1

CURS 5 Cuprins 2.4. Deformarea i ruperea materialelor metalice

2.4.1. Generaliti 2.4.2. Deformarea plastic

2.4.2.1. Deformarea plastic a monocristalelor 2.4.2.2. Deformarea plastic a agregatelor policristaline 2.4.2.3. Influena deformrii plastice la rece asupra structurii i proprietilor materialelor metalice 2.4.2.4. Influena temperaturii asupra structurii i proprietilor materialelor metalice deformate plastic la rece. Recristalizarea

2.4.2.5. Deformarea plastic la cald 2.4.3. Ruperea materialelor metalice

2.5. Aliaje Fe C 2.5.1. Generaliti 2.5.2. Fierul i formele lui alotropice 2.5.3. Diagrame de echilibru Fe-C

2.5.3.1. Liniile componente ale diagramelor Fe-C 2.5.3.2. Transformri invariante la solidificare i n stare solid 2.5.3.3. Faze i constitueni n sistemul de aliaje Fe-C

2

2.4. Deformarea i ruperea materialelor metalice 2.4.1. Generaliti Sub aciunea sarcinilor exterioare corpurile pot s se deformeze, adic pot s-i modifice formele i dimensiunile, sau chiar s se rup. In funcie de caracterul permanent sau nepermanent al deformrii se disting trei tipuri de deformaii: elastice, plastice i anelastice. Deformaiile elastice sunt deformaii cu caracter nepermanent care se menin doar pe durata aciunii forelor ce le-au produs; ele dispar brusc n momentul n care sunt nlturate forele care le-au cauzat. Deformaiile plastice sunt deformaii cu caracter permanent; odat produse, aceste deformaii se menin i dup n lturarea forelor care le-au determinat. Deformaiile anelastice sunt tot deformaii cu caracter nepermanent dar, spre deosebire de cele elastice, aceste deformaii dispar n timp dup ndeprtarea forelor.

Prin aciunea de deformare exercitat asupra unui corp de ctre fore exterioare, n interiorul acestuia apar fore ce se opun deformrii i care se numesc i tensiuni.

Tensiunea reprezint intensitatea forei cu care materialul reacioneaz la sarcinile mecanice ce tind s modifice aranjamentul particulelor sale constitutive, aranjament datorat forelor de interaciune dintre aceste particule. Tensiunea se msoar prin fora ce acioneaz pe unitatea de suprafa a planului pe care este aplicat:

SF= , (2.37.)

unde: este tensiunea; F fora; S suprafaa pe care acioneaz fora. In funcie de modul de aplicare a forei, tensiunile pot fi statice (nu se modific n timp) sau dinamice (se modific n timp). Tensiunile dinamice pot fi generate de fore de impact (de exemplu, ocuri) sau de fore alternante (de exemplu, vibraii). Tensiunile statice sunt cele mai frecvente. Orice stare de tensiune static creat de aciunea unor fore complexe asupra unei corp poate fi descris complet n termenii a trei tensiuni principale reciproc perpendiculare (tensiuni normale). Pot aprea trei cazuri importante: a) starea de tensiune sau compresiune uniaxial, cnd tensiunea acioneaz ntr-o singur direcie (fig.2.78.a.); b) starea de tensiune sau compresiune biaxial sau plan, cnd tensiunea acioneaz n dou direcii perpendiculare (fig.2.78.b.); c) starea de tensiune sau compresiune triaxial, cnd tensiunea acioneaz n trei direcii perpendiculare (fig.2.78.c.); dac cele trei tensiuni sunt egale se genereaz o stare de compresiune sau de ntindere hidrostatic. Tensiunea este denumit de ntindere (sau simplu tensiune) cnd fora ce o genereaz tinde s separe particulele constitutive ale materialului. Tensiunea este numit de compresiune dac fora care o genereaz tinde s aduc particulele constitutive ale materialului ntr-un contact mai strns. Un tip special de tensiuni l constituie tensiunile de forfecare care sunt generate de fore paralele la un plan imaginar ntr-un punct; aceste tensiuni fiind paralele cu planul pe care acioneaz sunt numite i tensiuni tangeniale. Tensiunile de forfecare sau tangeniale se noteaz cu spre a le deosebi de tensiunile normale la plan (de ntindere sau compresiune) care se noteaz cu .

3

Fig.2.78. Stri de tensiune static:

a) uniaxial; b) plan; c) triaxial (spaial).

Deformaia reprezint alterarea formei i a dimensiunilor unui corp ca efect al

eforturilor aplicate acestuia. Deformaia se exprim n uniti adimensionale sau n procente. Intruct exist trei tipuri diferite de tensiuni, vor exista n mod corespunztor i trei tipuri de deformaii: de ntindere, de compresiune, de forfecare.

Comportarea materialelor metalice sub aciunea unor tensiuni exterioare este descris cu ajutorul curbelor tensiune deformaie, convenionale sau reale, determinate de regul la solicitri statice de traciune, torsiune etc. Potrivit legii lui Hooke, n domeniul elastic tensiunile normale i tangeniale sunt proporionale cu deformaiile liniare , respectiv unghiulare , conform relaiilor:

= E (2.38.)

= G (2.39.) n care: E este modulul de elasticitate logitudinal, iar G modulul de elasticitate transversal. In domeniul plastic, pn la apariia gtuirii, curbele reale tensiune deformaie (fig.2.79.) sunt descrise de relaia:

nK = (2.40.) unde: K este coeficientul de rezisten; n coeficientul de ecruisare. Dup apariia gtuirii, curba real tensiune deformaie redevine liniar (fig.2.79.).

Fig.2.79. Curba real tensiune deformaie.

c b a

Domeniul elastic

Deformaia real,

Rupere

Domeniul de deformare plastic neuniform

Inceputul gtuirii

Domeniul de deformare plastic uniform

Ten

siune

a re

al,

4

2.4.2. Deformarea plastic

Deformarea plastic presupune deplasarea atomilor din poziiile lor de echilibru n poziii noi, pe distane mult mai mari dect o distan interatomic. Ca urmare, dup ndeprtarea efortului care a produs deformarea, nu mai este posibil revenirea atomilor la poziiile iniiale, deformaia avnd un caracter permanent. Comportarea unui material la deformarea plastic depinde de temperatura la care are loc aceasta; dac temperatura de deformare este mai joas dect o anumit temperatur caracteristic materialului, numit temperatur sau prag de recristalizare, deformarea plastic se numete deformare plastic la rece, n caz contrar numindu-se deformare plastic la cald.

Temperatura sau pragul de recristalizare nu este o constant fizic, cum este temperatura de topire, ci depinde de o serie de factori cum sunt: puritatea materialului, natura i distribuia fazelor, gradul de deformare anterior, mrimea gruntelui etc.; aceast temperatur se poate stabili experimental sau calcula cu formula lui A. Bocivar: t.recr TkT = , [K] (2.41.) unde: Tt este temperatura de topire, n K. Constanta k depinde de puritatea materialului: pentru metale de nalt puritate k 0,2; pentru soluii solide k 0,7, pentru metale de puritate tehnic i amestecuri mecanice k 0,3 0,4.

In procesul de deformare, agregatele policristaline prezint unele particulariti specifice fa de monocristale; din acest motiv, se va descrie mai nti deformarea monocristalelor, continundu-se apoi cu particularitile prezentate de policristale n cursul deformrii.

2.4.2.1. Deformarea plastic a monocristalelor. Deplasarea ireversibil a atomilor n

monocristale n cursul deformrii plastice se produce prin dou mecanisme de baz i anume: prin alunecare i prin maclare. Deformarea prin alunecarea const din deplasarea unor pri ale monocristalului n raport cu altele, de-a lungul unor plane cristalografice numite plane de alunecare (fig.2.80.). Cercetrile efectuate pe monocristale au dovedit c planele de alunecare sunt plane de maxim densitate de atomi, iar n aceste plane exist direcii de alunecare dup care atomii sunt aezai cel mai des. Planele i direciile de alunecare formeaz sisteme de alunecare care sunt caracteristice pentru fiecare sistem cristalin.

Fig.2.80. Alunecarea ntr-un monocristal:

a) cristalul nainte de alunecare; b) cristalul dup alunecare.

b

Plan de alunecare

a

5

Analizndu-se deformarea prin alunecare s-a putut constata c o parte a cristalului, n raport cu alta, se deplaseaz pe o distan egal cu un numr ntreg de distante atomice (care poate ajunge pn la aproximativ 1000 distane atomice, aprox.210-5 cm). Deplasarea se produce pe mai multe plane de alunecare simultan, formndu-se benzi de alunecare (fig.2.81.), distana ntre aceste plane fiind i ea de ordinul a 100 300 distane atomice (aprox. 210-6 cm). S-a constatat de asemenea c ntre dou benzi de alunecare poate s rmn o zon nedeformat. Pe msura creterii gradului de deformare, condiionat de creterea forei exterioare, apar alte benzi de plane de alunecare i pe poriunile nedeformate anterior. Astfel, distana ntre benzile de alunecare se micoreaz la grade de deformare mari.

Fig.2.81. Formarea benzilor de alunecare la un monocristal.

Mrimea alunecrii ntr-un cristal depinde de mrimea tensiunii tangeniale produs de sarcinile exterioare, de geometria structurii cristalului i de orientarea planelor de alunecare n raport cu tensiunile tangeniale. Alunecarea ncepe atunci cnd tensiunea tangenial care acioneaz pe planul de alunecare n direcia de alunecare, atinge pragul unei valori critice numit tensiune tangenial critic de alunecare. Aceast valoare critic reprezint echivalentul limitei de curgere a unui monocristal, determinat dintr-o curb caracteristic obinuit. E. Schmid a fost cel care pentru prima dat a pus n eviden faptul c pentru a se produce alunecarea n monocristale cu diferite orientri sunt necesare fore de traciune diferite. Pentru a calcula tensiunea tangenial critic de alunecare pe baza ncercrii la traciune a unui monocristal, este necesar s se cunoasc orientarea n raport cu axa n lungul creia se efectueaz ncercarea de traciune, a planului n care apare pentru prima dat alunecarea i a direciei de alunecare. Se consider un mono-cristal cilindric avnd aria seciunii transversale egal cu So (fig.2.82.). Unghiul dintre normala la planul de alunecare i axa n lungul creia se aplic fora de traciune P este , iar unghiul pe care l face direcia pe care se produce alunecarea cu aceeai ax longitudinal este . Suprafaa planului de alunecare nclinat cu unghiul va fi:

= cosSS o , (2.42.)

iar componenta sarcinii axiale ce acioneaz n planul de alunecare, n direcia pe care aceasta se produce este

= cosPT , (2.43.) Ca urmare, tensiunea tangenial de alunecare este dat de relaia:

210-5 cm

210-6 cm

Band dealunecare

6

Fig.2.82. Tensiunea tangenial critic cr n planul de alunecare S dintr-un monocristal

supus la ntindere sub sarcina P.

=== cos cos

SP cos

S cosP

ST

oo, (2.44.)

Deoarece =oS

P (tensiunea normal de ntindere) relaia (2.44.) devine:

= cos cos , (2.45.) Procesul de alunecare ncepe atunci cnd tensiunea normal atinge limita de curgere a materialul, adic = c (Rp0,2); prin urmare:

== sin cos cos cos cccr , (2.46.)

Relaia (2.45.) cu ajutorul creia se determin tensiunea tangenial critic de alunecare este cunoscut i sub numele de legea lui Schmid, iar produsul cos cos se numete factorul lui Schmid sau factor de orientare. Acest produs atinge valoare maxim de 0,5 atunci cnd unghiurile i sunt egale cu 45, fa de direcia forei de deformare; deci maximul tensiunii tangeniale se obine cnd planul de alunecare este nclinat cu 45, fa de direcia forei P. Cercetrile au artat ns c planul pe care va ncepe alunecarea va fi planul cu densitate maxim de atomi i cu cea mai favorabil poziie fa de direcia forei de deformare, adic:

minim45 =o (planul de maxim densitate n atomi care face cel mai mic unghi cu planul nclinat la 45 fa de direcia forei de deformare). Celelalte plane ale monocristalului, care nu au o poziie preferenial fa de direcia forei de deformare, vor suferi o serie de deplasri i rotiri pn ce vor ocupa i ele o poziie corespunztoare tensiunii minime de ncepere a procesului de alunecare. Pe aceste plane pot aprea alunecri n cazul creterii corespunztoare a tensiunii de deformare.

P

N T

Direcia de alunecare

Plan de alunecare

c

cr S

So

P

7

Plan de maclare

Dei exist asemnri ntre modurile n care se produce deformarea plastic a monocristalelor din diferite materiale metalice, sunt totui i o serie de elemente specifice fiecrui tip de reea cristalin n parte. Astfel, fiecare tip de reea cristalin este caracterizat de un numr diferit de plane i direcii de alunecare cu densitate atomic maxim, deci un numr diferit de sisteme de alunecare. Pentru acestea, rezistena la alunecare este mai mic dect pentru alte plane i direcii cristalografice din reea. Astfel, pentru monocristalele cu reea cubic cu volum centrat (CVC), planele cu densitate atomic maxim (n numr de ase pentru o celul elementar) sunt cele ce unesc diagonalele de pe feele diametral opuse ale cubului (fig.2.16.). In cadrul fiecrui plan existnd dou direcii cu densitate maxim de atomi (diagonalele planelor cu densitate atomic maxim, care corespund i cu diagonalele cubului), rezult c reeaua cristalin CVC are 12 sisteme de alunecare principale. In ceea ce privete reeaua cubic cu fee centrate (CFC), planele cu densitate atomic maxim, sunt planele (111), iar direciile de alunecare din aceste plane sunt cele corespunztoare diagonalelor feelor cubului [110]. Rezult c cele patru perechi de plane de alunecare (fig.2.14.), mpreun cu cele trei direcii de alunecare din fiecare plan, asigur un numr de 12 sisteme de alunecare. Monocristalele cu reea hexagonal compact (HC) au un singur plan de alunecare (0001), a crui diagonale [1120] reprezint direciile cu densitatea cea mai mare de atomi (fig.2.18.) Rezult deci c reeaua HC are doar trei sisteme de alunecare. Analizndu-se aceste trei tipuri de reea cristalin prin prisma numrului de sisteme de alunecare i a densitii atomice pe planele principale, rezult n general c materialele metalice, care prin cristalizare formeaz o reea CFC, necesit pentru o anumit deformare, eforturi unitare mai mici dect alte metale i aliaje ce cristalizeaz n reea CVC sau HC. In acelai timp, materialele care cristalizeaz n reea CVC, necesit pentru deformare eforturi mai mici dect materialele ce cristalizeaz n reea HC. Deformarea prin maclare se produce mai ales n cazurile n care orientarea reelei fa de direcia tensiunii de deformare nu este favorabil procesului de deformare prin alunecare. Deformarea prin maclare a monocristalelor reprezint deplasarea unui ntreg ansamblu de plane atomice vecine din reea, n raport cu un anumit plan considerat fix, ocupnd astfel o nou poziie simetric fa de restul cristalului nedeformat. Acest plan poart numele de plan de maclare i este paralel cu planele din reea pe care atomii au fost deplasai prin deformare. Prin acest mecanism de deformare, zona din reea deplasat va ocupa o poziie, care corespunde, fa de planul de maclare imaginii n oglind a zonei din reea nedeformat (fig.2.83.).

Fig.2.83. Schema mecanismului de deformare prin maclare.

Plan de maclare

8

Planele i direciile de maclare pentru sistemele de cristalizare ntlnite la majoritatea metalelor i aliajelor, sunt: - pentru sistemul CVC: planul (112) i direcia [111]; - pentru sistemul CFC: planul (111) i direcia [112];

- pentru sistemul HC: planul

2110 i direcia

1110 .

Prin maclare nu are loc o schimbare continu a orientrii planelor reelei, cum este n cazul deformrii prin alunecare, iar mrimea deformrii este neglijabil n comparaie cu deformarea prin alunecare. Importana maclrii n timpul procesului de deformare plastic const n faptul c, schimbarea orientrii unor plane din monocristal conduce la apariia a noi sisteme de plane de alunecare cu poziii prefereniale fa de direcia tensiunii de deformare. Pot fi ntlnite dou tipuri de macle (fig.2.84.): - macle de deformare, ce apar la deformarea plastic la rece, n general n metalele i aliajele cu reele HC i CVC, dar i n celelalte reele, cu condiia ca limita de curgere s fie nalt; - macle de recoacere, la materialele metalice deformate plastic la rece i supuse apoi tratamentului termic de recoacere (n special la metale i aliaje cu reea CFC).

Fig.2.84. Macle: a) de deformare; b) de recoacere.

Deformarea prin maclare are loc de obicei la materialele metalice ce cristalizeaz n reele cristaline cu un numr redus de sisteme de alunecare (de exemplu, reeaua cristalin HC) i apare n special la temperaturi joase i viteze ridicate de deformare 2.4.2.2. Deformarea plastic a agregatelor policristaline. Materialele metalice utilizate n tehnic sunt agregate policristaline alctuite dintr-un conglomerat de monocristale legate ntre ele, fiecare cristal avnd o anumit orientare a planelor cristalografice (fig.2.85.). Dac cristalele sunt formate din atomi aezai ordonat (formnd o reea cristalin), marginile lor (limitele de gruni) sunt alctuite din atomi aezai dezordonat n acest loc. Plasarea dezordonat a atomilor la marginile grunilor este dictat de direciile diferite ale planelor cristalografice ale fiecrui cristal n parte (fig.2.86.). Proprietile de deformare ale agregatelor policristaline depind att de proprietile grunilor (cristalelor), ct i de cele ale limitelor acestora. Deci, deformarea fiecrui cristal nu se desfoar liber, deoarece este condiionat de prezena limitelor dintre gruni i de procesele ce au loc n cristalele vecine. In aceast situaie, deformarea agregatelor policristaline reprezint rezultatul deformrii fiecrui cristal n parte i a deformrii i rotirii relative a cristalelor unele fa de altele; deformarea policristalelor se realizeaz pe dou ci: intracristalin i intercristalin. In ceea ce privete deformarea fiecrui cristal n parte (deformare intracristalin), aceasta are loc ca n cazul monocristalelor, prin alunecare i maclare. Deoarece fiecare

a b

9

Fig.2.85. Schia unei agregat policristalin.

Fig.2.86. Schema amplasrii dezordonate a

atomilor la marginea grunilor. grunte este influenat n deformarea sa de grunii vecini, este evident c procesul deformrii policristalului este mai complex dect cel al monocristalului. La nceput se deformeaz acei gruni care au reeaua cristalin orientat favorabil fa de direcia forei de deformare i anume, cei ale cror plane de alunecare au o nclinare de 45 fa de direcia acestei fore. In cristalele cu orientri intermediare ale planelor de alunecare, apar mai nti deformaii elastice, care, pe msur ce efortul de deformare se mrete, iar cristalele prin deplasri i rotiri se orienteaz preferenial, trec n deformaii plastice. Astfel, este posibil ca unii gruni s ating grade apreciabile de deformare, n timp ce alii nu s-au deformat de loc; prin urmare, deformarea grunilor ntr-un agregat policristalin este neuniform. Cnd unii dintre gruni i epuizeaz posibilitile de deformare, apar fisuri care se vor dezvolta pn la ruperea materialului. Efortul necesar pentru deformarea agregatelor policristaline, este cu att mai mare cu ct reelele cristaline ale grunilor au un numr mai mic de sisteme de alunecare. Din acest motiv, agregatele policristaline alctuite din gruni cu reea HC necesit eforturi pentru deformare superioare celor cu reea CVC sau CFC. In cazul deformrii policristalelor se constat deosebiri i ntre acele agregate policristaline n care toate cristalele sunt dintr-un singur metal (metal pur) i cele n care se are de a face cu un aliaj, la care grunii au compoziii, reele cristaline i proprieti diferite. Datorit neomogenitii existente de la un cristal la altul, deformarea policristalului n cazul unui aliaj este mai greu de realizat. Cercetrile efectuate pentru a se determina influena limitelor de grunte asupra deformrii policristalelor, au artat c grunii cristalini se deformeaz n msur mult mai mic n apropierea limitelor intercristaline, dect la distane mai mari de acestea. Ingreunarea deformrii n aceste zone este determinat de schimbarea orientrii cristalografice i a concentrrii de elemente strine. De asemenea, alunecrile produse prin deplasarea dislocaiilor ntr-un cristal sunt ngreunate pe msur ce acestea se apropie de limita de grunte, producndu-se astfel acumulri de dislocaii n aceste zone. Prin aceste acumulri de dislocaii la limita grunilor se creeaz noi stri de tensiune, ce determin alunecri i n cristalele vecine. Rezult c alunecrile ntr-un agregat policristalin vor fi cu att mai greu de realizat, cu ct fiecare cristal este nconjurat de un numr mai mare de cristale, deci cu ct granulaia materialului metalic este mai fin.

45

1 3

2 1

3

2

1

1

2

3

10

Ca urmare a acestor fenomene ce au loc n agregatele policristaline, efortul necesar pentru deformarea acestora n aceleai condiii cu ale unui monocristal din acelai material, va fi mai mare (fig.2.87.).

Fig.2.87. Variaia tensiunii de deformare n cazul unui monocristal (1) i a unui agregat

policristalin (2).

Dac agregatul policristalin este supus deformrii dup o nclzire prealabil, deformarea intercristalin este mai accentuat dect cea intracristalin datorit existenei la limitele dintre gruni a unor elemente strine cu puncte de topire mai joase i cu stabilitate termodinamic mai mic, care slbesc legturile dintre gruni. La cele mai multe materiale metalice policristaline s-a constatat c, la temperaturi joase rezistena la deformare prin alunecare pe planele cristalografice este mai mic dect rezistena la deplasare a grunilor ntre ei i invers la temperaturi ridicate. In aceste condiii, la temperaturi joase este mai pronunat deformaia intracristalin, iar la temperaturi ridicate deformaia intercristalin. 2.4.2.3. Influena deformrii plastice la rece asupra structurii i proprietilor materialelor metalice. Deformarea plastic la rece provoac n materialele metalice modificri structurale importante, i anume: schimbarea formei i dimensiunilor grunilor cristalini, modificarea orientrii spaiale a cristalelor i schimbarea structurii fine (la nivelul reelei cristaline) a fiecrui grunte. La grade mari de deformare, n urma proceselor de alunecare i maclare, grunii cristalini i modific forma i dimensiunile. Cristalele din constitueni deformabili plastic (de exemplu, ferita din oeluri) se alungesc n direcia principal de ntindere (de exemplu, n direcia de laminare sau tragere) i se turtesc i se lesc pe celelalte direcii. Cu creterea gradului de deformare la rece grunii se alungesc tot mai mult cptnd aspectul unor fibre, structura astfel obinut numindu-se structur fibroas. Aceste modificri de structur apar numai n seciuni paralele cu axa de ntindere, n seciunile perpendiculare pe aceast ax cristalele fiind echiaxe. In paralel cu lungirea, turtirea i lirea cristalelor din constitueni deformabili plastic, cristalele din constitueni fragili (de exemplu, cementita din oeluri) sunt sfrmate; particulele rezultate din acest proces se ordoneaz n iruri paralele cu cristalele alungite. La deformarea plastic la rece are loc i o rotire a cristalelor, care tind s se aeze cu anumite direcii cristalografice paralel cu direcia de ntindere; structura unui astfel de material este denumit structur cu orientare preferat sau textur. Textura poate fi obinut att prin deformare plastic, n care caz se numete textur de deformare, ct i prin recristalizare (numit, textur de recristalizare), prin solidificare, prin depunere electrolitic etc. Prin deformare plastic la rece materialele metalice devin anizotrope, aceast anizotropie fiind determinat att de structura fibroas, ct i de anizotropia de deformare.

1

2

100 200 300

Deformaia, %

0

50

100

150

200

Ten

siun

ea, M

Pa

11

Intr-o prob cu structur fibroas, deoarece numrul grunilor n direcia transversal este mai mare dect cel din direcia longitudinal, proprietile mecanice dup direcia transversal sunt diferite de cele dup direcia longitudinal. In mod obinuit, plasticitatea i tenacitatea pe probe transversale sunt mai mici dect pe probe longitudinale. In procesul de deformare plastic la rece are loc i fragmentarea grunilor n blocuri n mozaic; de asemenea, n timpul deformrii se produce rotirea acestor blocuri n mozaic, precum i creterea unghiului de dezorientare dintre ele. Modificrile de structur produse sunt nsoite de creterea densitii de dislocaii, de vacane i de formarea unor importante tensiuni interne, att la nivelul celulelor elementare (tensiuni de ordinul III), ct i la nivelul grunilor cristalini (tensiuni de ordinul II). Aceste modificri de structur determin i modificarea tuturor proprietilor fizico-mecanice. Prin deformare plastic la rece rezistena la rupere, limita de curgere i duritatea cresc, iar alungirea se micoreaz; cu alte cuvinte, prin deformare plastic la rece materialele metalice devin mai rezistente, mai dure i mai puin plastice. Acest fenomen se numete durificare prin deformare sau ecruisare. Capacitatea de ecruisare a unui metal se caracterizeaz prin coeficientul de ecruisare care este egal cu panta curbei reale tensiune-deformaie; deoarece acest coeficient joac n domeniul deformrii plastice rolul pe care l joac modului de elasticitate n domeniul deformrii elastice, se numete i modul de plasticitate. Coeficientul de ecruisare variaz de la metal la metal, fiind puternic influenat de tipul reelei cristaline, de compoziie i de structur. Deformarea plastic la rece a materialelor metalice nu se poate aplica dect n anumite condiii i pn la un anumit grad de deformare, dincolo de care creterea efectelor ecruisrii poate duce la ruperea materialului. Pentru a se continua deformarea, trebuie nlturate efectele ecruisrii, aceasta realizndu-se prin renclzirea materialelor metalice deformate plastic la rece.

2.4.2.4. Influena temperaturii asupra structurii i proprietilor materialelor metalice deformate plastic la rece. Recristalizarea. Starea obinut prin deformare plastic la rece fiind o stare n afara echilibrului, materialul ecruisat tinde s treac spontan ntr-o stare cu o energie mai mic, mai apropiat de starea de echilibru. Deoarece procesele prin care un anumit material trece n stri cu energie mai mic se realizeaz prin difuzie, temperatura exercit o influen foarte mare asupra structurii i proprietilor materialelor ecruisate. La majoritatea materialelor metalice mobilitatea atomilor la temperatura camerei este foarte mic, astfel nct structura obinut prin deformare plastic la rece este stabil. Pentru ca materialul ecruisat s treac n stare de echilibru este necesar nclzirea lui la o temperatur ridicat. Acest tratament termic este cunoscut sub numele de recoacere de recristalizare. In funcie de temperatura i durata de nclzire, n materialul ecruisat au loc urmtoarele fenomene: restaurarea, recristalizarea i creterea grunilor. Restaurarea const din dou etape: destinderea sau detenta i poligonizarea. Proceselor ce se produc la nclzirea unui material ecruisat la temperaturi relativ joase, mai joase de 0,30,4Tt, la care nu au loc modificri microscopice vizibile asupra formei i dimensiunilor cristalelor, ci numai modificri n structura fin, sunt cunoscute sub numele de destindere sau detent. Destinderea const n difuzia defectelor punctiforme, deplasarea lor spre limitele grunilor sau spre dislocaii, anihilarea unor vacane i interstiiali, anularea dislocaiilor de semn opus aflate pe acelai plan de alunecare etc., ceea ce are ca efect micorarea nsemnat a tensiunilor de ordinul II i variaii importante al proprietilor fizice, care tind spre valorile dinaintea deformrii. La nclzirea materialelor metalice ecruisate la

12

temperaturi apropiate de temperatura de recristalizare, paralel cu destinderea are loc poligonizarea, proces ce const n deplasarea dislocaiilor pentru formarea pereilor de dislocaii, fiecare grunte fragmentndu-se ntr-o serie de blocuri n mozaic. La nclzirea materialelor ecruisate la temperaturi mai nalte dect temperatura de recristalizare, continu poligonizarea, ns n paralel se produc i alte transformri, care provoac schimbri importante n microstructura materialului; alturi de grunii alungii, caracteristici metalului deformat la rece, apar i gruni mai mult sau mai puin echiaci, care reprezint o nou generaie de gruni, cu o structur deosebit de cea a grunilor deformai, coninnd mult mai puine imperfeciuni. Acest proces se numete recristalizare primar i se produce prin germinare i cretere. Germenii apar de regul la limitele grunilor n regiunile unde reeaua este mai puternic deformat elastic, mai puin stabil. Recristalizarea primar se ncheie atunci cnd grunii ecruisai s-au transformat n ntregime n gruni noi. Continund nclzirea, are loc creterea uniform i nentrerupt a noilor gruni, proces numit recristalizare cumulativ sau de coalescen, deoarece grunii mari cresc pe seama grunilor mici. In unele cazuri, la nclzirea dup recristalizarea primar se produce creterea anormal a grunilor sau creterea ntrerupt, care const n creterea exagerat a unor gruni n dauna altora. Grunii care cresc cu vitez foarte mare pot fi considerai convenional centre de germinare, motiv pentru care acest proces este numit frecvent recristalizare secundar. Mrimea grunilor obinui prin recristalizare depinde de temperatur; cu ct temperatura de recoacere este mai nalt, cu att dimensiunile grunilor vor fi mai mari. O influen asemntoare manifest i durata de nclzire. Gradul de deformare este un alt factor de care depinde mrimea grunilor obinui prin recristalizare; variaia dimensiunilor grunilor cu gradul de deformare este prezentat n figura 2.88. La grade foarte mici de deformare, recristalizarea practic nu se produce; la creterea gradului de deformare se obine o cretere rapid a grunilor, dup care dimensiunile acestora scad. Gradul de deformare la care se obine cea mai mare dimensiune de grunte se numete grad critic de deformare sau de ecruisare. Pentru cele mai multe materiale metalice, gradul critic de deformare este cuprins ntre 3 i 10%.

Fig.2.88. Dependena mrimii de grunte obinut la recristalizare n funcie de gradul de deformare.

La recoacerea de recristalizare toate proprietile se modific n sens invers modului de variaie ce a avut loc la deformarea plastic la rece, proprietile fizico-mecanice apropiindu-se de cele pe care materialul metalic le-a avut nainte de deformare. In figura 2.89. este prezentat schematic variaia proprietilor la recoacerea de recristalizare. La recoacerea de recristalizare se formeaz textura de recristalizare care se deosebete de textura de deformare att prin mecanismele de formare, ct i prin caracteristicile ei; aceast textur este rezultatul creterii orientate a noilor gruni cristalini.

cr grunte iniial

grunte nou

grad

cri

tic (3

1

0%)

Gradul de deformare

Dim

ensiu

nea

gru

ntel

ui

13

Fig.2.89. Influena temperaturii de recoacere asupra proprietilor mecanice ale materialelor metalice deformate plastic la rece.

2.4.2.5. Deformarea plastic la cald. La deformarea plastic la cald materialul metalic se ecruiseaz, ns datorit vitezei mari de difuzie ecruisajul este nlturat repede, prin recristalizare, el rmnnd n stare plastic. In timpul acestui proces are loc compactizarea materialului prin sudarea golurilor provenite din turnare (sufluri i microretasuri); de asemenea se produc modificri structurale ca: frmiarea gruntelui, formarea structurii fibroase i a texturii cristaline, frmiarea unor faze fragile i distribuirea lor mai uniform. Exist o mare deosebire ntre structura fibroas a unui material metalic deformat plastic la rece i structura fibroas a aceluiai material prelucrat plastic la cald. In materialul deformat la rece fibrele reprezint grunii materialului puternic alungii n direcia de deformare. In materialul metalic prelucrat la cald nu exist asemenea gruni, deoarece ei sunt recristalizai i transformai n gruni mruni, nealungii, ca ntr-un material recopt. Structura fibroas de prelucrare la cald este determinat de incluziuni i de impuriti solubile care provoac segregaii dendritice puternice. Importana segregaiilor n formarea structurii fibroase la deformarea plastic este deosebit de evident n cazul oelurilor. Formarea fibrajului la prelucrarea la cald a acestor materiale este determinat de impuriti ca sulful, oxigenul, fosforul etc. Sulful i oxigenul sunt impuriti insolubile care segreg n timpul solidificrii oelului sub forma unor de compui ce se dispun la limitele grunilor dendritici; aceti compui formeaz un fel de pelicule care produc discontinuiti ntre gruni. O parte din aceste incluziuni sunt fragile, altele plastice. La deformarea plastic la cald grunii oelului se alungesc, formnd o structur fibroas caracteristic deformrii la rece. Cu aceast ocazie, incluziunile fragile sunt sfrmate, particulele rezultate distribuindu-se n iruri n direcia curgerii principale, iar incluziunile plastice se alungesc n aceeai direcie. Imediat se produce ns recristalizarea, care transform grunii ecruisai n alii, mai mruni; dar, recristalizarea nu acioneaz asupra formei i distribuiei incluziunilor. Rezult astfel o structur fibroas format din fibre metalice separate prin iruri de incluziuni. Impuritile solubile, ca de exemplu fosforul n oeluri, provoac o puternic segregaie intercristalin i o structur dendritic caracteristic, fiecare grunte fiind bogat n anumite impuriti la suprafa i mai srac n mijloc, distribuia altor impuriti fiind exact invers. Deoarece, prin deformare plastic la cald, fiecare dendrit se alungete mai mult sau puin paralel una cu alta, materialul va fi format din iruri paralele de material bogat n

Temperatura de recoacere

Restaurare

Destindere

Recristalizare primar

Poligonizare

Recristalizare cumulativ

Trecr. T1 T2

Rez

isten

a d

e ru

pere

la tr

aciu

ne, R

m

Alu

ngir

ea la

rup

ere,

A5

Rm

A5

14

anumite impuriti separate de iruri de material srace n acele impuriti. Din cauza vitezei mici de difuzie a impuritilor, recristalizarea nu afecteaz distribuia lor. In acest fel, structura fibroas este determinat att de segregaia impuritilor insolubile la limitele dintre gruni, ct i de segregaia intercristalin a impuritilor solubile. Cu alte cuvinte, fibrajul obinut prin deformare plastic la cald nu este o nsuire proprie a materialului, ci este condiionat de compoziia lui i de impuriti. In cazul oelurilor, formarea structurii fibroase influeneaz transformrile ce se produc la rcire, deci aspectul structurii secundare. Astfel, ca urmare a alungirii incluziunilor plastice n timpul deformrii la cald (de exemplu, a sulfurilor de mangan), la rcirea lent de la temperatura de deformare a oelurilor hipoeutectoide, ferita proeutectoid cristalizeaz pe sulfuri i de aceea apare n iruri. Cu aceast ocazie, austenita este mpins n spaiile intermediare, distribuindu-se n iruri i transformndu-se n perlit. Ca urmare, ferita i perlita se orienteaz n benzi rezultnd o structur secundar n iruri. O astfel de structur se formeaz i ca urmare a segregaiei fosforului. Din cauza fosforului solubilitatea carbonului n austenit este micorat. Din acest motiv, carbonul se va concentra n acele regiuni ale grunilor de austenit n care concentraia n fosfor este mai mic. La rcire, ferita se va forma n regiunile srace n carbon, deci bogate n fosfor, iar perlita n regiunile bogate n carbon, deci srace n fosfor. Ca urmare, structura secundar a unui oel turnat va fi format din separri mari de ferit i de perlit. La deformarea plastic la cald, aceste separri trec n benzi de ferit i benzi de perlit, obinndu-se de asemenea o structur secundar n iruri. 2.4.3. Ruperea materialelor metalice Fenomenul care provoac fragmentarea unui corp n dou sau mai multe pri, ducnd la distrugerea integritii sale, sub aciunea unor tensiuni interne sau externe, se numete rupere. Acest fenomen constituie ultima etap a deformrii unui material metalic i este un proces complex. Ruperea se clasific dup mai multe criterii, i anume: - dup deformarea plastic care precede ruperea; - dup tensiunea care produce ruperea; - dup aspectul microscopic. Dup deformarea plastic ce precede ruperea, aceasta poate fi de dou feluri: rupere ductil i rupere fragil. Ruperea ductil se caracterizeaz prin faptul c este precedat de deformarea elastic i plastic a materialului metalic. Macroscopic se poate recunoate dup gtuirea care apare n zona ruperii, dup aspectul mat fibros i dup cel de con i cup, caracteristic celor dou suprafee de rupere (fig.2.90.a.).

Fig.2.90. Aspectul macroscopic al ruperii ductile (a) i fragile (b).

a b

15

Ruperea fragil este ruperea neprecedat practic de deformare plastic (fig.2.90.b.), astfel nct se produce brusc i este mult mai periculoas. Suprafeele de rupere prezint un aspect grunos, cristalin strlucitor. Dup tensiunea care o produce, ruperea poate fi: - rupere prin smulgere sau prin clivaj; este produs de tensiunile normale; - rupere prin forfecare, produs de tensiunile tangeniale. Ruperile prin smulgere sunt ruperi fragile i constau n ruperea legturilor interatomice normale la planul de rupere. Procesul se numete clivaj, iar planele de clivaj (planele de-a lungul crora se produce ruperea) sunt plane de mic densitate n atomi. Ruperile prin forfecare sunt ruperi ductile i constau n ruperea legturilor dintre atomi n direcie paralel cu planul de rupere. Planele pe care se produce ruperea sunt plane de alunecare (plane de maxim densitate n atomi), ruperea fiind n acest caz un proces de deformare plastic extrem de localizat. La materialele metalice policristaline, unii gruni pot fi orientai favorabil ruperii prin clivaj, iar alii ruperii prin forfecare, ruperea prezentnd de cele mai multe ori un aspect mixt. In mod curent, ruperea nu este numai ductil sau numai fragil, ci mixt. Dup aspectul microscopic ruperea poate fi: intracristalin (transcristalin), figura 2.91.a., cnd se produce n interiorul grunilor i intercristalin (fig.2.91.b.), cnd se produce la limita grunilor. Ruperea prin forfecare are loc numai intracristalin.

Fig.2.91. Aspectul microscopic

al ruperii.

Comportarea ductil sau fragil a materialelor metalice este influenat de trei categorii de factori: factori operaionali (starea de tensiune, viteza de solicitare, geometria corpului etc.), factori structurali (natura, structura i compoziia materialelor) i factori de mediu ce caracterizeaz mediul exterior (temperatura, aciunea coroziv i fragilizant a mediului etc.). Unul dintre cei mai importani factori este temperatura. De regul, la temperaturi nalte materialele se rup ductil, iar la temperaturi joase, fragil. Fenomenul trecerii unui material metalic de la starea ductil la cea fragil se numete tranziie ductil-fragil; el este caracterizat prin temperatura de tranziie care constituie o msur a gradului de tenacitate sau de fragilitate a unui material. Cu ct temperatura de tranziie este mai joas, cu att materialul este mai ductil i invers. De fapt, tranziia ductil-fragil nu are loc brusc, ci ntr-un domeniu de temperaturi, ca temperatur de tranziie considerndu-se, convenional, temperatura T50 la care ruperea este 50% ductil i 50% fragil. O mare importan practic reprezint ruperea la oboseal, rupere care se produce sub efectul unor eforturi ciclice repetate. La acest tip de rupere sunt supuse piesele (organele de maini) n micare, cum sunt: arborii cotii, bielele, manivelele, roile dinate, bolurile de piston i alte piese supuse la solicitri alternative i vibraii. Ruperea are loc n exploatare, accidental i este foarte periculoas pentru construciile navale, aeronautice i autorutiere.

a b

16

Suprafeele de rupere la oboseal prezint aspecte caracteristice i o structur zonal (fig.2.92.): - o amors de rupere care este, de fapt, o fisur microscopic provenit de la prelucrarea mecanic, tratamentul termic, incluziuni etc.; - o zon cu suprafa neted al crei aspect provine din progresarea fisurii i frecarea celor dou margini zona de propagare a fisurii; - o zon de smulgere cu structur grunoas, care marcheaz ruperea final, brusc zona de rupere final.

Fig.2.92. Aspectul macroscopic al ruperii la oboseal.

Prevenirea ruperii la oboseal se poate realiza prin evitarea incluziunilor nemetalice, a tratamentelor termice necorespunztoare i prin prelucrarea foarte fin a suprafeelor. 2.5. Aliaje Fe C 2.5.1. Generaliti Aliajele Fe-C numite oeluri i fonte sunt cele mai ntrebuinate materiale metalice, att n industrie, n general, ct i n construcia de maini, n special. Aceasta se datorete, ntre altele, rspndirii destul de mari n scoara terestr a materiilor prime din care provin, metalurgiei relativ simple, proprietilor fizico-mecanice bune ce pot fi modificate n limite largi (prin aliere i tratamente termice), ntr-o msur mai mare dect n cazul altor materiale, preului relativ sczut; de asemenea, aliajele Fe-C pot fi prelucrate aproape prin toate procedeele tehnologice cunoscute i, n mare msur, pot fi refolosite (reciclare prin retopire).

Fierul poate fi aliat cu orice cantitate de carbon, dar din punct de vedere tehnic intereseaz numai aliajele ce conin maxim 6,67% C. In funcie de coninutul de carbon se deosebesc dou mari categorii de aliaje Fe-C: oelurile cu pn la 2,11% C i fontele ce au carbonul cuprins ntre 2,11% i 6,67%; practic, n tehnic sunt folosite oeluri cu pn la 1,50% C i fonte cu pn la 4,5% C. 2.5.2. Fierul i formele lui alotropice Fierul, element metalic tranziional din grupa 8, perioada IV, cu numr atomic Z = 26, masa atomic A = 55,85, densitatea = 7,87 g/cm3, de culoare alb argintie, se topete la

17

1538 C i prezint n stare solid, n funcie de temperatur, mai multe forme alotropice, din care dou sunt mai importante: Fe cu reea cubic cu volum centrat (CVC) i Fe cu reea cubic cu fee centrate (CFC). Avnd reele cristaline diferite, cele dou forme alotropice prezint i proprieti diferite, cea mai important fiind diferena de solubilitate a carbonului n Fe i Fe, ce constituie baza posibilitilor de tratamente termice aplicate aliajelor Fe-C. Stabilitatea acestor forme alotropice ale fierului poate fi explicat urmrindu-se variaia cu temperatura a energiei lor libere (fig.2.93.); de la 0 C la 912 C este stabil Fe care are energia liber mai mic; ntre 912 C i 1394 C este stabil Fe (cu energie liber mai mic), iar ntre 1394 C i 1538 C, Fe de temperaturi nalte, denumit i Fe. Identitatea Fe de la temperaturi joase cu Fe de la temperaturi nalte se evideniaz uor, urmrindu-se variaia cu temperatura a parametrului reelei cristaline (fig.2.94.).

Fig.2.93. Variaia cu temperatura a energiilor

libere ale Fe i Fe.

Fig.2.94. Variaia cu temperatura a

parametrului reelei cristaline a fierului.

Transformrile ce se produc la cristalizarea i rcirea fierului sunt puse n eviden prin analiz termic, aceste transformri fiind nsoite de efecte termice (degajarea cldurii latente de transformare la rcire). Pe baza variaiei n timp a temperaturii se traseaz curba de rcire a fierului (fig.2.95.), curb pe care se pun n eviden trei paliere, i anume: - la 1538 C, cnd are loc cristalizarea primar a fierului; - la 1394 C, cnd se produce transformarea alotropic a Fe n Fe; - la 912 C, cnd are loc transformarea alotropic a Fe n Fe. La 770 C, pe curba de rcire apare i o inflexiune determinat de o transformare magnetic: Fe nemagnetic, simbolizat i prin Fe (notaie mai rar utilizat), trece n Fe magnetic. Temperaturile la care au loc transformrile n stare solid ale fierului poart denumirea de puncte critice i sunt notate cu litera A urmat de o cifr, i anume: - punctul critic A4 transformarea alotropic a Fe (CVC) n Fe (CFC) la 1394C; - punctul critic A3 transformarea alotropic a Fe (CFC) n Fe (CVC) la 912 C; - punctul critic A2 transformarea magnetic a Fe nemagnetic n Fe magnetic la 770 C, numit i punct Curie. La fierul pur nu exist punctul critic A1, acesta fiind ntlnit numai la oeluri (transformarea eutectoid). Inclzirea sau rcirea n condiii industriale, conduce la obinerea

T [C]

3 3,5 2,5

Fe

4

Fe

Fe

15381394

912

Parametrul reelei cristaline

0T [C]

F

912 1394

Fe Fe Fe

Fe

Fe

18

Fig.2.95. Curba de rcire a fierului.

unor valori diferite ale punctele critice fa de cele de echilibru, ele fiind notate cu indicele c la nclzire i r la rcire (

3232 rrcc A,A,A,A ). Diferena dintre valorile punctelor critice de la nclzire i de la rcire se numete histerezis termic i este cu att mai mare cu ct viteza de nclzire sau de rcire este mai mare. 2.5.3. Diagrame de echilibru Fe-C Carbonul, ca element de aliere n fier, poate forma cu acesta urmtoarele faze: - soluii solide rezultate prin dizolvarea atomilor de carbon n interstiiile reelei cristaline a fierului; - cristale de carbon elementar (grafit form polimorfic stabil a carbonului); - compui chimici (carburi de fier). Soluiile solide din sistemul Fe-C se formeaz prin dizolvarea carbonului n interstiiile fierului. Dimensiunea diferit a interstiiilor n reeaua cristalin CFC a Fe fa de cea din reeaua CVC a Fe (respectiv a Fe) are ca efect o solubilitate diferit a carbonului; atomii de carbon (cu raza de 0,71 ) au la dispoziie n Fe interstiii cu dimensiunea de 0,52 , iar n Fe interstiii cu dimensiunea de 0,348 . Rezult deci, c distorsiunea reelei cristaline a solventului este considerabil mai mare la dizolvarea carbonului n fierul cu reea CVC (Fe, Fe) dect n fierul cu reea CFC (Fe); consecina: o solubilitate limitat a carbonului, considerabil mai mic n Fe i Fe (0,0218%, respectiv 0,09%) dect n Fe (2,11%). Carbonul liber sub form de grafit nu apare dect n aliajele industriale ale fierului relativ bogate n carbon, aliaje numite fonte cenuii, el fiind ntr-un echilibru termodinamic stabil cu soluiile solide ale carbonului n fier. Temperatura de topire a grafitului este de aproximativ 3850 C; aceast temperatur nu poate fi determinat cu precizie deoarece grafitul (la peste 4200 C) sublimeaz la presiunea normal fr a se topi.

200

400

600

Timp

800 A2 770C

Fe

1000

1200

A3 912 C

1400

1600

T [C]

Fe

1394 C A4

1538 C

Fe

L

0 m

agne

tic

nem

agne

tic

19

Dintre carburile de fier, singura care poate coexista n echilibru (un echilibru metastabil, nu unul stabil termodinamic) cu soluiile solide interstiiale ale carbonului n fier este cementita (Fe3C); aceast carbur are un coninut de 6,67% C i cristalizeaz n sistemul ortorombic. Atomii unor elemente de aliere (Mn, Cr, V, Mo, W) pot substitui o parte din fier, iar azotul poate substitui o parte din carbon n celula elementar a cementitei, formndu-se aa numita cementit aliat, (FeX)3C. Cementita este feromagnetic; punctul su Curie se afl la 210 C i este notat cu Ao. Temperatura de topire nu este nc bine precizat, acesta fiind considerat la 1227 C. Cementita nu este stabil din punct de vedere termodinamic; n anumite condiii (la nclzire) ea se descompune cu formare de grafit:

)grafit(3 CFe 3CFe + Din aceast reacie rezult c grafitul este forma stabil, iar cementita forma metastabil a carbonului n sistemul de aliaje Fe-C. Datorit celor dou forme sub care apare carbonul n aliajele Fe-C (cementita i grafitul), diagrama de echilibru a sistemului Fe-C prezint dou aspecte (fig.2.96.): a) diagrama Fe-Fe3C (diagrama de echilibru metastabil); b) diagrama Fe-grafit (diagrama de echilibru stabil). Diagrama de echilibru metastabil, Fe-Fe3C (fig.2.96., trasat cu linie continu), este delimitat spre stnga de verticala fierului pur (100% Fe) pe care sunt nscrise punctele sale critice, iar spre dreapta de verticala cementitei (6,67% C), pe care este nscris temperatura de topire (1227 C). Peste 6,67% C, aliajele fierului cu carbonul nu prezint interes practic i din acest motiv diagrama este ntrerupt la acest coninut de carbon. Diagrama este complex, cu reacii de tip peritectic i eutectic, cu compus chimic, cu solubilitate parial a carbonului n stare solid, cu transformri n stare solid i cu reacie eutectoid. Aspectul relativ complicat, supraetajat, a diagramei Fe-Fe3C, deriv din existenta formelor alotropice ale fierului, n raport cu care se modific difereniat solubilitatea carbonului la diferite temperaturi. Diagrama de echilibru metastabil este folosit pentru studiul oelurilor i fontelor albe. Informaiile cu privire la structuri puse la dispoziie de aceast diagram (stabilit pentru componeni de mare puritate), sunt de o deosebit utilitate pentru nelegerea microstructurilor oelurilor i fontelor, ntruct exist o deplin concordan ntre microstructurile oelurilor i fontelor industriale i cele ale aliajelor pure. Diagrama de echilibru stabil, Fe-grafit (fig.2.96., trasat cu linie ntrerupt), prezint reacii de tip peritectic i eutectic, solubilitate parial a carbonului n stare solid, transformri n stare solid i reacie eutectoid. Aceast diagram este utilizat pentru studiul fontelor cenuii, ns ea are numai o valoare orientativ, deoarece structurile fontelor cenuii industriale constituie abateri de la diagrama de echilibru. Cristalizarea n unul din cele dou sisteme este determinat de urmtorii factori: compoziia chimic; (prezena n compoziie a elementelelor grafitizante C, Si, Ti, Ni, Cu, Co, P sau celor antigrafitizante W, Mn, Mo, Cr, Sn, V, S, Te, Mg), viteza de rcire, modul de elaborare (n cubilou, cuptor electric, cuptor cu flacr), temperatura de turnare, procedeul de turnare etc. In diagrama de echilibru a sistemului Fe-Fe3C (metastabil), aliajele cu coninut de carbon mai mic sau egal cu 2,11% poart denumirea de oeluri, iar cele cu procentul de carbon cuprins ntre 2,11% i 6,67 % sunt numite fonte albe. Diagrama de echilibru metastabil se adreseaz unui cerc foarte larg de specialiti, n timp ce diagrama de echilibru stabil se adreseaz ndeosebi inginerilor din domeniul turnrii pieselor din font.