii stratului.

Pag. 53

Proprietăţile straturilor cementate Cementarea termoelectrochimică asigură o rezistenţă la uzură mai mare a materialelor pe

bază de fier, decât cementarea gazoasă. O serie de oţeluri (S15C, SCM21, SNC21), după cementarea catodică la C0950 în soluţie de 25% acetonă în acetat de potasiu, au fost încercate la uzură după schema frecării frontale uscate. Intensitatea uzurii oţelurilor care au fost cementate catodic este de aproximativ două ori mai mică comparativ cu proba de control netratată. Avantajul cementării catodice faţă de cementarea gazoasă se explică prin creşterea durităţii de suprafaţă (940 HV) în prezenţa unui strat mai tenace.

O rezistenţă la uzură mai mare în comparaţie cu cementarea gazoasă dă şi cementarea anodică la întărirea oţelurilor carbon. Îmbunătăţirea proprietăţilor antifricţiune după cementarea anodică comparativ cu cementarea gazoasă, se explică prin structura mai dispersă a perlitei şi, de asemenea, prin păstrarea plasticităţii suportului feritic.

Azotarea oţelurilor cu conţinut scăzut de carbon

Nitro-călirea oţelurilor cu conţinut mediu de carbon:

Formarea zonei de suprafaţă cu nitruri şi a substratului călit poate fi realizată cu ajutorul nitrurării gazoase sau prin nitro-cementare în cuptoare, a nitrurării ionice în descărcare luminescentă, a nitrurării lichide în topituri de săruri, cu călire ulterioară efectuată prin încălzire suplimentară cu curenţi de inducţie sau fără aceasta, direct de la temperatura de saturaţie.

Avantajele nitrurării termo-electrochimice sunt semnificative la tratamentul de scurtă durată, timp de câteva minute, care permite să se obţină straturi cu conţinut mic de azot de grosimi până la mμ30 .

Creşterea temperaturii de nitrurare dă posibilitatea de a creşte puţin duritatea de suprafaţă a oţelurilor cu conţinut mediu de carbon, datorită creşterii concentraţiei azotului în martensită. Saturarea rapidă cu azot permite să se evite mărirea particulelor de nitruri şi distrugerea coerenţei acestora cu matricea, ceea ce duce la micşorarea durităţii în cazul nitrurărilor tradiţionale în cuptoare. Creşterea duratei menţinerii izoterme duce la creşterea durităţii de suprafaţă, ceea ce se explică prin creşterea concentraţiei azotului în zonele cu nitruri şi martensită. Pentru durate mai mari de saturare duritatea rămâne constantă.

Nitro-călirea oţelului cu conţinut mediu de carbon 45 duce la creşterea limitei rezistenţei. Efectuarea îmbunătăţirii înainte de nitro-călire dă aceleaşi structuri, dar cu creşterea limitei rezistenţei cu 10% pentru o micşorare a valorilor alungirii relative cu 30%. De asemenea, se observă o influenţă pozitivă a nitrurării asupra rezistenţei la oboseală a oţelurilor. Nitrurarea gazoasă de durată permite să se mărească limita rezistenţei la oboseală a oţelului 45 cu 50%, pentru o grosime a stratului de 0,35-0,45 mm, iar cea de scurtă durată timp de 3 ore – cu 36%. Suprapunerea nitrurării cu călirea creează posibilităţi suplimentare de creştere a rezistenţei la oboseală a oţelurilor cu conţinut mediu de carbon.

Nitro-călirea anodică asigură creşterea rezistenţei la oboseală comparativ cu oţelul normalizat, pentru toate regimurile studiate de tratament. Creşterea maximă a rezistenţei la oboseală se obţine la nitrurarea în soluţie care conţine 11% clorură de amoniu şi 11% nitrat de amoniu, la C0750 , cu răcirea ulterioară în aceeaşi soluţie.

Formarea austenitei azotoase în stratul de difuziune la suprapunerea nitrurării cu călirea, duce la micşorarea temperaturii transformării martensitice a oţelurilor şi la întârzierea acestei transformări în volumele de la suprafaţă. Formarea martensitei la suprafaţă are loc în condiţiile acţiunii tensiunilor produse de transformarea martensitică din miezul probei. O astfel de succesiune αγ → a transformărilor de fază creează tensiuni de comprimare în zona de la suprafaţă.

Pag. 54

Nitro-călirea anodică a oţelurilor cu conţinut mediu de carbon creşte, de asemenea, rezistenţa la uzură.

Studiul cineticii uzurii probelor după nitro-călire a arătat că, la început, are loc rodarea (ajustarea prin funcţionare), formarea profilului de lucru al pistelor de frecare şi a structurilor secundare pe suprafaţă. Aceasta duce la micşorarea vitezei de uzură şi la atingerea momentului uzurii stabile. Pe măsura uzurii prin frecare a stratului întărit şi descoperirea miezului, viteza de uzură creşte. Durata uzurii stabile depinde de valoarea sarcinii şi de grosimea stratului întărit.

Nitro-călirea oţelului cu conţinut mediu de carbon dă posibilitatea de localizare a proceselor de frecare în straturile subţiri de suprafaţă. Structura obţinută prin întărire conţine faza solidă (martensita azotată) şi un strat subţire de nitruri de fier cu austenită reziduală la suprafaţă. Duritatea înaltă a martensitei permite să se evite deformaţia plastică a straturilor de sub suprafaţă. Zona cu nitruri de la suprafaţă are o plasticitate suficientă şi este bună pentru prelucrare. Rezistenţa maximă la uzură, ca şi microduritatea maximă, egală cu 8,5-9,0 GPa, au fost atinse după saturare la temperatura de C0750 .

Rezistenţa la coroziune Printre fazele sistemului fier-azot, o rezistenţă considerabilă la coroziune o are numai faza ε , care se caracterizează prin cel mai mare potenţial de electrod (0,1-0,13 mV în apă de mare). Nitrurarea de scurtă durată în condiţiile încălzirii anodice, permite să se obţină această fază sub forma unui strat continuu numai în soluţiile care conţin amoniac. Astfel de straturi posedă proprietăţi de protecţie şi pot fi obţinute în mediul cu vapori supraîncălziţi la 450-520 C0 . Se cunosc metode combinate de tratament care prevăd oxidarea pieselor în baia cu săruri, pentru creşterea rezistenţei lor la coroziune după nitrurarea gazoasă. Suprapunerea nitrurării cu oxidarea se poate realiza în acelaşi cuptor în două etape, sau simultan într-o atmosferă cu compoziţie specială. În anumite condiţii, un astfel de tratament duce la difuzia oxigenului în oţel cu formarea oxizilor de fier, ceea ce influenţează favorabil asupra proprietăţilor de exploatare a pieselor. Acest proces, numit oxinitrurare, se foloseşte pentru executarea din oţel termorezistent a supapelor de admisie şi de evacuare pentru motoarele automobilelor. Posibilităţi suplimenare de creştere a rezistenţei la coroziune a oţelurilor, după nitrurarea anodică, o dă răcirea lor în aer. Stratul de oxid cel mai stabil şi mai gros a fost obţinut în soluţia de nitraţi-cloruri, la răcirea probelor în aer. Din contră, la răcirea în soluţie cele mai bune proprietăţi de protecţie le asigură soluţia de clorură şi amoniac, în care s-au obţinut potenţiale iniţiale mai pozitive şi intensităţi mai mici ale curenţilor, pe curbele potenţiodinamice.

Răcirea în aer a probelor încălzite duce la o oxidare suplimentară a suprafeţelor acestora, ceea ce măreşte grosimea stratului de oxid şi creşte proprietăţile de protecţie. La polarizarea unei astfel de probe, în domeniul potenţialelor pozitive se atinge pasivizarea. Saturarea simultană a oţelurilor cu azot şi carbon Saturarea simultană a oţelurilor cu azot şi carbon în condiţiile încălzirii catodice şi anodice, este numită nitrocementare sau cianurare. La suprafaţa oţelului 40X, după saturarea cu azot şi carbon se fixează de obicei o peliculă carbonitrurată a fazei ε , sub ea martensită cu incluziuni de cementită şi mai jos structura martensito-troostită (troostită – componentă structurală a oţelului, care reprezintă un amestec dispers al feritei şi cementitei). Difuzia simultană a azotului şi carbonului este mult mai complicată, decât la saturarea cu o singură componentă. La temperaturi relativ scăzute se desfăşoară mai intens difuzia azotului, în acest caz, azotul scoate carbonul din stratul de suprafaţă.

Pag. 55

Alte tipuri de tratament termo-electrochimic Borurarea

Una din compoziţiile pentru efectuarea borurării catodice o constituie soluţia care conţine 5% acetat de potasiu şi 10% hidrură de bor. O astfel de soluţie permite să se obţină un strat borurat de grosime până la mμ26 în timp de 1 minut. Alte adaosuri la soluţiile de acetat care conţin bor, pot servi acidul boric sau boraţii de amoniu. În afară de aceasta, saturarea cu bor se realizează prin încălzire până la ( ) C0950650 − , în soluţie apoasă care conţine 5-15 % carbonat de potasiu, 40-60 % glicerină, cu adaos de 5-35 % carbură de bor. A fost propusă, de asemenea, adăugarea borului amorf în soluţia cu aceleaşi componente. Sulfurarea Se recomandă să se efectueze sulfurarea cu ajutorul încălzirii catodice la adâncimi până la 0,3mm, după prelucrarea mecanică finală pentru scăderea frecării la alunecare. Pentru sulfocianurare se foloseşte soluţia de rodanidă de amoniu în glicerină. Saturarea cu sulf este posibilă, de asemenea, la încălzire în soluţii apoase cu tiosulfat de sodiu, sulfo-acizi, sulfură de hidrogen, oxizi de sulf şi, de asemenea, cu pulbere de sulf. În afară de apă, pot fi folosiţi ca dizolvanţi sulfura de metil, sulfura de etil etc. Wolframarea Ca sursă de wolfram pentru efectuarea saturării catodice s-a propus wolframatul de sodiu. Saturarea anodică cu wolfram este posibilă la prezenţa în soluţie a unor electroliţi mai puternici, de exemplu clorura de amoniu sau acidul clorhidric.

Pag. 56

Capitolul9 Concluzii

1. Pe baza datelor din literatură şi a documentaţiei tehnice din domeniul materialelor

( standarde, norme, caiete de sarcini), s-au clasificat materialele utilizate în industria de

autoturisme după aplicaţiile specifice şi ponderea pe autoturisme în corelaţie cu proprietăţile şi

caracteristicile specifice, particularizând printr-un exemplu de repartizare a materialelor pe o

caroserie în scopul asigurării securitatăţii pasagerilor.

2. Activitatea de concepţie în domeniul auto presupune o alegere optimă a materialelor pe

criteriul maximului de performanţe cu un minim de costuri. În acest context au fost descrise

teoretic principalele proprietăţi ale materialelor cu prezentarea unor rezultate obţinute

experimental. De asemenea, având în vedere importanţa elementelor de aliere asupra

proprietăţilor oţelurilor am întocmit un set de fişe privind caracterizarea şi influenţa acestor

elemente .

3. Pentru materialele cu pondere mare de utilizare, oţeluri, fonte, s-au prezentat

principalele caracteristici ale acestora , domenii de utilizare şi rezultate experimentale.

4. Pentru îmbunătăţirea rezistenţei la uzare, oboseală, presiune de contact se utilizează pe

larg tratamentele termochimice , carburare şi carbonitrurare care au fost descrise cu

exemple de utilizare şi cu determinări experimentale privind caracteristicile stratului tratat.

5. Exigenţele din ce în ce mai mari privind securitatea pasagerilor necesită utilizarea unor

materiale pentru caroserii cu rezistenţă mecanică ridicată, asigurînd în acelaşi timp o

deformabilitate bună la rece, prin ambutisare. S-au prezentat mărci de oţel care asigură aceste

cerinţe prin diferite metode de durificare, de la ecruisare pâna la tratamente termice.

Pag. 57

Bibliografie : 1 M. ABRUDEANU Studiul materialelor- Editura Universităţii din Piteşti,

1999

2 M. ABRUDEANU Ştiinţa materialelor, Editura tehnică, Bucureşti 1999

3 M. ABRUDEANU Degradarea prin coroziune şi protecţia anticorozivă, Editura Universităţii din Piteşti, 2001

4 J BARILIS, G.MAEDER Précis de métallurgie , 6e édition , Afnor Nathan , France , 1994 .

5 J.BERNARD, A. MICHEL, J. PHILIBERT et J. TALBOT

Métallurgie génerale, Editura Masson, Paris 1991.

6 J. PHILIBERT , A. VIGNES, Y. BRECHET, P. COMBRADE

Métallurgie du minerai au matériau, Editura Masson, Paris 1998.

7 N. GERU Analiza structurii materialelor metalice – Editura Tehnică , Bucureşti 1991

8 T. DULĂMIŢĂ Tratamente termice şi termochimice- Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti 1982

9 G. VERMEŞAN Bazele tehnologice ale nitrurării ionice, Editura Universităţii din Sibiu, 1992

10 D. BUNEA Alegerea şi tratamentele termice ale materialelor metalice – Editura didactica si pedagogică, Bucureşti 1996

11 R.N. DOBRESCU Tratamentele termice ale produselor metalice, Editura Universităţii din Piteşti , 2000

12 R.ŞABAN Tehnologia tratamentelor termice, Universitatea Politehnica din Bucureşti, 1994

13 METALS HANDBOOK – vol. 7

Atlas of microstructures of industrial alloys

14 STAS 7235-88 Adâncimea stratului cementat la oţeluri - Metode de determinare

15 STAS 7626-79 Microstructuri – Scări etalon pentru oţeluri

16 SR 5000-97 Structuri şi constituenţi metalografici ale produselor

feroase

17 *** La mecanique des surfaces , Guyancourt, Janvier 1999

18 *** Traitements de surface et composant mécaniques,

Pag. 58

recueil de conférences 4-5 dec. 1991, à Troyes , Editura CETIM 1991

19 S.GÂDEA ş.a. Manualul inginerului metalurg, Editura tehnică, Bucureşti,1982( vol.1 şi vol.2)

20 C.D. NENIŢESCU Chimie generală, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1979

21 I.ALEXANDRESCU ş.a. Alegerea şi utilizarea materialelor metalice, Editura didactică şi pedagogică, R.A. Bucureşti, 1997

22 M. URSACHE, D. CHIRCĂ Proprietăţile materialelor, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti 1982

23 *** Colecţii de Standarde Române, Norme Europene, Norme RENAULT

Raport Cercetare Et_I

Documents

Transcript of Raport Cercetare Et_I