STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

CRISTALIZAREA METALELOR

Topirea: Trecerea corpurilor de la stare solida la stare lichida (prin incazire, de obicei)Prin ruperea legaturilor

Materiale cristaline stricarea ordinii la distantatemperatura bine definita (temperatura de topire)

Materiale amorfe se trece prin stare vascoasa

Se absoarbe caldura latenta de topire

Cristalizarea: Formarea structurii cristaline. Solidificarea materialelor cristaline.Determinata de sensul scaderii energiei libere in sistem

La racirea sub T0: Ffaza solida < Ffaza lichida

Cand ΔF e suficienta – solidificare→ solidificare nu la T0 ci la T1

Fig.1 Variatia energiei libere la solidificare

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

Procesul cristalizarii are loc in 2 etape: I. Germinarea (formarea germenilor cristalini)II. Cresterea germenilor cristalini

I.

Germeni cristalini = particule solide de mici dimensiuni de unde incepe procesul de cristalizare

Germeni omogeni grupuri de atomi de aceeasi natura cu topituraeterogeni particule solide de alta natura (in general ceramica)

Germinarea eterogena este mult mai probabila decat cea omogena

II. Prin cresterea germenilor viabili se formeaza agregatul policristalin – microstructura

De obicei cresterea este dendritica

I. II.Fig.2 Procesul cristalizarii: I. Germinare; II. Cresterea germenilor si formarea structurii

Fig.3 Schema formarii dendritelorFig.4 Sectiune in dendrita

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

Analiza transformarilor la racire – curbe de racire: temperatura = f (timp)

Fig.5 Curba de racire a unui corp (fara transformari de faza )- exponentiala -

Fig.6 Curba de racire a unui metal pur(cristalizare la ts)

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

Puncte critice = temperaturi la care au loc transformari in stare solida

(ex. transformari alotropice)

Fig.7 Curba de racire pentru un metal cu 2 transformari alotropice

Fig.9 Fenomenul supraracirii0 – caz teoretic; vI < vII < vIII

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

Grad de supraracire: ΔT = Ts – Tr

Elaborarea aliajelor : obtinerea compozitiei chimice dorite (de obicei in stare topita)

Dupa elaborare, aliajele se toarna in lingotiera → LINGOU

Fig.8 Curba de racire / curba de incalzire pentru un metal

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

1 – zona grauntilor marginali: racire foarte rapida (exterior)structura fina, echiaxiala

2 – zona cristalitelor columnare:gradient de temperatura interior (temperatura mare) → exterior (temperatura mai mica)cristalite grosolane, alungite

3 – zona cristalitelor centraleviteza foarte mica de racire, temperatura relativ uniformacristalite echiaxiale, grosolane

Defectele lingoului

1. Retasura – gol rezultat prin contractia de solidificare superioara in maselotadefect de principiu

centrala defect accidental

dispersata defect accidental

Fig.10 Structura lingoului; partea superioara = maselota1 – zona grauntilor marginali; 2 – zona cristalitelor columnare; 3 – zona cristalitelor centrale

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

2. Segregatia – neomogenitate chimica macroscopica (la nivelul lingoului)microscopica (in interiorul grauntilor cristalini)

Segregatia zonara superioarainferioara

Maselota: retasura (superioara) + segregatia superioara

3. Incluziunile nemetalice – particule ceramice exo / endogeneincluziuni macroscopice

microscopice

sufluri = incluziuni de gaze

4. Zone de minima rezistenta – zone de intalnire a cristalitelor columnare de pe laturi adiacente

DEFORMAREA PLASTICA A METALELOR.

I. Deformarea monocristalului

Monocristalul = cristalita unica (retea cristalina continua)

I.1. Deformarea prin alunecare

Cand tensiunea depaseste o valoare limita, dislocatiile se deplaseaza in planele de alunecare (plane cu densitate atomica maxima) → deformare prin alunecare

Fig.11 Deformarea prin alunecare a monocristalului

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

AA’ – plan teoretic

BB’ – plan real

Deplasare cu numar intreg de parametri de retea

Metalele c.f.c. – 8 plane de alunecarec.v.c. – 6 plane de alunecare

Fig.12 Formarea benzilor de alunecare, curbarea axei

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

h.c. – ~ 2 plane de alunecare

I.2 Deformarea prin maclare = despicarea retelei cristaline dupa un plan, rezultand zone simetrice → macle

Deformari mari prin maclare, mici prin alunecare

Rezulta o reorientare a retelei (propice pt. metalele cu plane putine de alunecare – h.c.)→ noi orientari de plane de alunecare

a – macle mecanice(de

deformare) h.c., c.v.c. (rece)

b – macle de recoacerec.f.c.

c – macle de crestere c.f.c.

II. Deformarea agregatului policristalin

Fig.13 Deformarea prin maclare

a. b. c.Fig.14 Tipuri de macle

STIINTA MATERIALELOR An I M, MTR, IT Curs 4

Agregat policristalin – ansamblu de cristalite cu orientare diferita a reteleiDeformare: fiecare graunte dupa orientarea proprie + deformari la limitele de graunte (interactiuni graunte deformat – graunte nedeformat)

Orientarea cea mai favorabila: 45° fata de axa de solicitareOrientarea cea mai defavorabila: 0° sau 90°

Fig.15 Orientarea cristalitelor fata de axa de deformare

Fig.16 Curba caracteristica la tractiune pt. monocristal / policristal